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1、气象学习题 第 1 页 共 26 页1气象学习题集气象学习题集（习题集目的是加深同学对知识系统性理解，协助同学掌握知识要点。供学习时参考）（习题集目的是加深同学对知识系统性理解，协助同学掌握知识要点。供学习时参考）1 1、什么是气象学，它的主要研究有那些？（、什么是气象学，它的主要研究有那些？（P1P1）答：（1）观测和研究各种各样的大气现象、大气层与下垫面之间的相互作用及人类活动所产生的气象效应。（2）系统地、科学地解释这些现象、作用和效应，阐明它们的发生和演变规律。（3）根据所认识的规律分析、诊断和预测过去、现在和未来的天气、气候，为国民经济和人们的日常生活服务。（4）从理论和实践上探索和
2、模拟人为天气过程、人为气候环境，为人工影响天气、气候提供科学依据。2 2、气象学发展主要经历了那些阶段？各阶段有什么重要成果，今后气象学的发、气象学发展主要经历了那些阶段？各阶段有什么重要成果，今后气象学的发展方向是什么？（展方向是什么？（P4-6P4-6）答：略3 3、什么是大气？干洁大气？干洁大气中有那些主要成份？（、什么是大气？干洁大气？干洁大气中有那些主要成份？（P11P11）答：大气是包括悬浮其中的固态和液态微粒在内的混合物，由干洁大气、水汽、悬浮在大气中的固液态微粒三部分组成。大气中除去水汽和悬浮在大气中的固态、液态微粒以外的整个混合气体，称为干洁大气。干洁大气中最主要的成分是氮、
3、氧和氩，其他气体如二氧化碳、氖、氦、氢和臭氧等。除二氧化碳和臭氧外，在自然条件下，各种条件无液化的可能，因此干洁大气是永久气体。4 4、臭氧和二氧化碳对气候的影响（综合）、臭氧和二氧化碳对气候的影响（综合）答：臭氧：大气臭氧层对紫外线有着极其重要的调控作用，能够强烈吸收太阳紫外辐射。从气象的角度来看，臭氧吸收太阳紫外辐射对高层大气有明显的增温作用，形成了平流层逆温，在 25km 以上气温随高度增加而显著升高，在50km 附近形成了一个暖区；从地面生物的角度来看，大气臭氧层有着极为重要的保护作用，避免大量的紫外线到达地面而对生物造成伤害，而透过的少量紫外线则能够对动植物形成有利的影响并杀灭一些有
4、害病菌。大气臭氧层的耗损不仅会影响高层大气的物理、化学状态，而且还会带来严重的后果，过量的紫外线会伤害地面生物并损害高分子材料。二氧化碳：（1）二氧化碳是绿色植物进行光合作用不可缺少的原料；（2）二氧化碳能够强烈吸收地面和大气长波辐射并放射长波辐射，在一定程度上补偿气象学习题 第 2 页 共 26 页2地面因长波辐射而失去的热量，形成保温作用，即温室效应，是地面保持较高的温度。5 5、臭氧的时空分布与历史变化规律。（、臭氧的时空分布与历史变化规律。（P13P13）答：时空分布：臭氧在大气中的含量随时间和空间变化很大。在垂直方向上，近地面层大气中臭氧的含量很少，从 10km 高度以上臭氧的含量逐
5、渐增加，在12-15km 以上增加特别显著，到 20-30km 高度达到最大值，形成臭氧的最大浓度层，其在空气中的体积百分比可超过 0.001%，再向上随高度的增加臭氧的含量逐渐减少，到了 55-60km 高度，臭氧的含量就微不足道了。大气中的臭氧主要集中在 10-50km 高度的大气层中，我们称之为大气臭氧层，地球大气中臭氧的 90%都集中在大气臭氧层。在水平方向上，一般由赤道向两极增加。大气中的臭氧含量随季节而变化，最大值出现在春季，最小值出现在夏季。历史变化规律：长期以来，尽管大气中臭氧的含量随时空变化较大，但其总量变化很小，直到 20 世纪 80 年代人们发现大气臭氧层在变薄，大气中的
