农业气象学专业考试预习复习题.doc

#*第一章 大气一、名词解释题：一、名词解释题：1.1.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。大气。2.2.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。表面、海面及其它各种水面、植被表面等。3.3.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。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：二、填空题：( (说明：在有底线的数字处填上适当内容说明：在有底线的数字处填上适当内容) )1.1.干洁大气中，按容积计算含量最多的四种气体是：干洁大气中，按容积计算含量最多的四种气体是：(1)(1)、(2)(2)、氩和、氩和(3)(3)。2.2.大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的(4)(4)。3.3.大气中二氧化碳和水汽主要吸收大气中二氧化碳和水汽主要吸收(5)(5)辐射。辐射。4.4.近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上(6)(6)，夏天比冬天，夏天比冬天(7)(7)。5.5. (8)(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。要角色。6.6.根据大气中根据大气中(9)(9)的铅直分布，可以把大气在铅直方向上分为五个层次。的铅直分布，可以把大气在铅直方向上分为五个层次。7.7.在对流层中，温度一般随高度升高而在对流层中，温度一般随高度升高而(10)(10)。8.8.大气中对流层之上的一层称为大气中对流层之上的一层称为(11)(11)层，这一层上部气温随高度增高而层，这一层上部气温随高度增高而(12)(12)。9.9.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)(13)千米。千米。 答案：答案： (1)(1)氮氮 (2)(2)氧氧 (3)(3)二氧化碳二氧化碳 (4)(4)紫外线紫外线 (5)(5)长波长波 (6)(6)低低 (7)(7)低低 (8)(8)水汽水汽 (9)(9)温度温度 (10)(10)降低降低 (11)(11)平流平流 (12)(12)升高升高 (13)1200(13)1200三、判断题：三、判断题：( (说明：正确的打说明：正确的打“”“” ，错误的打，错误的打“×”)“×”)1.1.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。线。2.2.二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“温室温室效应效应” 。3.3.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。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。4.4.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。季。5.5.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。流层和散逸层。6.6.平流层中气温随高度上升而升高，没有强烈的对流运动。平流层中气温随高度上升而升高，没有强烈的对流运动。7.7.热成层中空气多被离解成离子，因此又称电离层。热成层中空气多被离解成离子，因此又称电离层。答案：答案：1.1.对，对，2.2.错，错，3.3.错，错，4.4.对，对，5.5.错，错，6.6.对，对，7.7.对。对。四、问答题：四、问答题：1.1.为什么大气中二氧化碳浓度有日变化和年变化？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，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。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；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；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。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。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。氧化碳浓度有逐年增加的趋势。2.2.对流层的主要特点是什么？