(完整版)大气科学概论-习题

第一章1.地球大气是如何演变的？原始大气：氢气、甲烷、氨气、水汽次生大气：二氧化碳、一氧化碳、水汽、甲烷现代大气：氮气、氧气2.何为地球系统？岩石圈、水圈、生物圈、大气圈3.何为干洁大气？它由哪些主要成分组成？干洁大气指不含水汽和悬浮颗粒物的大气，其平均分子量为28.966。

（1）按浓度分类：主要成分：浓度为百分之几，如N2，O2，Ar。

微量成分：浓度在1ppm到0.1%，如CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O 。

痕量成分：浓度在1ppm以下，如H2，O3，Xe，N2O，NO，NO2，NH3，SO2，CO，人为污染气体等。

（2）按生命时间分类：定常成分：寿命在100年以上，如N2，O2，和惰性气体。

可变成分：寿命在几年到十几年，如CO2，H2，CH4 等。

快变成分：寿命在1年以下。

如H2O，……4.试述二氧化碳、臭氧的源及作用。

CO2来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸；作用：温室气体，植物光合作用原料；O3来源：20-30km(臭氧层) ；作用：吸收紫外辐射，影响大气温度垂直分布，保护生物；促进大气增温。

5.水汽和气溶胶的来源和作用是什么？水汽来源：蒸发和蒸腾作用；作用：云和降水的源泉，影响地面、空气温度及大气垂直运动，水循环，联系四圈；气溶胶来源：自然源和人为源；作用：形成云、雾，降水条件；改变辐射平衡；大气污染，能见度降低；造成光学现象。

6.说明天气和气候的定义和区别，并指出下列问题中哪些是天气性的，哪些是气候性的。

1）室外棒球赛因雨而被取消；2）今天下午最高气温25℃；3）我要移居昆明了，那里阳光明媚，四季如春；4）本站历史最高气温为43 ℃；5）南京明日天气部分有云。

天气与气候的关系1. 概念不同:a、天气：某地在某一瞬间或某一段时间内大气状态和大气现象的综合；b、气候：在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下，在某一时段内大量天气过程的综合。

不仅包括该地多年的平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。

2.变化周期不同:a、天气：变化快，周期短；b、气候：变化慢，周期长。

7.试列出与大气相关的四个环境问题，并说明哪些是全球尺度的，哪些是区域尺度的？8.由理想气体状态方程推导湿空气状态方程。

9.说明虚温的目的和意义。

引入虚温的目的是将大气中所含水汽对比气体常数的影响包含到温度中去，其意义在于同一压强下干空气密度等于湿空气密度时干空气所应具有的温度。

10.在同样的温压条件下，湿空气密度与干空气密度哪个最大？同温通压下，T )T P e 0.378(1T v >+=，则有d dd T R P Pe 0.378T(1R P ρρ=<+=） 所以，湿空气密度小于干空气密度。

11. 试列出表示空气湿度的七种参量，并简述其含义。

水汽压e 与饱和水汽压E （水汽压e ：空气中所含水汽的分压力；饱和水汽压E ：某一温度下，空气中的水汽达到饱和时所具有的水汽压。

单位为hPa 。

）绝对湿度a ：单位体积空气中所含的水汽的质量，即水汽的密度ρw ，单位为g ·m -3 。

相对湿度f ：空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比，常用百分比表示。

饱和差d ：某温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。

比湿q ：湿空气中所含水汽质量与湿空气总质量之比，单位为g/g ，g/kg 。

（饱和比湿qs ）混合比r ：湿空气中所含水汽质量和干空气质量之比，单位为g/g ，g/kg 。

露点温度Td ：在空气中水汽含量和气压不变的条件下，当气温降低到对水面而言空气达到饱和时的那个温度，简称露点。

12. 比较e 和E 、q 和qs 、T 和Td 的区别。

13. 试说明露点温度为什么可以表示空气中湿度的大小。

在气压一定时，露点高低只与空气中的水汽含量有关，水汽含量愈多，露点愈高，所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。

14. 风向、风速如何表示？风向：16方位（地面）360º方位（高空）；风速：m ·s-1 ， km ·h-1 ， mile ·h-115. 云如何分类？三族十属二十九类云 型低云（<2000m ） 中云(2000—6000m) 高云(>6000m) 层状云雨层云(Ns) 高层云(As) 卷层云(Cs)卷云(Ci) 波状云层积云(Sc)层云(St ） 高积云(Ac) 卷积云(Cc) 积状云 积云(Cu)积雨云(Cb)16. 什么是水平能见度？水平能见度指视力正常的人，在当时的天气条件下，能从天空背景中看到和辨认出目标物（黑色，大小适度）的最大水平距离。

单位为km ，是判断大气浑浊程度的物理量。

17. 大气按温度结构如何垂直分层，试给出每层上下限的高度。

对流层0-10km 、平流层10-50km 、中层50-90km 、热层90-800km 、外层800km 以上。

18. 对流层的主要特征？气温随高度增加而降低；垂直对流运动；气象要素水平分布不均匀。

19. 什么是气温垂直递减率？试写出它的表达式，并分别指出当γ＞0 、 γ＜0和γ=0时、气温随高度的分布情况（在温度—高度图上画出示意图）。

气温垂直递减率：在垂直方向上每变化100米，气温的变化值，并以温度随高度的升高而降低为正值。

γ＞0 表示气温随高度的升高而降低；γ＜0表示气温随高度的升高而升高，这种气层称为逆温层；γ=0表示气温随高度不变，这种气层称为等温层。

第二章20. 什么是辐射？自然界中的一切物体，只要其温度在-273℃以上，都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。

