微气象学期末复习
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第二章 1) 两个方程 平坦裸露下垫面的地表辐射收支方程 Rn=S+D+G-R-U-RL 辐射收入项包括：太阳直接辐射 S、天空散射辐射 D 和大气逆辐射 G； 辐射支出项包括：短波反射辐射 R、地面放射辐射 U 和长波反射辐射 RL。 地表能量平衡方程可表示为：Rn=H+LE+Qsf H 为感热通量，LE 潜热通量，Qsf 为土壤热通量。
②坡度的影响 以正午（A=0）、南坡（ β =0）为例，有：
S,0 Sm[sinh cos cosh sin ] Sm sin(h )
这表明，当 h 一定时，若 h+α<90°，则 S α，0 随α的增 加而增大；若 h+α >90°， 则 S α，0 随α增加而减小；若 h+α=90°，则 S α，0 出现最大值；显然，正午南坡上
ห้องสมุดไป่ตู้
S
Sm cosh sin sin
这表明，当太阳高度角一定时，相同坡度的坡地上直接辐射量随坡向|β|的增大而减小； 即南坡最大，偏南坡次之，东西坡、偏北坡依次再减小，而北坡最小 。
掌握理解变化规律 对于晴天相同坡度的坡地来说，不同坡向的太阳直接辐射量最大值出现时刻随坡向不同有 差异。偏东坡（东南坡、东坡和东北坡）上的直接辐射量上午大于下午，最大值出现在上 午；而偏西坡上正好相反；南坡和北坡上的直接辐射量上午和下午基本对称，最大值出现 在正午（太阳高度角最大）。最大值的出现时间以东坡最早，然后是东南、东北坡，南、 北坡，西南、西北坡，西坡最晚。 就各坡地上直接辐射最大值来说，南坡最大，东南坡和西南坡、东坡和西坡以及东北坡和 西北坡依次减小，北坡上最小；而且偏南坡上的直接辐射最大值都比水平面上的大，偏北 坡上的最大值都比水平面上的小。
3）有效辐射的影响因子 下垫面有效辐射大小取决于地面长波辐射和大气逆辐射，地面长波辐射取决于地面温度； 大气逆辐射又受大气温度、大气中的水汽含量以及云状云量等气象因素的影响。
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（a）地面温度
（b）大气温度
（c）大气湿度：随着水汽压的逐渐增大，有效辐射减小。
（d）云的影响：有效辐射随云量的增加、云层变厚而减小。
（e）其他自然和人为因素 ：近地层中的霾和雾减小地面有效辐射；人工措施改变下垫面
有效辐射，如：熏烟、灌水、塑料大棚、地膜覆盖和草帘覆盖等等。
F
T 4(0.34 0.14
ea
)(0.1
0.9
n N
)
4)晴天、平坦裸地上净辐射的日变化特征 ①上午下垫面净辐射随时间推移而不断增大 ②晴天地表净辐射的最大值出现时刻不在正午而在正午之前，下垫面净辐射日变化并不对 称于正午。 ③下午下垫面净辐射随时间推移下降 。 ④夜间，净辐射的时间变化与有效辐射相同，但符号相反。夜间净辐射在降低到最低值后 又有所回升，但一直是负值。 ⑤净辐射为零的时刻。在地面净辐射日变化过程中，一天有两次的时刻，它们都发生在日 间。
5)坡地上的直接辐射
任何一个坡地、任何时刻的太阳直接辐射计算公式为：
S Sm cos i Sm(cos sinh sin cosh cos(A ))
(A)坡地坡向对直接辐射的影响
①坡向的影响
以正午时刻，A=0，
h
0
90
S
Sm[sinh cos cosh sin cos ]
对|β|求偏导数有：
它们的主要不同在于对气象要素的进行平均的时间尺度不同。微气象是对不仅关心边 界层或下垫面层气象变量的短时平均，还关心它们的脉动。而微气候是对气象变量的长期 平均，关心的是日变化、季节变化。 3)微气候的特点：范围小、差异大、很稳定三个特点。 4）微气象的研究领域： 包括各种类型下垫面上的辐射收支状况及其分布特征和变化规律，近地层中各种物理属性 的输送和交换物理过程、控制机制，微气象的形成原因，各种影响因素，各气象要素的变 化规律。如：辐射收支状况，动量、质量、热量交换，水、C、N 等 物质循环。尤其关心 的是测定和模拟上述湍流交换在植被和地表间的时空变异。目标：改良微气象条件。 