气象学思考题

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1、第一章1具备水汽、对流运动有利于温度降低水汽凝结、要素分布不均匀有利于锋面产 生，而锋面的抬升运动有利于水汽凝结产生云雨等天气现象。2臭氧能强烈吸收太阳紫外线辐射部分，对大气有增温作用，引起平流层的温度 随高度增加。3粉尘，一氧化碳，二氧化碳，一氧化氮，硫化氢，碳氢化合物和氨。来自工业, 交通运输业。4温度随高度递减、对流旺盛、要素水平分布不均匀、集中了四分之三的大气质 量和十分之九的水汽质量。对流层主要是从地面得到热量，通过空气的对流和湍 流运动，将热量输送到高层大气。5平流层中水汽含量极少，透明度好，大多数时间天空晴朗，只是在底部有分散 的贝母云。飞机飞行的理想高度。6平流层中这种温度的分

2、布特征，是和它受地面的影响小，以及该层中的臭氧对 太阳紫外辐射的吸收有关。7干洁空气主要气体的成分比从地面直到90公里高度基本不变，在90km以上， 大气的主要成分仍是氮和氧，但随着高度的增加氧的比例减小，氮的比例增大。 平均从80如开始，由于太阳紫外辐射的照射，氧和氮己有不同程度的离解，在 100km以上氧己全部成为氧原子，在250km以上氮也基本以原子的形式存在。8近百年来，大量燃烧化石燃料，大气中的二氧化碳含量以每年1 X IO12%的量级 不断增加。9压强随高度的变化与温度成反比。10因为*vp,所以按照式算出的q与按v = 0.622算出的w差别很小11.与湿空气同气压同密度的干空气

3、的温度。将水汽增加密度减小的效应，用温 度升高密度减小来表示，而不考虑水汽多少所引起的空气分子量的变化。12从物理意义上讲，米反映的是高度的变化，而位势米反映了单位质量的物体 当高度变化时其势能的变化。13单位体积大气所能容纳水汽与温度有关。温度超高，能容纳的水汽，饱和水 汽压超高。当温度较高时，饱和水汽压随温度较快；而温度降低，饷水汽压随温 度升高增大较慢。14由单位压强高度差知当T较大，H较大，所以暖空气中单位气压高度差要比 在冷静空气中大。在相信的冷暖空气中，当地面压强相同，在各个高度上暖气层 的气压比冷气层内气压大。15西，北16单位时间内空气在水平方向流动的距离就是风速。风向是指风的

4、来向。风压是与风运动方向相垂直的单位面积上受风的垂直作用力的大小。17在空气中气压和水汽含量不变的条件下降温，使水汽相对于水面达到饱和（f 0C）时的温度,称为露点温度。上=（lg（e/6.11）/o-lg（e/6.11）由上式可以 看出，在气压一定时，露点（或霜点）的高低只与空气中的水汽含量有关，水汽 含量愈多，露点（或霜点）愈高，所以露点（或霜点）也是反映空气中水汽含量 的物理量。18绝对湿度，相对温度19干空气的状态方程为p = pRT ；湿空气的状态方程可写成p = pRTv:上式表 明，在温度一定时，气体的压强与其密度成正比；在密度一定时，气体的压强与 其绝对温度成正比。20虬-处流

5、体静力学方程的物理意义是当单位体积的气块处于静力平衡时， 所受的静压力与重力相等，气压随高度增加而减小，气压随高度变化的快慢与气 压成正比。21/ = xl00% = -xl00%温度不变，饱和水汽压不变，比湿减小，相对湿度 a q,减小。第二章1. 1367W/M2,太阳辐射主要集中于0. 15-4UM,地面集中于3T20UM。2太阳辐射一部分被大气吸收，一部分被散射到太空中，还有云层对太阳辐射的 减弱作用。3瑞利散射和米散射。瑞利散射光的强度与波长的四次方成正比。米散射强度与 波长无关。4天空呈蓝色因为辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射。蓝烟同前。吸烟者 吐出大量水汽，微粒半径大，对白光

6、散射最强。5到达地面的太阳辐射包括了直接投射到地面上的直接辐射和以散射的形式到 达地面的散射辐射两部分。太阳直接辐射的大小主要是由太阳高度角和大气透明 度所决定的。散射辐射和空气分子、尘埃和云滴有关。6地面所放射的辐射量与地面所吸收外资的那部分大气逆辐射之差。影响因子有 地面温度，气温，大气湿度，云况，海拔高度，地面性质。7冬天气温太阳低，夜晚无太阳辐射，而无云使地面有效辐射增大，黎明前温度 一直下降。8夜间地面因强烈的地面有效辐射，冷却降温，使紧贴其上的气层空气有较大的 降温而形成逆温。9太阳高度角随纬度增大而变化减小，所以气温变化也相应由大到小。而气温年 变化由地面总辐射决定，辐射变化量随