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：层的主要特点有：(1)(1)对流层集中了对流层集中了80%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；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)(2)在对流层中，在对流层中， 气温一般随高度增高而下降，气温一般随高度增高而下降， 平均每上升平均每上升100100米，米， 气温降气温降低低0.650.65，在对流层顶可降至，在对流层顶可降至5050至至8585；(3)(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；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)(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。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：五、复习思考题：1.1.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？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？2.2.二氧化碳的日年化、年变化和长期变化的特点如何？为什么会有这样的变化？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？3.3.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？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？4.4.大气在铅直方向上分层的依据是什么？大气在铅直方向上分层的依据是什么？5.5.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？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？6.6.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。时，这块空气在铅直方向上的运动情况。7.7.根据状态方程，比较同温同压下干、湿空气密度的差异。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：一、名词解释题：1.1.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。的能量称为辐射能，有时把辐射能也简称为辐射。2.2.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要因素。在一天中，太阳高度角在日出日落时为0 0，正午时达最大值。，正午时达最大值。3.3.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 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，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°90°，正西方为，正西方为90°90°。4.4.可照时间：从日出到日落之间的时间。可照时间：从日出到日落之间的时间。5.5.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。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。6.6.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。其值为上的太阳辐射能通量密度。其值为13671367瓦瓦 米米-2-2 。7.7.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。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。8.8.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。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。9.9.总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。10.10.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。反应的太阳辐射光谱成分。11.11.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。气辐射，称为大气逆辐射。1212 . .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。长波辐射。13.13.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。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：二、填空题：1.1.常用的辐射通量密度的单位是常用的辐射通量密度的单位是(1)(1)。2.2.不透明物体的吸收率与反射率之和为不透明物体的吸收率与反射率之和为(2)(2)。3.3.