5） 微气象的研究方法 微气象的研究方法通常是采用理论和实验相结合，并以实验为主。实验方法则是以野外试 验观测及室内模型实验同时进行。 （1）观测试验研究 （2）数值模拟研究 数值模拟研究就是用系统的观点，从近地层大气物理系统所遵循的基本物理定律（质量守 恒律、大气运动规律、能量守恒律）出发，根据下垫面特征，给出适当的边值条件和模式 参数值，来研究某个下垫面的温度、湿度、风速等的分布和变化规律。 （3）观测试验与数值模拟相结合的研究 上述二种研究方法各有长处，也各有局限性，二者结合是微气象研究更合理、更有效的方 法，一般用试验观测资料验证数值模拟结果，或者通过观测试验确定数值模拟模式参 数。 （4）模型试验研究 通过人造模型进行风洞试验来探索某些微气象规律属于模型试验研究方法。
第一章 1)微气象学的概念：微气象学是研究发生在大气边界层下层及其下部土壤-植被-大气作用 层中的微尺度、小尺度或局地尺度的大气现象、过程与变化规律的学科。 2)微气象与微气候异同：
它们处理的都是发生在近地气层的相似的大气过程，由短期平均的得到的微气象规律 通过积分等数学或统计运算能得到长期的微气候变化规律。
2)影响下垫面反射率的因子 影响下垫面反射率的因素有 2 个方面： 内因：下垫面本身的物理特性，如的颜色、湿度、粗糙程度等（空间差异）； 外因：天文因素，如太阳高度角、波长（时间差异） (1)物体颜色愈深，反射率愈小，颜色愈浅，反射率愈大。 (2)地表反射率随土壤湿度的增加而减小，且大致符合负指数关系。 (3)粗糙度增加使地表反射率减小。 (4)地表反射率随太阳高度角的增大而减小的。 (5)地表反射率随辐射波长的不同而不同，对红外区辐射的反射率大于可见光区。
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出现直接 辐射最大值的坡度为α = 90°- h。
因为： h0() 90
S
,0
Sm sin(90
) Sm sin(90
)
南坡上正午时刻所获得的直接辐射量就相当于纬度比该地低α度的地方水平面上所获得的
直接辐射量。南坡坡度α每增加 1°，正午时所获得的直接辐射就相当于地理纬度降低
②坡度的影响 以正午（A=0）、南坡（ β =0）为例，有：
S,0 Sm[sinh cos cosh sin ] Sm sin(h )
这表明，当 h 一定时，若 h+α<90°，则 S α，0 随α的增 加而增大；若 h+α >90°， 则 S α，0 随α增加而减小；若 h+α=90°，则 S α，0 出现最大值；显然，正午南坡上
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S
Sm cosh sin sin
这表明，当太阳高度角一定时，相同坡度的坡地上直接辐射量随坡向|β|的增大而减小； 即南坡最大，偏南坡次之，东西坡、偏北坡依次再减小，而北坡最小 。
掌握理解变化规律 对于晴天相同坡度的坡地来说，不同坡向的太阳直接辐射量最大值出现时刻随坡向不同有 差异。偏东坡（东南坡、东坡和东北坡）上的直接辐射量上午大于下午，最大值出现在上 午；而偏西坡上正好相反；南坡和北坡上的直接辐射量上午和下午基本对称，最大值出现 在正午（太阳高度角最大）。最大值的出现时间以东坡最早，然后是东南、东北坡，南、 北坡，西南、西北坡，西坡最晚。 就各坡地上直接辐射最大值来说，南坡最大，东南坡和西南坡、东坡和西坡以及东北坡和 西北坡依次减小，北坡上最小；而且偏南坡上的直接辐射最大值都比水平面上的大，偏北 坡上的最大值都比水平面上的小。
3）有效辐射的影响因子 下垫面有效辐射大小取决于地面长波辐射和大气逆辐射，地面长波辐射取决于地面温度； 大气逆辐射又受大气温度、大气中的水汽含量以及云状云量等气象因素的影响。
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（a）地面温度
（b）大气温度
（c）大气湿度：随着水汽压的逐渐增大，有效辐射减小。
（d）云的影响：有效辐射随云量的增加、云层变厚而减小。
（e）其他自然和人为因素 ：近地层中的霾和雾减小地面有效辐射；人工措施改变下垫面
