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第二章大气的热能和温度[主要内容]本章主要讨论与大气温度有关的辐射能量及其转化，说明了大气温度变化的原因，揭示了大气温度的时空分布规律。[名词解释]辐射：以电磁波为传播能量的方式辐射能：通过辐射传播的能量辐射强度：点辐射源在某方向上单位立体角内传送的辐射通量辐射通量密度：单位面积内通过单位面积的辐射能量黑体：可以吸收所有入射辐射的物体太阳常数：日地处于平均距离，在大气上界，垂直于太阳光线的1平方厘米面积内，1分钟内获得的太阳辐射能量直接辐射：太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射散射辐射：经过散射后自天空投射到地面的太阳辐射总辐射：直接辐射与散射辐射的总和行星反射率：以全球平均而言，太阳辐射约有百分之30被散射和漫射后回宇宙大气窗口：大气对长波辐射，在8—12波段处吸收率最小，透明度最大地面有效辐射：地面放射的辐射与地面吸收到的大气逆辐射之差干绝热直减率：对于干空气和未饱和的湿空气而言，气块绝热上升单位距离时的温度降低值湿绝热直减率：饱和湿空气绝热上升的减温率泊松方程：位温：气体从原有的压强与温度出发，绝热膨胀或压缩到标准压强时的温度假相当位温：当气块中含有的水汽全部凝结降落时所释放的潜热，使原气温的位温达到极值大气稳定度：气块受任意方向扰动后，返回或远离原平衡位置的趋势和程度气温的日较差：一天中气温最高值与最低值的差值气温的年较差：一年中月平均气温的最高值与最低值的差值热赤道：位于北纬20度左右的地区，平均温度1月7月均高于24摄氏度逆温：一定条件下，对流层中出现气温随高度增加而设广告的现象[填空]1、太阳辐射是地球最重要的能量来源，一年中整个地球可以有太阳获得_5.44x10^24_的能量。2、气象学着重研究太阳、地球和大气的热辐射，它们的波长大约在___0.15-120______之间。3、基耳荷夫定律表明：同一物体在温度T时放射某一波长的辐射，那么在同一温度下它也_吸收这一波长辐射____；一个物体的吸收率等于该物体同温度同波长的__放射率_______；__黑体__________的吸收能力最强，它也是最好的放射体。4、黑体的总放射能力与它本身的__绝对温度的四次方___________成正比。5、物体温度愈高，其单色辐射极大值所对应的波长__愈短_____________。6、太阳辐射在大气中的减弱，以_臭氧___作用最为重要，_二氧化碳___作用其次，_悬浮在大气中的水滴、杂质__作用相对最小。7、布格公式表示太阳辐射经过大气减弱之后到达地面的数值，其表达式为_I=I0P^m___________。8、直接辐射有显著的年变化、日变化和纬度变化，这种变化主要由__太阳高度角_____决定。9、我国总辐射最高的地区在___西藏_____________。10、雨后天晴，天空呈青蓝色，是因为_太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气吸收______。11、_分子__散射，或称_瑞利___散射，有选择性；_粗粒___散射，或称_米___散射，没有选择性。12、地面辐射差额可表示为__辐射差额=收入辐射—支出辐射_________________。13、气温的变化有_非绝热______变化和____绝热___________变化两种情况。14、空气与外界交换热量的方式有_传导____、___辐射___、__对流____、__湍流____、__蒸发和凝结_____。在地面与空气间最主要的是__辐射_____，在气层之间，主要是___对流___和__湍流______。15、位温对于__干绝热____过程具有保守性，假相当位温对于__干绝热____过程、___湿绝热___过程、____假绝热__________过程，都具有保守性。16、关于大气的静力稳定度，有如下的结论：气温直减率愈大，大气愈_不稳定___。气温直减率小于湿绝热直减率时是_加速度与位移方向相反、层结稳定_______；气温直减率大于干绝热直减率时是_加速度与唯一方向一致、层结不稳定___________；气温直减率介于湿绝热直减率和干绝热直减率之间时是__层结中性_________。17、近地层气温日变化的特征是：在一日内有一个最高值，一般出现在_午后14时左右____，一个最低值，一般出现在__清晨日出前后___。