气象学与气候学所有作业剖析

第1—2章

1）简述气候系统。

答:气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一物理系统。

太阳辐射是气候系统的能源。在太阳辐射的作用下，气候系统产生了一系列复杂的过程，这些过程在不同的时间尺度上和不同的空间尺度上有着密切的相互作用，各个组成部分之间，通过物质和能量交换，紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。

2）名词解释：天气、气候、天气系统、天气过程、天气预报、气象要素、辐射通量密度、比辐射率

答：天气：某地在某一瞬间或某一短时间内大气状态和大气现象的综合。

大气状态：大气的气压、气温和湿度等。

大气现象：大气中的风、云、雨、雪等现象。

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。

天气系统：指引起天气变化和分布的高压、低压、高压脊、低压槽等典型特征的大气运动系统。

天气过程：天气系统的发生、发展、消失和演变的全过程。

天气预报：人们根据对天气演变规律的认识，利用多种观测及模拟手段，对未来一定时期内天气变化作出主、客观的判断。

气象要素：气象要素是指表示大气属性和大气现象的物理量，如气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量和能见度等等。

辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能量称辐射通量密度（E），单位是W/m2。比辐射率：

3）哪些自然现象能证实大气圈的存在？

答：a. 蓝色的天空。这是由于大气中的一些非常细小物质成分，如气体、粉尘等，它们的直径较阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利散射。b. 白云。如果形成散射粒子的形状是球形的，而且其直径并不比阳光的波长小，

所有的波长都是平均地被散射的，这种散射称迈耶散射。因此，云是白色的。c.风。有风就说明有物质的存在，因为风是由于大气不同部位的压力差别造成的。如果在真空中就不会有风了。d.流星。流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，与大气摩擦产生热使陨石燃烧起来。否则我们的地球也与月球一样“千疮百孔”。

4）大气圈各层的主要物理特性是怎样的？

答：a. 对流层

厚度：平均11－13km，赤道17－18km，两极8－9km。

质量：约占大气圈质量的75％。

气温：从下向上是降温的，大气降温率是6.5℃/km，对流层顶约-83℃（低纬），高纬（-53℃）。

大气运动：垂直对流运动（地表面的不均匀受热）。

成分：几乎全部的水汽、尘埃。

大气现象：风、霜、雨、雪、雹、雾等。

b.平流层

高度：从对流层顶到55km左右。

质量：几乎占大气圈质量的25％。

气温：从下向上是升温的（O3)，到平流层顶可达-3 ℃。

大气运动：水平运动。

成分：几乎不含水汽、尘埃，存在臭氧层。无天气现象。

c.中间层

高度：从平流层顶到85km左右。

气温：从下向上是降温的，到中间层的顶温度降到-113—-83 ℃。

大气运动：垂直对流运动。存在一个只有白天才出现的电离层（D）。

d.暖层（热层，热成层）

高度：从中间层顶到800km。

气温：从下向上迅速升温，到500km高空，温度可增至2000K 。存在多层的电离层（E、F、G），也称电离层，可反射无线电波。在高纬度地区上空存在极光。

e.散逸层（外层）

高度：从暖层顶到外层空间，气温随高度的增加很少变化。

物质多以原子、离子状态存在。

是地球物质向宇宙空间扩散的部位，大气圈与星际空间的过渡带。

5）试述湿度的定义及各种表示湿度的方法。

答: a.定义：表示大气中水汽量多少的物理量。大气的湿度状况是决定云、雾、降水等天气现象的重要因素。

b.表示湿度的方法：

水汽压（e）：大气中所含水汽产生的压力（mb,hPa）；

绝对湿度（a）：单位体积空气中水汽的含量（g/cm3,g/m3）；——水汽密度

饱和水汽压（E）：在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量有一定的限度，如果水汽含量达到了这个限度，空气就呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气。饱和空气中的水汽压，称为饱和水汽压。

相对湿度（f）：空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比，表示空气距离饱和的程度。f=e/E×100%

比湿（q）：在一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量的比值（g/g)。即表示每一克湿空气中含有多少克的水汽。q=mw/(md+mw)

水汽混合比（γ）：一团湿空气中,水汽质量与干空气质量的比值。γ=mw/md式中，mw 为该团湿空气中水汽的质量；md为该团湿空气中干空气的质量。

饱和差（d）：某温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。d=E-e

露点（Td）：空气中水汽含量不变，在一定的气压下，若使空气达到饱和，只有降温，降到实际水汽压（e）变成饱和水汽压（E），此时的温度称为露点温度，简称为露点。6）试推导虚温的公式，并说明虚温的意义。

答：公式推导;教材p20.

