气象学整理最终版

第一章—引论
1、天气与气候的区别与联系、气候系统的概念；
答：天气是气候的基础，气候是天气的总结与概括。

一个完整的气候系统应包括对气候形成、分布和变化有直接或间接影响的各个环节，除太阳辐射这个主要能源外，气候系统包括大气圈，水圈，冰雪圈，陆地表面和生物圈等五个子系统。

2、大气的分层：分为几层？各层温度随高度变化的特
点及其原因？
答：分为五层，分别是对流层，平流层，中间层，热层，散逸层。

对流层：气温随高度增加而降低。

由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。

平流层：气温最初保持不变或微有升。

约30KM以上，气温随高度增加而显著升高，在55KM高度达到-3摄氏度。

因为平流层存在着臭氧。

中间层：气温随高度增加而迅速下降。

原因是由于中间层没有臭氧，而氮和氧等气体所能直接吸收的那些波长更短的太阳辐射又大部分被上层大气吸收掉了。

热层：气温随高度增加而迅速增高。

因为波长小于0.175微米的太阳紫外辐射都被该层中的原子氧、氮所吸收的缘故。

散逸层：气温随高度增加很少变化。

因为散逸层距离地心较远，地心引力较小。

3、对流层的三个主要特征是什么？什么是气温直减率？
答：三个主要特征是：
1、气温随高度增加而降低。

由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。

2、垂直对流运动。

由于地表面的不均匀加热，产生垂直对流运动。

对流运动的强度主要随纬度和季节的变化而不同。

一般情况是：低纬较强，高纬较弱；夏季较强，冬季较弱。

因此对流层的厚度从赤道向两极减小。

空气通过对流和湍流运动，高、低层的空气进行交换，使近地面的热量、水汽、杂质等易于向上输送，对成云致雨有重要的作用。

3、气象要素水平分布不均。

由于对流层受地表的影响最大，而地表面有海陆分布、地形起伏等差异，因此在对流层中，温度、湿度等的水平分布是不均匀的。

平均而言，高度每增加100m，气温则下降0.65摄氏度，被称为气温直减率。

4、臭氧的功用及在大气中的分布特点？大气气溶胶的作用？答：臭氧能大量吸收太阳紫外线，使臭氧层变暖，影响大气温度的垂直分布，从而对地球大气环流和气候的形成起着重要的作用。

同时还形成了一个“臭氧保护层”，将太阳光中99%的紫外线过滤掉，这对地球上生命的生存十分重要。

在近地面层臭氧含量很少，从10KM高度开始逐渐增加，在12-15KM 以上含量增加的特别显著，在20-30KM高度处达到最大值，再往上则逐渐减少，到55KM高度上就极少了。

臭氧层在地面大约20到30公里处。

大气气溶胶作用：1、形成云雾和降水的条件—充当凝结核的作用。

2、改变辐射平衡，影响大气温度—通过散射辐射和吸收辐射产生直接影响。

3、造成大气污染，能见度降低—沙尘暴，雾。

5、水汽压、饱和水汽压、相对湿度、露点、降水的概念是什么？
答：水汽压：大气中水汽所产生的那部分压力，大气压中的水汽分压。

饱和水汽压：在温度一定的情况下，单位体积空气中能容纳的水汽数量（水汽
压）存在一个极限值，水汽含量达到了这个限度，空气就呈
饱和状态，如果超过这个极限值，多余部分的水汽凝结成液
体水，这一极限值称为该温度下的饱和水汽压。

相对湿度：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值（用百分数表示）
露点：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度，称露点温度，简称露点。

降水：指从天空降落到地面的液态或固态水，包括雨、雪、霰、冰雹等。

6、干空气和湿空气的气体状态方程及意义；
答：干空气一切气体在压强不太大，温度不太低（远离绝对零度）的条件下，一定质量气体的压强和体积的乘积除以其绝对温度等于常数
湿空气
虚温的意义：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、干洁大气：除去水汽以外的纯净大气。

