气象学与气候学作业题答案.doc

第一次作业家庭作业一1、大气组成主要成分体积百分比主要分布稳定 /主要来源是否温高度可变室气体氮气（ N2）% 0-250km 稳定火山喷发否氧气（O) % 0-100km 稳定植物的光合作用否2氩气（ Ar）% 稳定否江、河、湖、海及潮湿物体水汽1%-1ppm 0-5km 可变表面的水分蒸发和植物的蒸是（ H2O）腾，并借助空气的垂直交换向上输送二氧化碳（ CO2）% 0-20km 可变矿物燃料燃烧和工业活动，是死亡生物的腐败和呼吸作用10-55 在太阳短波辐射下，通过光化学作用，氧分子分解成为（ 10-40，臭氧（ O3）20ppb-10ppm 可变氧原子后再和另外的氧分子是极大值在结合而成。

有机物的氧化和20-25）km雷雨闪电的作用。

注： ppm ：百万分之一；ppb：十亿分之一2、大气分层（结构）分层高度温度变化主要特征1. 垂直对流运动强烈温度随高度增加2. 气象要素水平分布不均匀对流层8-18km 3.包含了大气质量的四分之三和几而递减乎所有的水汽，云、雨、雷、电发生在此层1. 有臭氧层，但在平流层顶消失温度随高度增加 2.气流平稳，空气的垂直混合作用平流层55km 而递增显着减弱（初稳后升） 3.水汽含量极少，天空多晴朗4. 可见贝云母温度随高度增加1. 垂直运动强烈中间层85km 2.水汽含量极少，几乎没有云层迅速下降3. 出现电离层、夜光云温度随高度增加 1.空气高度电离热层800km迅速增高 2.高纬度地区的晴夜可出现极光大气粒子经常散逸至星际空间，是散逸层3000km温度很少变化大气圈与星际空间的过渡地带家庭作业二一、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℃ /100m2km 上空大气温度T=× 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℃/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）］÷ ×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℃，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=×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=），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 s= × 10-8W ·m -2 ·K -4（3）去除反射部分外，地球以 22πR 面积吸收的太阳辐射，然后以4πR 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 *S 1*(1-A)=E Tb *S 222，带入求得-2.S 1=πR， S 2=4πR，得到 E TbE Tb =1368*4= W ·m根据斯蒂芬 -玻耳兹曼定律， E Tb =s*T ，其中 s= × 10-8 W ·m-2 ·K4-4有， T=，带入解得， T=答：该情况下地球的等效黑体温度为。

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 = sT 4， *10 -8*(288) 4≈390W/m 2 根据韦恩定律 λ=C/T ： 2896/288=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℃ /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（ 30-20 ） /1*100+ （ 20-10 ） /*100=3000m。

下沉时按干绝热下沉10+3000/100*1=40℃ 。

（若把上升饱和后看做可逆的湿绝热过程，则上升和下沉是可逆的，所以到达海平面得温度仍为 30℃ .但是，一般来说饱和上升时凝结的液态水会脱落，是假绝热过程，应按干绝热下沉。

同 5）4.根据所给表格，求下列各空气块的相对湿度：（1） 35℃空气块每 kg 空气含水汽 5g；（2） 15℃空气块每 kg 空气含水汽 5g；（3）将（ 2）的空气块降低 5℃，其相对湿度变化多少（4）如果 20℃空气块每 kg 空气含水汽 7g，它的露点温度是多少温度（℃）饱和比湿（ g/kg ）饱和水汽压（ hPa）-40-30-20-10 25 510 715 1020 1425 203035 3540 47答：相对湿度：f=水汽压 / 饱和水汽压 *100%=e/E*100%比湿 :q= p饱和比湿： qs=p所以，相对湿度f=e/E*100%=q/qs*100%(1)35℃时： q=5/1=5 g/kgf=q/qs*100%=5 /35*100%=%(2)15℃时： q=5/1=5 g/kgf=q/qs*100%=5 /10*100%=50%(3)10℃时： q=5/1=5 g/kgf=q/qs*100%=5 /7=%%-50%=%(4)露点温度：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却到饱和时的温度。

也就饱和比湿 E（ T） =e 时的温度为露点温度。

20℃时： q=7/1=7 g/kg与 10℃的饱和比湿相等，所以露点温度为10℃（注意，有些同学根据q= p，把 p 当做标准大气压，进而求出的，如果要这么算的话，可以根据qs=p，求出 p，再代入，求e，是不对的。

这里p 是未知e）5.如下图： A 点气块位于海平面高度，温度25℃，露点温度 10℃，山脉高度 3500m， B点海拔高度500m ，假设到达凝结高度后，气块的湿绝热直减率为℃/100m ，求：(1)云底高度（ 2）到达山顶后气块的温度以及此时气块的露点温度（ 3）到达山顶时，每 kg 空气有多少水汽被凝结（4）气块翻越山顶到达 B 点时的温度此时该气块每 kg 最多可再容纳多少水汽（ 5）假设该气块从山顶到达 B 点过程中无外来水汽加入，到达 B 点时的相对湿度是多少A B答：（ 1）云底高度即凝结高度。

（25-10）/1*100=1500m。

（ 2）10-（ 3500-1500 ）/100*=0 ℃，因为已经饱和，所以露点温度也为0℃（ 3）0℃时，饱和比湿为kg，而开始凝结时为10℃,饱和比湿为7g/kg ，=所以有水汽被凝结。

（ 4）翻过山岭，下沉时按干绝热递减率升温，0+1*3000/100=30 ℃ .30 ℃时饱和比湿为kg. 而在山顶0℃时，饱和比湿为kg，所以可再容纳水汽。

(5) 0 ℃时饱和比湿为kg。

因无外来水汽加入，所以在 B 点的比湿还是kg，而在 B 点的饱和比湿为kg，所以在 B 点的相对湿度为f=q/qs*100%=*100%=% 。

第三次作业1．某地晚 6 点气温 20℃，相对湿度50%。

假设从此开始每 2 个小时气温下降1℃，到第二天早晨 6 点时，能否形成雾若假设每小时气温下降1℃，能否形成雾如果能，大约何时开始形成假设没有空气运动发生，这种雾是什么类型的雾（提示：查作业 2 中的饱和比湿表，可近似或内插。