对任何波长的辐射，吸收率都是对任何波长的辐射，吸收率都是1 1的物体称为的物体称为(3)(3)。4.4.当绝对温度升高一倍时，绝对黑体的总辐射能力将增大当绝对温度升高一倍时，绝对黑体的总辐射能力将增大(4)(4)倍。倍。5.5.如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为6000K6000K，地面温度为，地面温度为300K300K，则太阳表面的辐射通量密度是地表面的，则太阳表面的辐射通量密度是地表面的(5)(5)倍。倍。6.6.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)(6)。7.7.太阳赤纬在春秋分时为太阳赤纬在春秋分时为(7)(7)，冬至时为，冬至时为(8)(8)。8.8.上午上午8 8时的时角为时的时角为(9)(9)，下午，下午1515时的时角为时的时角为(10)(10)。9.9.武汉武汉(30°N)(30°N)在夏至、冬至和春秋分正午时的太阳高度角分别为在夏至、冬至和春秋分正午时的太阳高度角分别为(11)(11)，(12)(12)和和(13)(13)。10.10.冬半年，在北半球随纬度的升高，正午的太阳高度角冬半年，在北半球随纬度的升高，正午的太阳高度角(14)(14)。11.11.湖北省在立夏日太阳升起的方位是湖北省在立夏日太阳升起的方位是( (15)15)。12.12.在六月份，北京的可照时间比武汉的在六月份，北京的可照时间比武汉的(16)(16)。13.13.在太阳直射北纬在太阳直射北纬10°10°时，北半球纬度高于时，北半球纬度高于(17)(17)的北极地区就出现极昼。的北极地区就出现极昼。14.14.由冬至到夏至，北半球可照时间逐渐由冬至到夏至，北半球可照时间逐渐(18)(18)。15.15.光照时间延长，短日照植物的发育速度就会光照时间延长，短日照植物的发育速度就会(19)(19)。16.16.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)(20)。17.17.随着太阳高度的降低，太阳直接辐射中长波光的比随着太阳高度的降低，太阳直接辐射中长波光的比(21)(21)。18.18.地面温度越高，地面向外辐射的能量越地面温度越高，地面向外辐射的能量越(22)(22)。19.19.地面有效辐射随空气湿度的增大而地面有效辐射随空气湿度的增大而(23)(23)，随地面与空气温度之差的增大而，随地面与空气温度之差的增大而 (24)(24)，随风速的增大而随风速的增大而(25)(25)。20.20.地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射之差称为地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射之差称为(26)(26)。答案：答案： (1)(1)瓦瓦. .米米2 2 ； (2)1(2)1； (3)(3)绝对黑体；绝对黑体； (4)15(4)15； (5)160000(5)160000； (6)(6)二分二分之一；之一； (7)0°(7)0°；(8)(8)23°27'23°27'；(9)(9)60°60°； (10)45°(10)45°； (11)83°27'(11)83°27'； (12)36°33'(12)36°33'；(13)60°(13)60°； (14)(14)减小；减小； (15)(15)东偏北；东偏北； (16)(16)长；长； (17)80°(17)80°；(18)(18)延长；延长； (19)(19)减慢；减慢； (20)(20)短；短；(21)(21)增加；增加； (22)(22)多；多； (23)(23)减小；减小； (24)(24)增大；增大； (25)(25)减小；减小； (26)(26)地面辐射差额。地面辐射差额。三、选择题：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。说明：在四个答案中，只能选一个正确答案填入空格内。) )1.1.短日照植物南种北引，生育期将短日照植物南种北引，生育期将_。A.A.延长延长； B.B.缩短；缩短；C.C.不变；不变； D.D.可能延长也可能缩短。可能延长也可能缩短。2.2.晴朗的天空呈蓝色，是由于大气对太阳辐射中蓝紫色光晴朗的天空呈蓝色，是由于大气对太阳辐射中蓝紫色光_较多的结果。较多的结果。A.A.吸收；吸收； B.B.散射散射； C.C.反射；反射； D.D.透射。透射。3.3.对光合作用有效的辐射包含在对光合作用有效的辐射包含在_中。中。A.A.红外线；红外线； B.B.紫外线；紫外线；C.C.可见光可见光； D.D.长波辐射。长波辐射。4.4.在大气中放射辐射能力最强的物质是在大气中放射辐射能力最强的物质是_。A.A.氧；氧； B.B.臭氧；臭氧；C.C.氮；氮； D.D.水汽、水滴和二氧化碳。水汽、水滴和二氧化碳。5.5.当地面有效辐射增大时，夜间地面降温速度将当地面有效辐射增大时，夜间地面降温速度将_。A.A.加快加快； B.B.减慢；减慢； C.C.不变；不变； D.D.取决于气温。取决于气温。答案：答案： 1.1. A A； 2.2. B B； 3.3. C C； 4.4. D D； 5.5. A A。四、判断题：四、判断题：1.1.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。