7、纬度增大而增大，所以赤道气温年变化更 10冬夏高低纬间地面接受辐射差不同，夏季因该半球接受太阳直射较多，辐射 差小，冬季相反。11地面辐射收支之差。日变化特征为白天R大于0,夜间R小于0,年变化特征 为7-8月R最大，1-2月R最小。12低纬度辐射差额大于0,有热量盈余，纬度高于30度地区有热量亏损，高低 纬地区热量平衡靠空气的湍流，洋流完成，对于便于平均而言，差额为0。13陆地热量平衡方程(R = LE + P土的物理含义是地面收支差额靠着潜热输送、感热输送和土壤中热储量的变化保持平衡。14日变化为最低温出现在日出前后，最高温在14时左右；年变化陆地上空气温 1月最低，7月最高，海洋上空2月

8、最低，8月最高，地理分布特征为冬季等温 线密集，温度梯度大，夏季相反，北半球等温线与纬圈不平行。第三章1.三种(1) 理想气体热力学第一定律：dQ = mcT+pdV ,表示系统热量的得失与内能做功之间的能量关系。RT(2) 干空气热力学第一定律：dQ = c、.dT_Jp,表示单位质量干空气的热量的得失与内P能做功之间的能量关系。(3) 饱和湿空气热力学第一定律：dQLdqs=c、dT-dp,表示饱和湿空气块的热量P的得失与内能做功之间的能量关系。2. 什么是干绝热过程，什么是湿绝热过程，什么是假绝热过程？(1) 如果升降气块内部既没有发生水相变化，又没有与外界交换热量，称这种过程为干绝热

9、过程。(2) 饱和湿空气在上升过程中，与外界没有热量交换，该过程称为湿绝热过程。(3) 潮湿空气块上升，饱和前温度按干绝热直减率减小，饱和以后按湿绝热直减率减小。当 气块中水汽凝结，成为雨滴、雪花等部分或全部降落后，气块中水分含量减少，下降过程按 干绝热直减率或介于干、湿绝热直减率之间的直减率(它大于上升过程中的湿绝热直减率) 增温，气块回到原来高度上时，其温度就变成另一个较高的温度，这种过程是个不可逆过程。 严格说是非绝热的，所以称为假绝热过程。3. 什么叫凝结高度？在什么情况下凝结高度较高或较低？(1) 未饱和的湿空气块绝热上升，气块的水汽压小于其温度时的饱和水汽压；当气块继续上 升，其温

10、度降低，饱和水汽压也随之减小。这样，在某一高度上，其饱和水汽压等于气块的 水汽压，水汽开始发生凝结，把这个高度称为抬升凝结高度(LCL),简称凝结高度。(2) 由公式力=123(7；-。),凝结高度的大小取决于抬升前气块温度和露点温度之差。差大凝结高度大，反之则小。4. 为什么湿绝热直减率小于干绝热直减率，湿绝热直减率大小与什么有关？湿绝热直减率兀= /d+上虫，当饱和湿空气上升时，d乙0, dqO,则华 0 ,则哗 不柜至7=中女不稳定/=/,中性,水平方向不满足地转平衡;垂直运动方程：g=-1也-g,垂直方向发展强烈的小尺度系统不满足静力平衡, dt p dz一般情况下是满足静力平衡的。5

11、. 什么是地转风？梯度风？风场与气压场关系如何？梯度风什么情况下等于地转风？ 答：地转风是水平气压梯度力与地转偏向力达到平衡时，空气的等速直线水平运动。地转风的风压场关系满足白贝罗风压定律：背风而立。北半球上，低压区在左，高压 区在右；南半球上则相反，高压区在左，低压区在右。梯度风是沿（圆形）等压线吹的无摩擦的水平气流。梯度风的风压场关系有两种情况：梯度风轨迹曲率为气旋式，空气呈逆时针向旋转。梯度风轨迹曲率为反气旋式，空气呈顺时针向旋转。在平直等压线条件下，梯度风等于地转风。6. 从力的平衡说明，为什么北半球大尺度气旋和反气旋对应低压和高压？答：北半球大尺度气旋对应低压：因为离心力总是指向外，

