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第一章大气一、名词解释题：1.干洁大气：除去了水汽和各种悬浮的固体与液体微粒的纯净大气，称为干洁大气。2.下垫面：指与大气底部相接触的地球表面，或垫在空气层之下的界面。如地表面、海面及其它各种水面、植被表面等。3.气象要素：构成和反映大气状态的物理量和物理现象，称气象要素。主要包括气压、气温、湿度、风、云、能见度、降水、辐射、日照和各种天气现象等。二、填空题：(说明：在有底线的数字处填上适当内容)1.干洁大气中，按容积计算含量最多的四种气体是：(1)、(2)、氩和(3)。2.大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的(4)。3.大气中二氧化碳和水汽主要吸收(5)辐射。4.近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上(6)，夏天比冬天(7)。5.(8)是大气中唯一能在自然条件下发生三相变化的成分，是天气演变的重要角色。6.根据大气中(9)的铅直分布，可以把大气在铅直方向上分为五个层次。7.在对流层中，温度一般随高度升高而(10)。8.大气中对流层之上的一层称为(11)层，这一层上部气温随高度增高而(12)。9.根据大气中极光出现的最大高度作为判断大气上界的标准，大气顶约高(13)千米。答案：(1)氮(2)氧(3)二氧化碳(4)紫外线(5)长波(6)低(7)低(8)水汽(9)温度(10)降低(11)平流(12)升高(13)1200三、判断题：1.臭氧主要集中在平流层及其以上的大气层中，它可以吸收太阳辐射中的紫外线。2.二氧化碳可以强烈吸收太阳辐射中的紫外线，使地面空气升温，产生“温室效应”。3.由于植物大量吸收二氧化碳用于光合作用，使地球上二氧化碳含量逐年减少。4.地球大气中水汽含量一般来说是低纬多于高纬，下层多于上层，夏季多于冬季。5.大气在铅直方向上按从下到上的顺序，分别为对流层、热成层、中间层、平流层和散逸层。6.平流层中气温随高度上升而升高，没有强烈的对流运动。7.热成层中空气多被离解成离子，因此又称电离层。答案：1.对，2.错，3.错，4.对，5.错，6.对，7.对。四、问答题：1.为什么大气中二氧化碳浓度有日变化和年变化？答：大气中的二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料。植物在太阳辐射的作用下，以二氧化碳和水为原料，合成碳水化合物，因此全球的植物要消耗大量的二氧化碳；同时，由于生物的呼吸，有机物的分解以及燃烧化石燃料等人类活动，又要产生大量的二氧化碳。这样就存在着消耗和产生二氧化碳的两种过程。一般来说，消耗二氧化碳的光合作用只在白天进行，其速度在大多数地区是夏半年大，冬半年小；而呼吸作用等产生二氧化碳的过程则每时每刻都在进行。所以这两种过程速度的差异在一天之内是不断变化的，在一年中也随季节变化，从而引起二氧化碳浓度的日变化和年变化。在一天中，从日出开始，随着太阳辐射的增强，植物光合速率不断增大，空气中的二氧化碳浓度也随之不断降低，中午前后，植被上方的二氧化碳浓度达最低值；午后，随着空气温度下降，光合作用减慢，呼吸速率加快，使二氧化碳消耗减少；日落后，光合作用停止，而呼吸作用仍在进行，故近地气层中二氧化碳浓度逐渐增大，到第二天日出时达一天的最大值。在一年中，二氧化碳的浓度也主要受植物光合作用速率的影响。一般来说，植物夏季生长最旺，光合作用最强，秋季最弱。因此二氧化碳浓度秋季最小，春季最大。此外，由于人类燃烧大量的化石燃料，大量的二氧化碳释放到空气中，因而二氧化碳浓度有逐年增加的趋势。2.对流层的主要特点是什么？答：对流层是大气中最低的一层，是对生物和人类活动影响最大的气层。对流层的主要特点有：(1)对流层集中了80%以上的大气质量和几乎全部的水汽，是天气变化最复杂的层次，大气中的云、雾、雨、雪、雷电等天气现象，都集中在这一气层内；(2)在对流层中，气温一般随高度增高而下降，平均每上升100米，气温降低0.65℃，在对流层顶可降至－50℃至－85℃；(3)具有强烈的对流运动和乱流运动，促进了气层内的能量和物质的交换；(4)温度、湿度等气象要素在水平方向的分布很不均匀，这主要是由于太阳辐射随纬度变化和地表性质分布的不均匀性而产生的。