动。2.2.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。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。3.3.时角表示太阳的方位时角表示太阳的方位, ,太阳在正西方时太阳在正西方时, ,时角为时角为90°90°。4.4.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。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。5.5.白天气温升高主要是因为空气吸收太阳辐射的缘故。白天气温升高主要是因为空气吸收太阳辐射的缘故。6.6.光合有效辐射只是生理辐射的一部分。光合有效辐射只是生理辐射的一部分。7.7.太阳直接辐射、散射辐射和大气逆辐射之和称为总辐射。太阳直接辐射、散射辐射和大气逆辐射之和称为总辐射。8.8.地面辐射和大气辐射均为长波辐射。地面辐射和大气辐射均为长波辐射。9.9.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。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。10.10.北半球热带地区辐射差额昼夜均为正值，所以气温较高。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：答案： 1.1.错；错； 2.2.对；对； 3.3.错；错； 4.4.对；对； 5.5.错；错； 6.6.对；对； 7.7.错；错； 8.8.对；对； 9.9.错；错；10.10.错。错。 五、计算题五、计算题1.1. 任意时刻太阳高度角的计算任意时刻太阳高度角的计算 根据公式根据公式 SinhSinhsinsinsinsincoscoscoscoscoscos大致分三步进行：大致分三步进行：(1)(1) 计算时角计算时角 ，以正午时为，以正午时为0°0°，上午为负，下午为正，每小时，上午为负，下午为正，每小时15°15°；如以；如以“度度”为单位，为单位，其计算式是其计算式是 (t(t12)×15°12)×15°其中其中 t t 为以小时为单位的时间；如以为以小时为单位的时间；如以“弧度弧度”为单位，则为单位，则(t(t12)×2/2412)×2/24建议计算时以角度为单位。建议计算时以角度为单位。(2)(2) 计算计算 sinhsinh 值值( (所需的所需的 值可从教材附表值可从教材附表3 3中查到，考试时一般作为已知条件给出中查到，考试时一般作为已知条件给出) )。(3)(3) 求反正弦函数值求反正弦函数值 h h，即为所求太阳高度角。，即为所求太阳高度角。 例：计算武汉例：计算武汉(30°N)(30°N)在冬至日上午在冬至日上午1010时的太阳高度角。时的太阳高度角。解：上午解：上午1010时：时：(t(t12)×15°12)×15°(10(1012)×15°12)×15°30°30°冬至日：冬至日：=23°27'23°27' 武汉纬度：武汉纬度：=30°=30°sinhsinh = = sin30°sin(sin30°sin(23°27')23°27')cos30°cos(cos30°cos(23°27')cos(23°27')cos(30°)=0.4890830°)=0.48908h=29°17'h=29°17' 2.2. 正午太阳高度角的计算正午太阳高度角的计算 根据公式：根据公式：h=90°h=90°进行计算；特别应注意当计算结果进行计算；特别应注意当计算结果 h>90°h>90°时，应取补角时，应取补角( (即用即用180°180°h h 作为太阳高度角作为太阳高度角) )。也可根据也可根据h=90°h=90°|进行计算，就不需考虑取补角的问题进行计算，就不需考虑取补角的问题( (建议用后一公式计算建议用后一公式计算) )。还应注意对南半球任何地区，。还应注意对南半球任何地区，应取负值；在北半球为冬半年应取负值；在北半球为冬半年( (秋分至春分秋分至春分) )时，时， 也取负值。也取负值。 例例 计算当太阳直射计算当太阳直射20°S20°S 时时( (约约1111月月2525日日) )在在40°S40°S 的正午太阳高度角。的正午太阳高度角。解：已知解：已知 = 40°(40°(在南半球在南半球) ) =20°20°h=90°h=90°( (40°)+(40°)+(20°)=110°20°)=110°计算结果大于计算结果大于90°90°，故取补角，故取补角，太阳高度角为：太阳高度角为：h=180°h=180°110°=70°110°=70°也可用上述后一公式直接得也可用上述后一公式直接得h=90°h=90°| = = 90°90°| |40°40°( (20°)|=70°20°)|=70° 3.3. 计算可照时间计算可照时间 大致分三步：大致分三步：(1)(1) 根据公式：根据公式： coscos0 0 = = tgtgtgtg 计算计算 coscos0 0 的值。的值。(2)(2) 计算反余弦函数值计算反余弦函数值 0 0 ，得日出时角为，得日出时角为0 0 ，日落时角为，日落时角为+0 0(3)(3) 计算可照时间计算可照时间220 0 /15°(/15°(其中其中 0 0 必须以角度为单位必须以角度为单位) )。 