一天中_气温的最高值与最低值____的差值，称为日较差。一年中__月平均气温的最高值和最低值__的差值，称为年较差。18、影响气温分布的主要因素有__纬度_____、____海陆____、__高度______。19、北半球冬季最冷的地区位于__东部西伯利亚______和__格陵兰地区____________。20、造成逆温的条件有__地面辐射冷却____、__空气平流冷却_____、____空气下沉增温____、__空气湍流混合_________等。[问答题]1、试叙述有关辐射的三个基本定律的具体内容。基尔荷夫定律表明在一定波长、一定温度下，一个物体的吸收率等于该物体同温度、同波长的放射率。即对不同物体，辐射能力强的物质，其吸收能力也强；同一物体在一定温度时放射某一波长的辐射，在同一温度下也吸收这一波长的辐射。斯蒂芬-玻尔兹曼：黑体的总放射能力与它本身的绝对温度低四次方成正比，可以计算黑体在某一温度时的辐射强度，也可以有黑体的辐射强度求得其表面温度。维恩位移定律：黑体单色辐射强度极大值所对应的波长与其绝对温度成反比，物体温度愈高，其单色辐射极大值所对应的波长愈短；反之，物体温度愈低，其辐射的波长则愈长。2、试说明总辐射、地面有效辐射和地面辐射差额的时空分布规律。在一年中总辐射强度在夏季最大，冬季最小；总辐射随维度分布一般是维度愈低，总辐射愈大，反之愈小。但是有效辐射的最大值并不在赤道，而在东经20度。日总量随维度增加而减小。在白天由于低层大气中垂直温度梯度增大，所以有效辐射值也增大，在夜间有效辐射值逐渐减小，在清晨达到最小。有效辐射值的年变化，夏季最大，冬季最小。地面辐射差额一般白天为正，夜间为负，由负值转到正值的时刻一般在日出后1h，由正值转到负值的时刻一般在日落1-1.5h。一般夏季辐射差额为正，冬季为负值，最大值出现在较暖的月份，最小值出现在较冷的月份。3、海陆的增温和冷却差异的原因是什么？首先，在同样的太阳辐射强度下，海洋所吸收的太阳能多于陆地所吸收的太阳能，这是因为陆地对太阳光的反射率大于水面。其次，陆地所吸收的太阳能分布在很薄的地表面，而海水所吸收的太阳能分布在较厚的水层中。此外，海面有充分的水源供应，以致蒸发量较大，失热较多，这也使水温不容易升高。最后，岩石和土壤的比热小于水的比热。4、什么是空气温度的个别变化和局地变化，它们的关系如何？个别变化：单位时间内个别空气质点温度的变化；局地变化：某一固定地点空气温度随时间的变化。局地变化是平流变化和个别变化之和。5、气温日较差、年较差的时空分布规律怎样？气温日较差最大地区在副热带，向两极减少。热带地区的平均日较差约为12摄氏度，温带约为8-9摄氏度，几圈内卫3-4摄氏度。日较差夏季大于冬季，但中纬地区日较差最大值出现在初夏，最小值出现在冬季。赤道附近，昼夜长短几乎相等，最热月与最冷月热量收支相差不大气温年较差很小，愈到高纬度地区冬夏区分明显，气温年较差明显。同一纬度的海陆相比，大陆区域冬夏两季热量收支差值比海洋大，所以陆上气温年较差比海洋大得多。6、海平面气温分布的规律如何？就全球而言赤道地区气温最高，向两极逐渐降低，在北半球等温线7月比1月稀疏。冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向极地，而夏季相反。海洋上等温线较平直，遇到陆地等温线会发生弯曲。再次，最高气温带并不位于赤道上，而是冬季在北纬5-10度处，夏季移到北纬20度左右。7、湍流逆温和下沉逆温是如何形成的？湍流逆温是由于低层空气的湍流混合而形成的逆温。逆温离地面的高度依赖于湍流混合层的厚度，通常在1500米以下，其厚度一般为数十米。当气层的气温直减率小于干绝热直减率时，经湍流混合后，气层的温度分布逐渐接近干绝热直减率。因湍流上升的空气按干绝热直减率降低温度。空气上升到混合层顶部时，它的温度比周围的气温低，混合的结果，使上层气温降低；空气下沉时，情况相反，致使下层气温升高。这样就在湍流减弱层，出现逆温。下沉逆温是由于空气下沉压缩增温而形成的。多出现在离地面1000m以上的高空，厚度可达数百米。在逆温层中湿度随高度减少。下沉逆温是由于空气层下沉，绝热压缩增温而形成的逆温层。它又会减率趋近于干绝热直减率。下沉逆温多出现在高压区内，范围较大，厚度可达几百米。因低层的湍流混台作用而得到加强，这种逆温的特征是逆温层之上的气温直减率趋近于干绝热直减率。下沉逆温多出现在高压区内，范围较大，厚度可达几百米。