五、复习思考题：1.臭氧在大气中有什么作用？它与平流层温度的铅直分布有什么关系？2.二氧化碳的日年化、年变化和长期变化的特点如何？为什么会有这样的变化？3.为何气象学中将大气中含量并不太大的水汽看作是一种重要的成分？4.大气在铅直方向上分层的依据是什么？5.大气在铅直方向上可分为哪几层？其中最低的一层有什么特点？6.根据气体的状态方程，说明当一块空气的温度比同高度上周围空气温度高或低时，这块空气在铅直方向上的运动情况。7.根据状态方程，比较同温同压下干、湿空气密度的差异。第二章辐射一、名词解释题：1.辐射：物体以发射电磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由辐射所传输的能量称为辐射能，有时把辐射能也简称为辐射。2.太阳高度角：太阳光线与地平面的交角。是决定地面太阳辐射通量密度的重要因素。在一天中，太阳高度角在日出日落时为0，正午时达最大值。3.太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的交角。以正南为0，从正南顺时钟向变化为正，逆时针向变化为负，如正东方为－90°，正西方为90°。4.可照时间：从日出到日落之间的时间。5.光照时间：可照时间与因大气散射作用而产生的曙暮光照射的时间之和。6.太阳常数：当地球距太阳为日地平均距离时，大气上界垂直于太阳光线平面上的太阳辐射能通量密度。其值为1367瓦•米-2。7.大气质量数：太阳辐射在大气中通过的路径长度与大气铅直厚度的比值。8.直接辐射：以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。9.总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。10.光合有效辐射：绿色植物进行光合作用时，能被叶绿素吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成分。11.大气逆辐射：大气每时每刻都在向各个方向放射长波辐射，投向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。12.地面有效辐射：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，即地面净损失的长波辐射。13.地面辐射差额：某时段内，地面吸收的总辐射与放出的有效辐射之差。二、填空题：1.常用的辐射通量密度的单位是(1)。2.不透明物体的吸收率与反射率之和为(2)。3.对任何波长的辐射，吸收率都是1的物体称为(3)。4.当绝对温度升高一倍时，绝对黑体的总辐射能力将增大(4)倍。5.如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为6000K，地面温度为300K，则太阳表面的辐射通量密度是地表面的(5)倍。6.绝对黑体温度升高一倍时，其辐射能力最大值所对应的波长就变为原来的(6)。7.太阳赤纬在春秋分时为(7)，冬至时为(8)。8.上午8时的时角为(9)，下午15时的时角为(10)。9.武汉(30°N)在夏至、冬至和春秋分正午时的太阳高度角分别为(11)，(12)和(13)。10.冬半年，在北半球随纬度的升高，正午的太阳高度角(14)。11.湖北省在立夏日太阳升起的方位是(15)。12.在六月份，北京的可照时间比武汉的(16)。13.在太阳直射北纬10°时，北半球纬度高于(17)的北极地区就出现极昼。14.由冬至到夏至，北半球可照时间逐渐(18)。15.光照时间延长，短日照植物的发育速度就会(19)。16.在干洁大气中，波长较短的辐射传播的距离比波长较长的辐射传播距离(20)。17.随着太阳高度的降低，太阳直接辐射中长波光的比(21)。18.地面温度越高，地面向外辐射的能量越(22)。19.地面有效辐射随空气湿度的增大而(23)，随地面与空气温度之差的增大而(24)，随风速的增大而(25)。20.地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射之差称为(26)。答案：(1)瓦.