例例 计算计算1111月月2525日武汉的可照时间。日武汉的可照时间。解：由附表解：由附表3 3可查得可查得 =20°20°，武汉纬度，武汉纬度 =30°=30°coscos0 0 = =tgtg=tgtg=tg30°tg(tg30°tg(20°)=0.21013820°)=0.2101380 0 =77.87°=77.87°即：日出时角为即：日出时角为77.87°(77.87°(相当于真太阳时相当于真太阳时6 6时时4949分分) )，日落时角为日落时角为77.87°(77.87°(相当于真太阳时相当于真太阳时1717时时1111分分) )。 可照时间可照时间=2=20 0/15°=2×77.87°/15°=10.38/15°=2×77.87°/15°=10.38小时小时#*4.4. 计算水平面上的太阳直接辐射通量密度计算水平面上的太阳直接辐射通量密度根据公式：根据公式：R Rsbsb=R=Rscsc a am sinhsinh大致分三步进行计算：大致分三步进行计算：(1)(1) 计算太阳高度角的正弦计算太阳高度角的正弦 sinhsinh ( (参看第参看第1 1，2 2两部分两部分) )。(2)(2) 计算大气质量数，一般用公式计算大气质量数，一般用公式 m=1/sinhm=1/sinh(3)(3) 计算计算 R Rsbsb 例例1 1 计算北京计算北京( (取取 =40°N)=40°N)冬至日上午冬至日上午1010时水平面上的太阳直接辐射通量密度时水平面上的太阳直接辐射通量密度( (设设 Rsc=1367Rsc=1367瓦瓦 米米-2-2 ，a=0.8)a=0.8)。解：已知解：已知 =40°,=40°,=23°27'(23°27'(冬至日冬至日) )，=30°30°sinh=sin40°sin(sinh=sin40°sin(23°27')23°27') + + cos40°cos(cos40°cos(23°27')23°27') cos(cos(30°)=0.35282530°)=0.352825m=1/sinh=1/0.352825=2.8343m=1/sinh=1/0.352825=2.8343 RRsbsb=R=Rscscaam m sinh=1367×0.8sinh=1367×0.82.83432.8343×0.352825=256.25×0.352825=256.25 ( (瓦瓦 米米-2-2 ) ) 例例2 2 计算武汉计算武汉( 为为30°N)30°N)在夏至日正午时的太阳直接辐射通量密度在夏至日正午时的太阳直接辐射通量密度( (已知已知 a=0.8)a=0.8)。解：已知解：已知 =30°=30°，=23°27'=23°27'，正午太阳高度角为正午太阳高度角为 h=90°h=90°=90°=90°30°30°23°27'=83°27'23°27'=83°27'm=1/sinh=1.00657m=1/sinh=1.00657R Rsbsb=R=Rscsc a am sinhsinh=1367×0.8=1367×0.81.006571.00657 ×sin83°27'=1084.87×sin83°27'=1084.87 ( (瓦瓦 米米-2) )例例3 3 当太阳直射南半球纬度当太阳直射南半球纬度18°18°时，试求我国纬度时，试求我国纬度42°42°处地面上正午时的直接辐射通量密度处地面上正午时的直接辐射通量密度( (已已知大气透明系数为知大气透明系数为0.70.7，太阳常数为，太阳常数为13671367瓦瓦 米米-2-2) )。解：已知解：已知 =42°=42° =18°18° a=0.7a=0.7正午时：正午时：h=90°h=90°+=90°+=90°42°42°18°=30°18°=30°m=1/sinh=1/sin30°=2m=1/sinh=1/sin30°=2 R Rsbsb=R=Rscscamam sinh=1367×(0.7)sinh=1367×(0.7)2 2 sin30°=334.9sin30°=334.9 ( (瓦瓦 米米-2-2 ) )5.5. 计算坡面的太阳直接辐射通量密度计算坡面的太阳直接辐射通量密度 坡面上的直接辐射通量密度计算式为：坡面上的直接辐射通量密度计算式为：R Rsbsb坡坡=R=Rscscaam sinsin其中其中 为太阳光线与坡面的夹角。为太阳光线与坡面的夹角。R Rsbsb坡坡的计算步骤与上述水平面上的计算步骤与上述水平面上R Rsbsb的计算类似，但在第的计算类似，但在第2 2步步( (计算计算 m)m)后，应确定夹角后，应确定夹角。例例1 1 计算武汉计算武汉( 为为30°N)30°N)冬至日坡度为冬至日坡度为20°20°的南坡和北坡在正午时的太阳直接辐射通量密度的南坡和北坡在正午时的太阳直接辐射通量密度( (设透明系数设透明系数 a=0.8)a=0.8)。解：已知解：已知 =30°=30°，=23°27'23°27'，正午太阳高度角为：，正午太阳高度角为：h=90°h=90°|=90°|=90°|30°|30°( (23°27')|=36°33'23°27')|=36°33'm=1/sinh=1/sin36°33'=1.6792(m=1/sinh=1/sin36°33'=1.6792(注意：此处计算注意：此处计算 m m 时不能用时不能用 代替代替 h)h)。