第二章
1、什么是辐射？大气层是如何削弱太阳辐射的？哪个因素最重要？
答：自然界中的一切物体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。

通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称为辐射。

大气层通过对太阳辐射的吸收，散射，反射来削弱太阳辐射。

其中反射最为重要，散射次之。

2、散射的基本类型包括哪些？哪些天气现象体现出散射原理。

答：依据散射粒子与入射辐射波长的相对大小，散射基本类型可以分为：1、瑞利散射（分子散射）2、米散射（大颗粒散射）。

晴空呈现蓝色的原因——蓝光的散射比红光大九倍以上。

例如当空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈现灰白色。

3、简述影响直接辐射/散射辐射的因素
答：太阳高度角和大气透明度。

太阳高度角：是太阳光入射方向和地平面之间夹角。

太阳高度角越小，等量的太阳辐射散布的面积就越大，地表单位面积上所获得的太阳辐射能就越小。

太阳高度角越小，太阳辐射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：是透过一个大气质量的辐射强度与进入该大气的辐射强度之比。

它的影响因子是大气中水汽、水汽凝结物和尘粒杂质的多少。

这些物质愈多，大气透明程度愈差，透明系数愈小。

因而太阳辐射受到的减弱愈强，到达地面的太阳辐射也就相应地减少。

4、为什么地面和大气的辐射被称为长波辐射？
答：95％以上的热辐射能量集中在3~120μm 的波长范围内，其辐射能最大段波长在10~15μm 范围内，所以地面和大气的辐射被称为长波辐射。

5、长波辐射在大气中的传输过程与太阳辐射的传输过程的不同之处
答：①太阳辐射中的直接辐射是作为定向的平行辐射进入大气；地面和大气辐射是漫射辐射。

②太阳辐射在大气中传播时，仅考虑大气对太阳辐射的削弱作用，而不需考虑大气本身的辐射的影响。

长波辐射在大气中的传播时，不仅要考虑大气对长波辐射的吸收，而且还要考虑大气本身的长波辐射。

结合大气的温度以及维恩定律可知，大气产生的短波辐射是极其微弱的。

③长波辐射在大气中传播时，可以不考虑散射作用。

6、何为大气逆辐射、大气保温效应、地面有效辐射和辐射差额（净辐射）
答：大气辐射指向地面的部分称为大气逆辐射。

大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗的能量得到一定的补偿，由此可看出大气对地面有一种保暖作用，这种作用称为大气的保温效应。

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

辐射差额（净辐射）：物体收入辐射能与支出辐射能的差值：辐射差额=收入辐射- 支出辐射。

7、气温非绝热变化的方式包括哪些？
答：传导，辐射，对流，湍流，蒸发凝结。

8、干绝热过程及泊松方程
答：干绝热过程是空气团升降过程中没有发生相变。

泊松方程：T0 、P0：空气初态的温度和气压
T 、P ：空气终态的温度和气压。

干绝热变化过程中，温度随气压的变化呈指数降低。

9、干绝热直减率γd 及其与γ（气温直减率）的区别
答：γd是空气团在绝热上升/下降过程中气块本身的降温率，它近似于常数。

γ是表示整个对流层大气的温度随高度变化的平均情况。

大气中随地-气系统之间热量交换的变化，γ可有不同数值，即可以大于、小于或等于γd。

10、位温及其应用答：把每一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。

位温重要性质：气块在干绝热过程中，其位温是恒定不变的。

应用有比较不同高度上的气块的热状态。

11、大气稳定度：定义、判断方法、实际应用
答：指气块受任意方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度。

它表示在大气层中的个别空气块是否安于原先的层次，是否易于发生垂直运动，即是否易于发生对流。

判断大气稳定度的基本公式。

(a)当γ＜γd，若∆ Z＞0，则a＜0，加速度与位移方向相反，层结是稳定的；
(b)当γ＞γd，若∆ Z＞0，则a＞0，加速度与位移方向一致，层结是不稳定的；
(c)当γ=γd，a=0，层结是中性的。