米－2；(2)1；(3)绝对黑体；(4)15；(5)160000；(6)二分之一；(7)0°；(8)－23°27'；(9)－60°；(10)45°；(11)83°27'；(12)36°33'；(13)60°；(14)减小；(15)东偏北；(16)长；(17)80°；(18)延长；(19)减慢；(20)短；(21)增加；(22)多；(23)减小；(24)增大；(25)减小；(26)地面辐射差额。三、选择题：(说明：在四个答案中，只能选一个正确答案填入空格内。)1.短日照植物南种北引，生育期将________。A.延长；B.缩短；C.不变；D.可能延长也可能缩短。2.晴朗的天空呈蓝色，是由于大气对太阳辐射中蓝紫色光________较多的结果。A.吸收；B.散射；C.反射；D.透射。3.对光合作用有效的辐射包含在________中。A.红外线；B.紫外线；C.可见光；D.长波辐射。4.在大气中放射辐射能力最强的物质是________。A.氧；B.臭氧；C.氮；D.水汽、水滴和二氧化碳。5.当地面有效辐射增大时，夜间地面降温速度将____。A.加快；B.减慢；C.不变；D.取决于气温。答案：1.A；2.B；3.C；4.D；5.A。四、判断题：1.对绝对黑体，当温度升高时，辐射能力最大值所对应的波长将向长波方向移动。2.在南北回归线之间的地区，一年有两次地理纬度等于太阳赤纬。3.时角表示太阳的方位,太阳在正西方时,时角为90°。4.北半球某一纬度出现极昼时，南半球同样的纬度上必然出现极夜。5.白天气温升高主要是因为空气吸收太阳辐射的缘故。6.光合有效辐射只是生理辐射的一部分。7.太阳直接辐射、散射辐射和大气逆辐射之和称为总辐射。8.地面辐射和大气辐射均为长波辐射。9.对太阳辐射吸收得很少的气体，对地面辐射也必然很少吸收。10.北半球热带地区辐射差额昼夜均为正值，所以气温较高。答案：1.错；2.对；3.错；4.对；5.错；6.对；7.错；8.对；9.错；10.错。五、计算题1.任意时刻太阳高度角的计算根据公式Sinh＝sinφsinδ＋cosφcosδcosω大致分三步进行：(1)计算时角ω，以正午时为0°，上午为负，下午为正，每小时15°；如以“度”为单位，其计算式是ω＝(t－12)×15°其中t为以小时为单位的时间；如以“弧度”为单位，则ω＝(t－12)×2π/24建议计算时以角度为单位。(2)计算sinh值(所需的δ值可从教材附表3中查到，考试时一般作为已知条件给出)。(3)求反正弦函数值h，即为所求太阳高度角。例：计算武汉(30°N)在冬至日上午10时的太阳高度角。解：上午10时：ω＝(t－12)×15°＝(10－12)×15°＝－30°冬至日：δ=－23°27'武汉纬度：φ=30°∴sinh=sin30°sin(－23°27')＋cos30°cos(－23°27')cos(－30°)=0.48908h=29°17'2.正午太阳高度角的计算根据公式：h=90°－φ＋δ进行计算；特别应注意当计算结果h90°时，应取补角(即用180°－h作为太阳高度角)。也可根据h=90°－|φ－δ|进行计算，就不需考虑取补角的问题(建议用后一公式计算)。还应注意对南半球任何地区，φ应取负值；在北半球为冬半年(秋分至春分)时，δ也取负值。例计算当太阳直射20°S时(约11月25日)在40°S的正午太阳高度角。解：已知φ=－40°(在南半球)δ=－20°∴h=90°－(－40°)+(－20°)=110°计算结果大于90°，故取补角，太阳高度角为：h=180°－110°=70°也可用上述后一公式直接得h=90°－|φ－δ|=90°－|－40°－(－20°)|=70°3.计算可照时间大致分三步：(1)根据公式：cosω0=－tgφtgδ计算cosω0的值。(2)计算反余弦函数值ω0，得日出时角为－ω0，日落时角为+ω0(3)计算可照时间2ω0/15°(其中ω0必须以角度为单位)。例计算11月25日武汉的可照时间。解：由附表3可查得δ=－20°，武汉纬度φ=30°cosω0=－tgφtgδ=－tg30°tg(－20°)=0.210138ω0=77.87°即：日出时角为－77.87°(相当于真太阳时6时49分)，日落时角为77.87°(相当于真太阳时17时11分)。∴可照时间=2ω0/15°=2×77.87°/15°=10.38小时4.计算水平面