对于南坡，正午时对于南坡，正午时 =h+=h+坡度坡度=36°33'+20°=56°33'=36°33'+20°=56°33'R Rsbsb南坡南坡=R=Rscscaam sin=sin=1367×0.81367×0.81.6792 ×sin56°33'=784.14×sin56°33'=784.14 ( (瓦瓦 米米-2-2 ) )对于北坡，正午时对于北坡，正午时 =h=h坡度坡度=36°33'=36°33'20°=16°33'(20°=16°33'(如果北坡坡度大于如果北坡坡度大于 h h 时则无直射光，时则无直射光，即即R Rsbsb北坡北坡 =0)=0)R Rsbsb北坡北坡=R=Rscscaam sin=sin=1367×0.81367×0.81.6792 ×sin16°33'=267.71×sin16°33'=267.71 ( (瓦瓦 米米-2-2 ) )#*由此题可知冬季南坡暖而北坡冷的一个重要原因在于由此题可知冬季南坡暖而北坡冷的一个重要原因在于R Rsbsb南坡南坡和和R Rsbsb北坡北坡的差别。的差别。 例例2 2 在在46.5°N46.5°N 的某地欲盖一朝南的玻璃温室，为了减小反射损失，要使冬至日正午时太阳直的某地欲盖一朝南的玻璃温室，为了减小反射损失，要使冬至日正午时太阳直接光线垂直于玻璃面，试问玻璃面与地平面的夹角应是多少？冬至日正午时到达玻璃面上的直接光线垂直于玻璃面，试问玻璃面与地平面的夹角应是多少？冬至日正午时到达玻璃面上的直接辐射通量密度为多少接辐射通量密度为多少( (已知太阳常数为已知太阳常数为13671367瓦瓦/ /米米2 ，透明系数为，透明系数为0.8)0.8)？解：已知解：已知 =46.5°=46.5°，=23.5°23.5°，a=0.8a=0.8(1)(1) h=90°h=90°+=90°+=90°46.5°46.5°23.5°=20°23.5°=20°m=1/sinh=1/sin20°=2.923804m=1/sinh=1/sin20°=2.923804 玻璃面与地平面的夹角玻璃面与地平面的夹角 =90°=90°h h = = 90°90°20°=20°= 70°70°(2)(2) 玻璃面上的直接辐射通量密度为玻璃面上的直接辐射通量密度为R Rsbsb坡坡=R=Rscscaam sinsin =1367×(0.8)=1367×(0.8)2.923804 ××sinsin90°=711.990°=711.9 ( (瓦瓦 米米-2 ) )例例3 3 在北纬在北纬36.5°36.5°处有一座山，其南北坡的坡度为处有一座山，其南北坡的坡度为30°30°，试求冬至日正午时水平地面上及南北，试求冬至日正午时水平地面上及南北坡面上的太阳直接辐射通量密度坡面上的太阳直接辐射通量密度( (设大气透明系数为设大气透明系数为0.80.8， 太阳常数为太阳常数为13671367瓦瓦 米米-2) ) 。解：已知解：已知 =36.5°=36.5°，=23.5°23.5°，a=0.8a=0.8，坡面坡度，坡面坡度 =30°=30°h=90°h=90°+=90°+=90°36.5°+(36.5°+(23.5°)=30°23.5°)=30°m=1/sinh=1/sin30°=2m=1/sinh=1/sin30°=2水平地面上直接辐射能量密度水平地面上直接辐射能量密度R Rsbsb=R=Rscsc a am sinhsinh =1367×(0.8)=1367×(0.8)2×sin30°=437.4×sin30°=437.4 ( (瓦瓦 米米-2-2 ) )南坡：南坡：R Rsbsb南坡南坡=R=Rscscaam sin=Rsin=Rscscaam sinsin(h+)=1367×(0.8)(h+)=1367×(0.8)2 ×sin60°=×sin60°= 757.7(757.7(瓦瓦 米米-2 ) )北坡：北坡：R Rsbsb北坡北坡=R=Rscscaam sin=Rsin=Rscscaam sinsin(h(h)=R=Rscscaam sinsin0°=00°=0由此题可知，一般来说冬季正午南坡上的太阳直接辐射最强，而对坡度大于太阳高度角的北坡，由此题可知，一般来说冬季正午南坡上的太阳直接辐射最强，而对坡度大于太阳高度角的北坡，则无太阳直接辐射。所以南坡为温暖的阳坡，北坡为阴冷的阴坡。则无太阳直接辐射。所以南坡为温暖的阳坡，北坡为阴冷的阴坡。六、问答题：六、问答题：1.1.太阳辐射与地面辐射的异同是什么？太阳辐射与地面辐射的异同是什么？答：二者都是以电磁波方式放射能量；二者波长波不同，太阳辐射能量主要在答：二者都是以电磁波方式放射能量；二者波长波不同，太阳辐射能量主要在0.1540.154微米，包括紫外线、可见光和红外线，能量最大的波长为微米，包括紫外线、可见光和红外线，能量最大的波长为0.480.48微米。地面辐微米。地面辐射能量主要在射能量主要在380380微米，为红外线，能量最大的波长在微米，为红外线，能量最大的波长在1010微米附近。二者温度不同，微米附近。二者温度不同，太阳表面温度为地面的太阳表面温度为地面的2020倍，太阳辐射通量密度为地面的倍，太阳辐射通量密度为地面的204204倍。倍。2.2.试述正午太北半球阳高度角随纬度和季节的变化规律。试述正午太北半球阳高度角随纬度和季节的变化规律。答：由正午太阳高度角计算公式答：由正午太阳高度角计算公式 h=90°h=90°可知在太阳直射点处正午可知在太阳直射点处正午时时 h h 最大，为最大，为90°90°；越远离直射点