大气是否稳定，通常用周围空气的温度直减率（γ）与上升空气块的干绝热直减率（γd）或湿绝热直减率（γm）的对比来判断。

实际应用：分析大气稳定度。

12、简述气温日变化的原因，能够看图说话
答：大气边界层的温度主要受地表面增热与冷却作用的影响而发生变化。

（1）日出后，地面储存热量增多，地温升高，大气吸收地面放出的长波辐射迅速增多，气温随之升高。

（2）正午太阳高度角最大，太阳辐射达到一天中最强，地表不断地储存太阳辐射能，使地温继续升高，最高值出现在午后13时，再通过辐射、对流把地面最高温度时放出的长波辐射传给大气，需要一定的时间，所以气温的最高值出现在午后14时。

（3）当地面放出最多的长波辐射后，太阳辐射能继续减弱，地温也开始下降，地面辐射减弱，因此气温也开始下降，直到次日日出前，地面存储的热量达到一天中的最小值时，气温也就降到一天中的最低值。

13、气温日较差、气温年较差
答：一天中气温的最高值与最低值之差，称为气温日较差，其大小反映气温日变化的程度。

一年中月平均气温的最高值与最低值之差，称为气温年较差。

气温年较差的大小与纬度、海陆分布等因素有关。

14、什么是逆温及其产生的几种方式
答：逆温现象：对流层中气温随高度增高而升高。

造成逆温的条件：地面辐射冷却、空气平流冷却、空气下沉增温、空气湍流混合等。

1、辐射逆温—由于地面强烈辐射冷却形成的逆温。

2、湍流逆温—由于低层空气的湍流混合而形成的逆温。

3、平流逆温—因空气的平流而产生的逆温，称平流逆温。

4、下沉逆温—由于下沉运动压缩增温而导致的。

5、锋面逆温—暖空气爬升到冷空气上方，在界面附近产生逆温。

第三章
1、什么是冰晶效应？
答：水滴不断蒸发而减小，冰晶增大，在冰和水之间水汽转移现象——这种由于冰水共存引起冰水间的水汽转移的作用就是“冰晶效应”。

2、影响蒸发速度的四个因子？它们是如何影响蒸发速度的？答：在自然条件下，蒸发是发生于湍流大气之中，影响因素是湍流交换，而非分子交换，影响蒸发速度的主要因子有四个：水源、热源、饱和差、风速。

水源：没有水源就不可能有蒸发，水/雪面、湿土、植被是蒸发产生的基本条件。

在沙漠中，几乎没有蒸发。

热源：蒸发必须消耗热量，在蒸发过程中如果没有热量供给，蒸发面就会逐渐冷却，从而使蒸发面上的水汽压降低，于是蒸发减缓或逐渐停止。

因此蒸发速度在很大程度上决定于热量的供给。

实际上常以蒸发耗热多少直接表示某地的蒸发速度。

饱和差：蒸发速度与饱和差成正比。

严格说，此处的E 应由蒸发面的温度算出，但通常以一定气温下的饱和水汽压代替。

饱和差愈大，蒸发速度也愈快。

风速：大气中的水汽垂直输送和水平扩散能加快蒸发速度。

无风时，蒸发面上的水汽单靠分子扩散，水汽压减小得慢，饱和差小，因而蒸发缓慢。

有风时，湍流加强，蒸发面上的水汽随风和湍流迅速散布到广大的空间，蒸发面上水汽压减小，饱和差增大，蒸发加快。

3、大气中水汽凝结或凝华的一般条件是什么？
答：1、有凝结核或者凝华核的存在。

2、大气中的水汽要达到饱和或过饱和状态。

4、使空气达到过饱和有哪两种途径？
答：1、暖水面蒸发——增加水汽。

当冷空气流经暖水面时，暖水面蒸发的水汽较多，很容易在冷空气中达到饱和，从而产生凝结。

2、空气的冷却——降低饱和水汽压。

5、什么是露、霜？它们形成的气象条件是什么？
答：晚间地表辐射冷却，贴近地表空气层随之降温，当其温度降到露点以下，即空气中水汽含量过饱和时，在地面或地物的表面就会有水汽的凝结。