有效辐射，如：熏烟、灌水、塑料大棚、地膜覆盖和草帘覆盖等等。
F
T 4(0.34 0.14
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)(0.1
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4)晴天、平坦裸地上净辐射的日变化特征 ①上午下垫面净辐射随时间推移而不断增大 ②晴天地表净辐射的最大值出现时刻不在正午而在正午之前，下垫面净辐射日变化并不对 称于正午。 ③下午下垫面净辐射随时间推移下降 。 ④夜间，净辐射的时间变化与有效辐射相同，但符号相反。夜间净辐射在降低到最低值后 又有所回升，但一直是负值。 ⑤净辐射为零的时刻。在地面净辐射日变化过程中，一天有两次的时刻，它们都发生在日 间。
5)坡地上的直接辐射
任何一个坡地、任何时刻的太阳直接辐射计算公式为：
S Sm cos i Sm(cos sinh sin cosh cos(A ))
(A)坡地坡向对直接辐射的影响
①坡向的影响
以正午时刻，A=0，
h
0
90
S
Sm[sinh cos cosh sin cos ]
对|β|求偏导数有：
它们的主要不同在于对气象要素的进行平均的时间尺度不同。微气象是对不仅关心边 界层或下垫面层气象变量的短时平均，还关心它们的脉动。而微气候是对气象变量的长期 平均，关心的是日变化、季节变化。 3)微气候的特点：范围小、差异大、很稳定三个特点。 4）微气象的研究领域： 包括各种类型下垫面上的辐射收支状况及其分布特征和变化规律，近地层中各种物理属性 的输送和交换物理过程、控制机制，微气象的形成原因，各种影响因素，各气象要素的变 化规律。如：辐射收支状况，动量、质量、热量交换，水、C、N 等 物质循环。尤其关心 的是测定和模拟上述湍流交换在植被和地表间的时空变异。目标：改良微气象条件。 5） 微气象的研究方法 微气象的研究方法通常是采用理论和实验相结合，并以实验为主。实验方法则是以野外试 验观测及室内模型实验同时进行。 （1）观测试验研究 （2）数值模拟研究 数值模拟研究就是用系统的观点，从近地层大气物理系统所遵循的基本物理定律（质量守 恒律、大气运动规律、能量守恒律）出发，根据下垫面特征，给出适当的边值条件和模式 参数值，来研究某个下垫面的温度、湿度、风速等的分布和变化规律。 （3）观测试验与数值模拟相结合的研究 上述二种研究方法各有长处，也各有局限性，二者结合是微气象研究更合理、更有效的方 法，一般用试验观测资料验证数值模拟结果，或者通过观测试验确定数值模拟模式参 数。 （4）模型试验研究 通过人造模型进行风洞试验来探索某些微气象规律属于模型试验研究方法。
第一章 1)微气象学的概念：微气象学是研究发生在大气边界层下层及其下部土壤-植被-大气作用 层中的微尺度、小尺度或局地尺度的大气现象、过程与变化规律的学科。 2)微气象与微气候异同：
它们处理的都是发生在近地气层的相似的大气过程，由短期平均的得到的微气象规律 通过积分等数学或统计运算能得到长期的微气候变化规律。
2)影响下垫面反射率的因子 影响下垫面反射率的因素有 2 个方面： 内因：下垫面本身的物理特性，如的颜色、湿度、粗糙程度等（空间差异）； 外因：天文因素，如太阳高度角、波长（时间差异） (1)物体颜色愈深，反射率愈小，颜色愈浅，反射率愈大。 (2)地表反射率随土壤湿度的增加而减小，且大致符合负指数关系。 (3)粗糙度增加使地表反射率减小。 (4)地表反射率随太阳高度角的增大而减小的。 (5)地表反射率随辐射波长的不同而不同，对红外区辐射的反射率大于可见光区。
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出现直接 辐射最大值的坡度为α = 90°- h。
因为： h0() 90
S
,0
Sm sin(90
) Sm sin(90
)
南坡上正午时刻所获得的直接辐射量就相当于纬度比该地低α度的地方水平面上所获得的
直接辐射量。南坡坡度α每增加 1°，正午时所获得的直接辐射就相当于地理纬度降低