6、臭氧正在不断地耗损，并出现了南极臭氧黑洞和一些季节性的臭氧低值区，这使得臭氧减耗成为人类面临的重大环境问题之一。大气臭氧层的破坏主要是由于人类排放到大气中的氯氟碳化物、聚四氟乙烯、四氯化碳、甲基氯仿、溴甲烷等消耗臭氧层的物质所造成的。6 6、二氧化化碳时空分布与历史变化规律（、二氧化化碳时空分布与历史变化规律（P13-14P13-14）答：时空分布：二氧化碳大都集中在 20km 以下的气层中，在 20km 以上，大气中二氧化碳的含量显著减少。低层大气中的二氧化碳含量随时间和空间而略有变化，由于绿色植物光合作用对二氧化碳的消耗，在白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度比黑夜、阴天、冬季要小。一般城市的
7、二氧化碳含量较多，其在大气中所占的体积百分比可超过 0.05%，而农村较少，一般低于 0.02%。历史变化规律：1750 年之前，二氧化碳在大气中所占的体积百分比基本维持在0.028%左右，但自工业革命以来，随着人类活动尤其是化石燃料消耗量的不断增长和森林植被的大量破坏，人为排放到大气中的二氧化碳大量增加，大气中二氧化碳的含量逐年上升，目前已上升到 0.036%。大气中二氧化碳含量的变化，会带来明显的气候效应，近一个半世纪以来，由于大气中二氧化碳含量的增加，导致温室效应增强，地表和低层大气温度升高，气候变暖。7 7、大气垂直分层的依据有哪些？（、大气垂直分层的依据有哪些？（P15P15）答：（
8、1）大气温度随高度分布特点作为分层依据的热力学分层（2）根据大气的电离特性（3）根据大气的气体成分随高度变化9 9、根据大气温度分布特点、根据大气温度分布特点, ,大气垂直可分为几个主要的层次？（大气垂直可分为几个主要的层次？（P15P15）气象学习题 第 3 页 共 26 页3答：可将整个地球大气层分为五层，自地球表面向上依次为对流层、平流层、中间层、热成层和散逸层。1010、对流层有什么特点？（、对流层有什么特点？（P17P17）答：（1）对流层大气的温度随高度的升高而降低。（2）对流层空气具有强烈的铅直方向上的对流运动和不规则的乱流运动，故被称为对流层。（3）大气中的云、雾、雨、雪等主要
9、天气现象都发生在对流层中，故对流层又被称为天气层。（4）对流层的各种气象要素水平分布不均匀。1111、平流层有什么特点？（、平流层有什么特点？（P18P18）答：平流层是指从对流层顶向上到 50km 高度的大气层。在平流层中，由于大气中对太阳紫外辐射的强烈吸收，温度随高度的增加而升高，平流层下部的温度随高度变化不大，平流层上部的温度随高度增加升高较快，到平流层顶，温度已升至接近 0。平流层大气的对流运动十分微弱，空气以水平运动为主，故被称为平流层。由于平流层中气流比较平稳，水汽和尘埃含量较少，大气透明度很好，是航空飞行的理想层次。1212、为什么天空是蓝色的？为什么蓝天日数可作为一地空气质量好
10、坏的指标之、为什么天空是蓝色的？为什么蓝天日数可作为一地空气质量好坏的指标之一？（一？（P23P23）答：晴朗的天空是蔚蓝色的，天气俞晴朗，蓝色俞澄澈，这是大气对太阳光散射的结果。人眼所感觉到的天空颜色，是到达地面的各种波长的散射光呈现的综合色。天气晴朗时，大气中的散射现象以选择性散射为主，而选择性散射的强度与入射波长的 4 次方成反比，因此，对于到达地面的散射光而言，红光由于波长较大而贡献较小，紫光则虽然波长较短被大气吸收较多而贡献也较小，贡献较大的是介于红光和紫光之间的色光。同时，在太阳辐射光谱中，最大辐射能力所对应的波长为 0.475 微米，即青蓝光，并且人眼最敏感的色光偏向于绿光。因此
11、，在晴朗的天气条件下，人们所看到的天空呈现蔚蓝色。空气质量差的地方，空气中尘埃和小水滴较多，粗粒散射加强，而粗粒散射对不同波长色光的散射程度差异较小，因此天空的蓝色会变淡。阴雨天气时，大气中的散射现象以粗粒散射占优势，故天空呈现乳白色或灰白色。1313、大气散射的现象有哪些（、大气散射的现象有哪些（P23P23）答：（1）蔚蓝天空 （2）霞光 （3）曙暮光1414、物体的吸收率、透射率和反射率之间的关系如何？（、物体的吸收率、透射率和反射率之间的关系如何？（P35P35）答：辐射吸收：以吸收率（absorptivity）a 表示反射：以反射率 r（reflectivity）表示透射：以透射率
