气象学与气候学作业题答案

气象学与气候学作业题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

第一次作业家庭作业一

1、大气组成

注：ppm：百万分之一；ppb：十亿分之一

2、大气分层（结构）

家庭作业二

一、以下描述哪些是指“天气”哪些是指“气候”

1. 今天的足球比赛因下雨停赛。

2. 北京的1月最冷。

3. 今天下午最高气温15℃。

4. 昨晚台风从广东省登陆。

5. 昆明是个旅游胜地，因为那四季如春。

6. 昨晚最低气温－20℃，是这个地方记录到的最低气温。

7. 今天多云。

答：天气是指某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和大气现象（如风、云、雾、降水等）。气候是指在某一时段内大量天气过程的综合，不仅包括该地多年来经常发生的天气状况，而且包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。

“天气”：1、3、4、7

“气候”：2、5、

6、昨晚最低气温－20℃，是这个地方记录到的最低气温：前半句是天气，后半句是气候。

二、某地区海平面气温23℃，估计其2km上空大气温度多少？

解：已知气温直减率为0.65℃/100m

2km上空大气温度T=23-0.65×2000/100=10℃

答：其2km上空大气温度约为10℃。

三、某地区春季海平面气温10℃，假设气温直减率为0.65℃/100m，对流层顶温度为-55℃，求该地对流层顶高度，并说明该地区所在纬度是：高、中、低纬哪个纬度？

解：该地对流层顶高度h=［10-（-55）］÷0.65×100＝10000m＝10km 因为对流层在中纬度地区的厚度平均为10~12km，所以该地区为中纬度地区。（对流层低纬平均高度17-18Km，中纬10-12km，极地8-9km）答：该地对流层顶高度为10km，是中纬度。

四、位于赤道某地区海平面气温25℃，假设气温直减率为0.65℃，其对流层顶高度为16km，求该地对流层顶温度？

解：该地对流层顶温度T=25-0.65×16000/100＝-79℃

答：该地对流层顶温度是-79℃

第二次作业

家庭作业一

一、设到达大气顶界的太阳辐射为100个单位，根据下图，描述地-气系统辐射平衡过

程。

答：设到达大气顶界的太阳辐射为100%。

①未到达地面部分：被大气和云滴吸收20%（其中18%被大气吸收（主要被水汽、臭

氧、微尘、二氧化碳等选择吸收），2%被云滴吸收），被云反射回宇宙空间20%，被大气散射回宇宙空间6%。共计46%。

②到达地面部分：被地面吸收50%（其中地面吸收直接辐射22%，散射辐射28%），被地

面反射回宇宙空间4%。共计54%。

在此过程中，地-气系统共反射回宇宙空间20%+6%+4%=30%，这部分为地球反射率。

地面吸收辐射而增温，向外放出长波辐射，其能量为115%，其中109%被大气吸收，6%透过大气窗逸入宇宙空间。

大气吸收辐射后，根据其温度进行长波辐射，95%为射向地面的逆辐射，64%射向宇宙空间。在辐射过程中，大气共吸收20%+109%=129%，大气长波辐射支出95%+64%=159%。全球大气的年平均辐射差额为-30%，这部分亏损的能量，由地面向大气输入的潜热24%和湍流显热6%来补充，以维持大气能平衡。

地面长波辐射到宇宙空间6%和大气长波辐射到宇宙空间64%共计70%。

从宇宙空间射入的太阳辐射100%，地球反射30%，长波辐射射出70%。大气长波辐射指出159%，吸收=20%+109%+30%=159%。地面吸收

=50%+95%=145%，地面放出=30%+115%=145%，各部分的能量收支都是平衡的。

二、假设地球无大气，到达地表的太阳辐射通量密度Fs为1368W · m-2，入射的太阳辐射有30%被反射（反射率A=0.3），其余均为地球吸收。计算该情况下地球的等效黑体温度。

提示：

（1）等效黑体温度，是指相当于黑体的辐射温度。

（2）斯蒂芬-波尔兹曼常数 =5.67 ×10-8W · m-2· K-4

（3）去除反射部分外，地球以πR2面积吸收的太阳辐射，然后以4πR2面积放射长波辐射，二者达到平衡。

解：根据已知，地球吸收的太阳辐射与放射的长波辐射平衡的关系，有

F S*S1*(1-A)=E Tb*S2

S

=πR2 ，S2=4πR2，得到E Tb，带入求得E Tb=1368*0.7/4=239.4 1

W · m-2.

根据斯蒂芬-玻耳兹曼定律，E Tb =σ*T4，其中σ=5.67 ×10-8W · m-2· K-4有，T=，带入解得，T=254.9K

答：该情况下地球的等效黑体温度为254.9K。

家庭作业二

1. 为什么说大气的直接热源是地面辐射，而非太阳辐射？

答：因为大气本身对太阳短波辐射直接吸收得很少，几乎是透明的，而地球表面却能大量吸收太阳辐射，并经转化供给大气，大气对地面的长波辐射吸收强烈，从这个意义来说，地面辐射是大气的直接热源。

2. 无大气包围的地球温度为255K，有大气包围时的温度为288K，出现该差别的原因是什么，求288K时的等效黑体地球辐射通量密度及其最大辐射的波长？答：无大气包围时的地球温度比有大气包围时的温度低，是因为：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，这种作用称为大气的保温效应。在没有大气的情况下，这种保温效应消失，温度降低。

根据斯蒂芬-波耳兹曼定律E = σT4， 5.67*10-8*(288)4≈390W/m2

根据韦恩定律λ=C/T：2896/288=10.06μm

3.一团未饱和湿空气块，从海平面开始沿山地爬升，此时温度为30℃，其露点温度为20℃。设饱和后的湿绝热直减率为0.5℃/100m，求气块降温到10℃时

爬升的高度？假设气块已达山顶时，开始沿山坡下降，问到达海平面时的气块温度？

答：爬升过程中先是干绝热上升，到达抬升凝结高度后沿湿绝热上升