辐射是能量的一种形式，指物质以电磁波的形式放射的能量。

21. 什么是黑体和灰体？黑体：若物体对于投射到其上所有波长的辐射都能全部吸收的物体称为绝对黑体。

故有：a=1，r=d=0；若物体仅对某一波长辐射能全部吸收，称为相对黑体。

灰体：a 小于1且不随波长而变化的物体。

若物体不透明,则透射率d=０ ，吸收率a=1-r 。

22. 辐射通量Φ和辐射通量密度E 的概念。

Φ：单位时间内通过某一平面的辐射能，也称为辐射功率，单位为J/s 或W 。

dtdQ =Φ E ：单位面积的辐射通量，或是单位面积单位时间内通过的辐射能，单位为W ·m-2。

dt dA dQ dA d ⋅=Φ=E 23. 基尔霍夫定律： 在一定温度下，对某一特定波长而言，任何物体的辐出度与吸收率之比是一个普适函数，该函数只与温度和波长有关，而与物体的其它性质无关。

即具有选择吸收性：()T E A F TT ，，，λλλ= E(λ,T)为绝对黑体的分光辐出度，即某一波长范围内的辐出度。

24. 斯蒂芬-玻尔兹曼定律：黑体的总放射能力E Tb 与它本身的绝对温度T 的四次方成正比。

4Tb T E σ=25. 维恩定律：黑体单色辐射极大值所对应的波长(λm) 与其本身绝对温度(T)的乘积为一常数。

C T m =λ26. 大气对太阳辐射的削弱作用有哪些？1）对辐射的吸收；2）对辐射的反射；3）对辐射的散射。

27. 太阳辐射光谱穿过大气后的主要变化有哪些？1）总辐射能有明显减弱；2）辐射能随波长分布极不规则；3）波长短的辐射能减弱显著。

28. 大气吸收的特点？1) 大气吸收太阳能具有选择性，且位于太阳光谱能量较小的区域内。

2) 大气对太阳辐射吸收弱，不是直接加热低层大气的直接热源。

29. 为何晴朗的天空呈蓝色？晴朗的天空中，云滴、尘埃、雨滴的含量微小，大气主要产生瑞利散射。

而光的波长越短，散射能力越强，故大气主要散射蓝紫光。

所以晴朗的天空呈蓝色。

30. 大气散射如何分类？分子散射（瑞利散射）：x<<1，a<<λ(气体分子对可见光的散射)米散射： 0.1<x<50，a ～λ(大气中云滴、尘埃对可见光的散射）几何光散射：x>50，a>>λ（大雨滴对可见光产生折射、反射现象）31. 直接辐射的影响因子是?它们是怎样影响直接辐射的？直接辐射的影响因子：太阳高度角、大气透明度；太阳高度角越大，等量的太阳辐射散布的面积就越小，地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越大。

太阳高度角越小，太阳光透过的大气层就越厚，削弱就越强，到达地面的太阳辐射就越小。

大气透明度用P 表示，P 越大，对直接辐射的影响越小，直接辐射越小，反之，影响越大。

32. 影响散射辐射的因子？太阳高度角、大气透明度、云量等。

33. 总辐射影响因子及其日变化特征？太阳高度角、大气透明度、云量等。

总辐射日变化特点：日出以前——只有散射辐射日出以后，太阳直接辐射和散射辐射逐渐增加；中午时，总辐射达到最大值；中午以后，总辐射又按相反的次序变化。

云的影响可以使这种变化规律受到破坏。

34. 地面发射能量的大小主要决定于什么？主要决定于：地面本身的温度，而温度的高低又决定于地面储存能量的多少。

35.什么是大气窗？大气窗存在的意义？地面长波辐射在8-12 μm范围中放射能力较强，而水不吸收，臭氧吸收窄，因此此波段全部透过大气层，在高空看地面在此波段开了一个“天窗”，因此此波段称为“大气窗”。

大气窗存在的意义：此波段是地面辐射强区，约占20%，可利用红外辐射观测此波段的辐射强弱，推断地表温度的变化。

36.大气中长波辐射的特点？大气辐射是漫辐射；长波辐射在大气中传播时，不仅要考虑大气对长波辐射的吸收，还要考虑大气本身的长波辐射；长波辐射可以不考虑散射作用。

37.影响有效辐射的主要因子？地面温度，空气温度，空气湿度和云况，地表面的性质。

38.有效辐射的日变化？有效辐射的日变化具有与温度日变化相似的特征。

在白天，由于低层大气中垂直温度梯度增大，所以有效辐射值也增大，中午12-14时达最大；而在夜间由于地面辐射冷却的缘故，有效辐射值也逐渐减小，在清晨达到最小。

当天空有云时，可以破坏有效辐射的日变化规律。

39.有效辐射的年变化？其年变化与气温的年变化相似，夏季最大，冬季最小。

但由于水汽和云的影响是有效辐射的最大值不一定出现在盛夏。

40.影响地面辐射差额的因子有哪些？太阳高度角，大气透明度，地面温度，空气温度，空气湿度和云况，地面反射率。

41.地面辐射差额日变化、年变化特点？1）日变化：一般夜间为负，白天为正，有正值转到负值的时刻一般出现在日出后1h，有正值转到负值的时刻一般在日落前1-1.5h。

2）年变化：夏季为正，冬季为负，最大值出现于较暖的月份，最小值出现在较冷的月份。

42.地面辐射差额的地理分布特征？年振幅随地理纬度增加而增大。

同一纬度，陆地的年振幅大于海洋。

全球各纬度绝大部分地区地面辐射差额为正值，只有在高纬度和某些终年积雪区才是负值。

43.气温日变化及日较差？气温日变化最高值出现在午后2点左右，最低值出现在清晨日出左右。