如果露点温度在0摄氏度以上，在地面或地物上就出现微小的水滴，称为露。

露点温度在0摄氏度以下，则水汽直接在地面或地物上凝华成白色的冰晶，称为霜。

PS：冻露实际上也归入霜的一类。

露与霜形成的气象条件：晴朗微风的夜晚
晴朗：没有云产生的大气逆辐射，有利于地面或地物迅速辐射冷却。

微风：使较厚的气层进行辐射冷却，保证有足够多的水汽供应凝结。

6、什么是雾凇、雨凇？它们有什么破坏性？
答：雾凇：形成于树枝上、电线上或其它地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。

根据其形成条件和结构可分为两类：（1）晶状雾凇（2）粒状雾凇。

（结速度快、粒状，结构紧密，能使电线、树枝折断，对交通运输、通讯、输电线路有一定影响）
雨淞：是形成在地面或地物迎风面上的透明的或毛玻璃状的紧密冰层。

它主要是过冷却雨滴降到温度低于0℃的地面或地物上冻结而成的。

雨凇的破坏性很大，它能压断电线、折损树木，对交通运输、电讯、输电以及农业生产都有很大影响。

7、辐射雾和平流雾是如何形成的？
答：辐射雾：（1）成因：由地面辐射冷却使贴地气温降低到露点或露点以下，使空气中的水汽达到饱和所形成的雾。

（2）形成辐射雾的有利条件是：①空气中有充足的水汽；②天气晴朗少云；
③风力微弱（1-3m/s）；④大气层结稳定。

平流雾：（1）成因：暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成。

（2）形成平流雾的有利天气条件是：①下垫面与暖湿空气温差较大；②暖湿空气的湿度大；③适宜的风向（由暖向冷）和风速（2-7m/s）；④层结较稳定。

8、云有四种形成条件，分别形成什么类型的云？
答：需满足水汽凝结的条件：1）凝结核；2）过饱和。

过饱和主要是由空气垂直上升绝热冷却引起的。

上升运动的形式和规模不同，形成的云的形状、高度也不同，上升运动的方式。

1、热力对流（积状云）
指地表受热不均和大气层结不稳定引起的对流上升运动。

由对流运动所形成的云多属积状云。

2、动力抬升（层状云）
指暖湿气流受锋面、辐合气流的作用所引起的大范围上升运动。

这种运动形成的云主要是层状云。

3、大气波动（波状云）
指大气流经不平的地面或在逆温层以下所产生的波状运动。

由大气波动产生的云主要属于波状云。

4、地形抬升（地形云）
指大气运行中遇地形阻挡，被迫抬升而产生的上升运动。

这种运动形成的云既有积状云，有波状云和层状云，通常称之为地形云。

9、基本的云型包括哪几种？
答：层状云（雨层云、高层云、卷层云、卷云）
波状云（层积云、层云、高积云、卷积云）
积状云（淡积云、浓积云、积雨云）
特殊云状：悬球状、堡状、絮状、荚状（堡状云絮状云荚状云）
10、云滴增大的过程有哪两种？
答：使云滴增大的过程主要有二种方式：（1）云滴凝结（或凝华）增长。