12、d（transmissivity）气象学习题 第 4 页 共 26 页4设投射到该物体表面上的总辐射量为 Q0，被吸收，反射，透射的能量分别为 Qa，Qr，Qd，则 a=Qa/Q0、r=Qr/Q0、d=Qd/Q0，它们之和为 1，即：a+r+d=11515、基尔荷夫定律的主要结论是什么？（、基尔荷夫定律的主要结论是什么？（P37P37）答：在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收 率的比值，只是温度和波长的函数，而与物体的其他性质无关，即：e,T/a,T=E,T 式中：式中：e,T 表示物体对该波长的放射能力；表示物体对该波长的放射能力；a,T 表示物体对该波长的吸收率
13、；表示物体对该波长的吸收率；E,T 只是波长和温度的函数。当温度和波长一定时，E,T为常数。根据这一定 律，可以推出两点结论： （1）对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力也较强；反之，放射 能力弱者，吸收能力也弱，黑体的吸收能力最强，所以它也是最强的放射物体。（2）对同一物体，如果在温度 T 时它放射某一波长的辐射，那么，在同一温度 下它也吸收这一波长的辐射。1616、斯蒂芬、斯蒂芬- -波尔兹曼定律的结论是什么？（波尔兹曼定律的结论是什么？（P37P37）答：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度（absolute temperature）的四次方成正比。ET=T4 称为斯蒂芬-波尔兹
14、曼定律，=5.6710-8 W/(m2K4)为斯蒂芬-波尔兹曼常数。说明物体温度俞高，其放射能力愈强。1717、维恩位移定律的结论是什么？（、维恩位移定律的结论是什么？（P38P38）答：这一定律指出绝对黑体的放射能力最大值对应的波长（m）与其本身的绝对温度成反比，即：m=C/T 或 mT=C表明：物体的温度俞高，放射能量最大值的波长愈短。凡是高温物体，其放射能力最大值的波长多为短波，如太阳辐射；凡是低温物体，其放射能力最大值的波长多为长波，如人，地面辐射和大气辐射。1818、什么是太阳常数？太阳常数与其它常数相比有什么特点？（、什么是太阳常数？太阳常数与其它常数相比有什么特点？（P38-39
15、P38-39）答：在地球大气上界，日地平均距离（约为 1.496108km）上投射到垂直于太阳光线平面上太阳辐射强度称为太阳常数（solar constant），以 S0表示，目前我国采用的太阳常数值为 1382W/m2 。太阳常数并不是恒定不变的，它随着太阳活动（太阳黑子数等）变化而发生变化。它随太阳黑子（sunspot）数增加而增大，随太阳黑子数减少而减少；但变化很小，其值在 1325 W/m2-1457 W/m2 之间。由于太阳辐射通过大气层到达地面时，能量总是要减弱，所以在地面上测得的太阳辐射强度总是小于太阳常数。气象学习题 第 5 页 共 26 页51919、地球上所获得的太阳辐射与
16、什么因子有关？（、地球上所获得的太阳辐射与什么因子有关？（P39P39）答：主要和太阳高度角和昼长有关。2020、什么是太阳高度角？写出太阳高度角的计算公式，并说明每个字母的意义。、什么是太阳高度角？写出太阳高度角的计算公式，并说明每个字母的意义。（P39P39）答：太阳高度角（h，solar altitude angle）是太阳光线与地表水平面之间的最小夹角。h 在 0-90之间变化。太阳高度角愈小，等量的太阳辐射能光束所散布的面积愈大，地表单位面积上所获得太阳辐射能就愈少。设透过 m 个大气量投射在垂直于太阳光的 ABCD 面上的辐射强度为 Sm,投射到水平面 ABCD面上的辐射强度为 Sm，显然，ABCD 和 ABCD面上获得的总辐射能量应该是相等的。故有 SmABCD=SmABCDSm=SmABCD/ABCD=Smsin h式中表明：水平面得到的太阳辐射与太阳高度角正弦成正比。h =0时最小，h =90最大。一天中早晨和傍晚，h 小，水平