虚温的意义是：在同一压强下，干空气密度等于湿空气密度时，干空气应有的温度。7）何为辐射？辐射遵循哪些基本定律？

答：辐射：自然界中的一切物体，只要其温度在-273℃以上，都在以电磁波的方式向外放射能量，这种传播能量的方式称为辐射。遵循哪些基本定律：A. 基尔霍夫（Kirchhoff）定律。B. 斯蒂芬（Stefan）—玻耳兹曼（Boltzman）定律。C. 维恩（Wein）位移定律。8）试述瑞利散射和米散射的特点和区别。

答：瑞利散射与米散射

①散射粒子的横向几何线度与入射光波长之比很小时（a/l<0.1），散射光强与入射光波长的关系服从瑞利散射定律。②当该比值较大（a/l≈0.1～10）时，散射光强与波长的依赖关系逐渐减弱，并且，当该比值增大到一定程度后，散射光强随该比值的增大出现起伏，即交替达到极大值和极小值。这种起伏的幅度亦随该比值的增大而逐渐减小。（中间状态）③对于足够大的粒子，（a/l>10），散射光强基本上与波长无关，此时的散射称为大粒子散射，可看作是米散射的极限状态。

9）到达地面的太阳总辐射由哪两部分组成？试比较二者的不同？

答：直接辐射：太阳以平行光线的形式直接投射到地面上。散射辐射：经过散射后自天空投射到地面的。

直接辐射：两个主要因子：太阳高度角（①太阳高度角越小，等量的太阳辐射散步的面积就越大，地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越小。②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。）和大气透明度（大气对太阳辐射的透射程度，主要影响因素有:水汽、水汽凝结物、尘埃杂质的多少。）

散射辐射：影响因素有：太阳高度角、大气透明度、云量。太阳高度角增大时，到达近地面层的直接辐射增强，散射辐射也就相应地增强；大气透明度不好时，参与散射作用的质点增多，散射辐射增强；

10）写出地面有效辐射、地面辐射差额、地气系统辐射差额的表达式。

答：地面放射的辐射（Eg）与地面吸收的大气逆辐射（δEa）之差，称为地面有效辐射。以F0表示，则F0=Eg-δEa。

地面辐射差额：某段时间内单位面积地表面所吸收的总辐射和其有效辐射之差值，称为地面的辐射差额Rg （表示单位水平面积、单位时间的辐射差额）Rg=（Q+q）（1-a）-F0。地气系统辐射差额Rs=（Q+q）（1-a）+qa- F∞。

11）试述绝热变化与非绝热变化的区别与联系。

答：空气与外界有热量交换，称为非绝热变化；非绝热变化（六种方式）1、传导。2、辐射。3、对流。4、湍流。5、蒸发凝结（包括升华、凝华）。6、平流空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。

绝热变化有两个过程：（1）绝热增温过程：气块下降、吸热，温度升高的过程。（2）绝热冷却过程：块上升、放热，气温下降的过程。

12）试推导干绝热和湿绝热直减率。

答：教材p40.

13）什么是位温和假相当位温？

答：位温：把各层中的气块循着干绝热的程序订正到一个标准高度：1000hPa 处，这时所具有的温度称为位温。

假相当位温：当气块中含有的水汽全部凝结降落时，所释放的潜热，就使原气块的位温提高到了极值，这个数值称为假相当位温。

14）试述空气温度个别变化、平流变化和局地变化的概念和相互关系。

答：（1）个别变化：单位时间内个别空气质点温度的变化dT/dt称作空气温度的个别变化，即空气块在运行中温度随时间的绝热和非绝热变化。

（2）局地变化：某一固定地点空气温度随时间的变化称作空气温度的局地变化。