（2）云滴相互冲并增长。

11、人工如何影响暖云降水？
答：暖云：整个云体温度高于0℃的云。

人工影响暖云降水：
（1）引入吸湿性核（如食盐），在低饱和度下凝结增长，故可形成大滴。

（2）引入30-40μm 的大水滴，从而拓宽滴谱，加速冲并增长的过程
（3）引入表面活性物质，改变水滴的表面张力状态，以利于形成大水滴，加速链锁反应，形成降水。

第四章
1、什么是静力平衡状态？它在什么情况下适用。

答：静力平衡状态：气块在垂直方向所受合力为零，即重力与垂直气压梯度力合力为零，加速度为零。

实际大气而言，除少数情况（雷暴、龙卷）外，大气中气块的垂直加速度通常不超过0.001m/s2,一般可忽略这个加速度，认为大气在垂直方向上受力平衡。

对于薄气层而言，上下层温度、密度变化不显著时，可以利用静力学方程描述气压的垂直变化特征。

如果气层较厚时，上下层温度、密度变化显著，就要用压高方程。

2、如何理解大气静力学方程。

答：
（1）前提条件：大气垂直方向上合力为零
（2） dP=-ρgdZ公式的意义：负号：气压随高度而减小。

气压随高度递减的快慢取决于空气密度（ρ）和重力加速度（g）的变化：g随高度的变化量一般很小，因而气压随高度递减的快慢主要决定于空气的密度；在密度大的气层里，气压随高递减得快，反之则递减得慢。

（3）实践证明，静力学方程虽是静力平衡状态大气的理论方程，但除在有强烈对流运动的局部地区外，其误差仅有1％，因而得到广泛应用。

3、水平气流的辐合、辐散会产生什么天气？
答：当对流层上层有水平辐合、下层有水平辐散的区域会引起下沉运动，下沉的空气会带来晴天；反之，则会出现上升运动，形成云层甚至降水。

4、气压梯度力可以分解为垂直气压梯度力和水平气压梯度力，它们各自有什么特点？
答：水平气压梯度力很小，在一定条件下却能造成空气水平运动。

没有其他力与它平衡。

垂直气压梯度力很大，垂直方向上一般不会产生造成很大加速度。

它与重力始终处于平衡。

垂直气压梯度远远大于水平气压垂直梯度，气压梯度的方向几乎与垂直气压梯度方向一致，等压面近似水平。

5、水平地转偏向力的特点是什么？方向？何时产生？
答：水平地转偏向力是为解释在转动地球上产生偏向而假象的力，只有物体相对于地面有运动时才产生，物体静止时，无偏向力。

水平地转偏向力点方向与空气的运动方向始终是垂直的，只改变空气运动的方向，不改变运动的速度。

判断方法：在北半球背风而立，空气将偏向初始运动的右方，南半球则偏向初始运动的左方。

在1835年，法国气象学家科里奥利提出水平地转偏向力，为了描述旋转体系的运动，需要在运动方程中引入一个假想的力，这也就是科里奥利力。

6、自由大气中空气水平运动的特征是什么？为什么具有这样的特征？
答：自由大气中空气水平运动特点：近似稳定、水平。

因为空气处于静力平衡状态，即作用于自由大气水平运动的各种力（气压梯度力、地转偏向力和惯性离心力）相互平衡。

7、什么是梯度风？梯度风的特征？
答：梯度风是空气质点作曲线运动时，气压梯度力、地转偏向力作用外，和惯性离心力，这三力平衡时形成的风。

梯度风是作用于空气质点的力达到平衡时的风，梯度风考虑了空气运动路径的曲率影响，它比地转风更接近于实际风。

空气质点作曲线运动时，气压梯度力、地转偏向力作用外，和惯性离心力，这三力平衡时形成的风
作用于空气质点的力达到平衡时的风
低压中的梯度风平行于等压线，绕低压中心作逆时针旋转，南半球则作顺时针方向旋转。

高压中的梯度风平行于等压线，绕高压中心作顺时针旋转(北半球)。

8、什么是热成风？热成风的方向？
答：热成风是由于水平温度梯度的存在而产生的上、下两层等压面上地转风的矢量差。

热成风并不是实际上的空气水平运动，表示风随高度的改变量，是上层地转风与下层地转风的矢量差。

热成风的方向遵守风压定律：（1）热成风沿等温线吹；（2）在北半球，背风而立，左冷，右暖；南半球恰好相反
9、摩擦层中，高压和低压中空气的运动特征。

答：在摩擦层中，空气的水平运动因受摩擦力作用，不仅风速减弱、风向受到干扰，而且破坏了气压梯度力与地转偏向力间的平衡关系，表现出气流斜穿等压线，从高压吹向低压的特征。