12、这时地转偏向力也指向圆外, 所以气压梯度力必须指向圆心，即气压系统中心为低压，这样才能达到三力平衡，如下图:北半球大尺度反气旋对应高压：离心力总是指向圆外，这时地转偏向力指向圆内，而 气压梯度力的方向就决定于前两项的相对大小。当G由高指向低，即反气旋中心为高压中V2 心，满足A=C+G,地转偏向力与惯性离心力、气压梯度力平衡,如下图|A|C|,即f靖 卫， rT对于大尺度系统&大，C较小，关系成立。反之，反气旋中心为低压中心，满足A+G=C, 惯性离心力与地转偏向力、气压梯度力平衡，即|A|v|C|,对于大尺度系统是不成立的。7. 为什么高压中心的风不可能很大?答：北半球高压与大尺度反气旋对应

13、,由公式dn= Q2 sni2(prT p 知，反气max旋中心因为gl很小，所以气压梯度最大可能值也较小，因此在反气旋中心等压线不会很密, 所以反气旋中心（高压中心）的风不可能很大。8. 如果用V表示梯度风风速，Vg表示地转风风速，试证在高压区V V ；在低 压区V VKo证明：VVV已知地转风与梯度风之比为：- = 1 + ,又因在高压区& 0,所以工Vg：在低压区& 0,所以90,艮：VVRo9. 热成风的成因是什么？热成风与平均等温线有何关系？热成风在风随高度变化中有 些什么作用？答：-热成风的成因：当两个等压面之间气层的平均温度分布不均，即有平均温度梯度时, 等压面的坡度就会随高度发

14、生变化，或愈向上等压面坡度愈陡，从而有热成风。热成风与平均等温线的关系：由公式|VJ= AV.点苛隼（T。）可看出，热成风的大小与平均等温线的疏密程度（平均温度的梯度）成正比。-热成风在风随高度变化中的作用：应用单站测风记录，判断高空冷暖平流。根据热成风与气层平均温度的梯度之间的关系，估算另一高度上的地转风。判断气压场和温度场的空间结构。10. 为什么地转风随高度逆时针旋转有冷平流？顺时针旋转有暖平流？答：据热成风公式诺=或-富，当P与Po两层等压面的地转风己知时，即可从地转风的向量差求出再由启的方向确定此两层间冷暖区的分布，进而判断冷暖平流。如下图所冷冷暖（a）逆转时伴有冷平流（b）顺转时伴

15、有暖平流图（a）中等温线为东西走向，且北冷南暖，地转风温度平流为冷平流；图（b）中等温 线也是东西走向，北冷南暖，地转风温度平流为暖平流。11. 地面冷高压随高度将会发生什么变化？高空会是什么系统对应？答：地面为冷高压时，如下图（a）所示，*0与匕方向相反，这时风向不变，风速随高度减小，到某一高度为零，以后风向倒转180 ,再向上风速又继续增加，在高空会是低 压系统与之对应，如下图（b）o（a）地面为冷高压（b）高空为冷低压12. 由连续方程说明水平速度散度与垂直速度的关系？答：己知连续方程翼=-（半+ ；），从地面气压P。到某一高度气压p对其积分，就可 op ox oy得这高度上的p铅直速度

16、纣P)=攻Po) - J(客 + 京pdp也 ex cy上式中，称（+ ）为水平速度散度，用V/.V表示；（一 + 一）称为等压水平速度散 dx dydx dy度，用表示。当巳以（或VP0时，称相应的流场为辐散：当,以（或V/V）。时, 称相应的流场为辐合。因此，在低层大气中，气流辐合伴随有上升运动；气流辐散伴随着下 沉运动。13. 说明p垂直速度和z坐标系垂直速度的意义，与，的联系为什么符号相反？答：p坐标系中的垂直速度a）= % ,表示某固定质点气压随时间的变化；z坐标系中的 垂直速度w=,表示某固定质点高度随时间的变化。dt己知口 =（等）：+以* + 啥）:+ W* ,因为右端前三项的

17、尺度较最后一项小一 个量级，略去前三项，得dpco= w- = -pgyv即刃与冲的联系符号相反。14. 7501iPa面和5001iPa面之间气层的平均温度梯度值为每100km降低3C,梯度方向 指东方，设f =10-4s-1o如果7001iPa 为东南风20ms-1,试问在5001iPa上的地转风风速是 多少，风来自何方？答：Vr| = - =U-o） = （-）= 30/h/s2。sin p7 dnf p dnK与*、Ko构成的三角形可求出匕的值，为211WS，方向为北偏东40.9%15. 地面摩擦力对风的影响？（包括风向、风速）答：摩擦力不仅使风速减小，且会改变风向，使低层空气中的风穿越等压线向低压区吹。