10、摩擦层中风随高度的变化规律是什么？为什么具有这样的规律？
答：摩擦层中风随高度的变化规律：①风速随高度增加逐渐增大。

②风向随高度增加逐渐右偏转（北半球）
在摩擦层中风随高度的变化，即受摩擦力随高度变化的影响，又受气压梯度力随高度变化的影响。

假若各高度上气压梯度力相同，由于摩擦力随高度不断减小，其风速将随高度的增大而变大，风向在北半球随高度增高不断向右偏转，到摩擦层顶部风速接近于地转风，风向与等压线相平行。

11、什么是埃克曼螺线？
答：据理论和实测资料，不考虑北半球摩擦层中气压梯度力随高度改变时，风随高度变化。

V1、V2、V3⋯代表自地面起各高度的风向、风速矢量，连接各风矢量终点的平滑曲线，称为埃克曼螺线，是风速矢端迹图。

12、影响大气环流形成的因素
答：（1）太阳辐射（2）地球自转产生的地转偏向力（3）海陆分布（4）地形（5）地面摩擦作用
13、三风四带、三圈环流及其形成原因
答：三圈经向环流：极地环流圈 (高纬环流圈) ——强
费雷尔环流圈(中纬环流圈)——弱
哈德莱环流圈(低纬环流圈)——强
低层三风四带四带：极地高压带
三风：极地东风（东北风) 副极地低压带
中纬西风（西南风) 副热带高压带
低纬东风（东北信风）赤道低压带
高空主要为西风带:
中高纬西风带——极锋西风急流
中低纬西风带——副热带西风急流
气压带名称成因温压场特征气流运动方向温湿属性赤道低压带热力热低压上升湿热副热带高压带动力暖高压下沉干热副极地低压带动力冷低压上升湿冷
极地高压带热力冷高压下沉干冷14、大气活动中心、季节性、永久性的活动中心？
答：大气活动中心是在海平面平均气压图上出现的（任何一个）永久性的或者半永久性的支配大范围区域内大气扰动运动的高压或低压。

季节性活动中心：陆地上的南亚低压（印度低压）、北美低压、西伯利亚高压、北美高压等只是季节存在的，称为季节性活动中心。

永久性活动中心：北半球海洋上太平洋高压、大西洋高压、阿留申低压、冰岛低压常年存在。

只是强度和范围随季节有变化。

第五章
1、什么是气团？气团形成的条件是什么？
答：气团是指气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团。

形成条件包括：(1)范围广阔、地表性质比较均匀的下垫面。

(2) 有一个能使空气物理属性在水平方向均匀化的环流场。

2、气团是如何影响我国天气的？
答：冬季：主要受变性极地大陆气团影响，它的源地在西伯利亚和蒙古（称之为西伯利亚气团）。

它所控制的地区，天气干冷。

北极气团也可南下侵袭中国，造成气温急剧下降的强寒潮天气。

秋季：变性的西伯利亚气团占主要地位，热带海洋气团退居东南海上，中国东部地区在单一的气团控制下，出现全年最宜人的秋高气爽的天气。

大陆冷气团不时南压，若为干冷高压（会变性为暖高），多形成伏秋连旱、秋老虎天气。

夏季：西伯利亚气团在中国长城以北和西北地区活动频繁，中国除西北外绝大部分地区主要受变性的热带海洋气团影响。

以上两种气团的交汇，是构成中国盛夏降水的主要原因。

此外，热带大陆气团常影响中国西部地区，被它持久控制的地区，就会出现严重干旱和酷暑。

来自印度洋的赤道气团，可造成长江流域以南地区大量降水。