2022年气候气象复习资料 .pdf
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1、气候气象学资料07 环境科学二班题型:填空、判断、选择、名词解释、简答、计算、画图、表达。第一章引论1 名词解释 :1气象学 :研究大气现象和过程,探讨其演变规律和变化,并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务的科学。2 天气 :某一地区, 在某一瞬时或某一短时间内大气中的大气状态如气温、 气压、 湿度 和大气现象 风、云、雾、降水等的综合。是瞬时的、多变的、不稳定的。3 气候 :在太阳辐射、大气环流自身运动、下垫面性质海陆、平原、高山和人类活动在长时间相互作用下,在某一时段内大量天气过程的综合。4 气候系统: 一个包括大气圈、水圈、陆地外表、冰雪圈和生物圈在内的,能够决定气候形成、分布、变化
2、的统一的物理系统。其中大气圈是主体部分,最活跃、变化最大的组成部分。5 气候学 :研究太阳辐射、大气环流自身运动、下垫面性质海陆、平原、高山和人类活动四种关系多年作用下的天气统计状态。或研究气候的形成、分布和变化规律的科学。2 天气与气候的联系以及区别:联系 :二者存在着统计上的联系。气候不仅包括多年来经常发生的天气状况,而且也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。区别: 天气:周期短、天气系统单纯气旋、反气旋) 、不稳定气候:周期长、气候系统庞大一个能源、五个子系统、稳定所以说,不能单纯将气候作为天气资料的多年统计的累积,他更强调它的成因,即大气环流、下垫面性质、人类活动长期作用下的某一时段内
3、大量天气过程的总和。3. 大气的结构包括:对流层、平流层、中间层、热层、散逸层4. 对流层 是地球大气中最低的一层,云雾雨雪等主要天气现象都出现在此层。5. 对流层的特征以及原因:1) 气温随海拔高度增加而降低由于对流层主要是从地面得到热量,因此气温随高度的增加而降低2) 空气对流运动显著,天气现象复杂多变由于地外表的不均匀加热,产生垂直对流运动3) 温、湿度水平分布不均匀由于对流层收地表的影响最大,而地外表有海陆分异、地形起伏等差异:1) 平流层下层气温受地面影响很小,在25km处形成高空暖区。2) 水汽含量少,气流十分平稳。7. 臭氧层作用怎样?臭氧空洞是怎么形成的?P9作用: 1) 能吸
4、收大量太阳紫外线,使臭氧层增温,影响大气温度的垂直分布,从而对地球大气环流和气候的形成起着重要的作用。2) 形成一个 “臭氧保护层” 使得到达地表的对生物有杀伤力的短波辐射大大降低了强度,从而保护着地表生物和人类。臭氧空洞形成:1宇宙高能粒子簇射破坏了臭氧层2化学反应引起臭氧耗损造成臭氧空洞。臭氧层出现空洞是由于工业化产生的氟氯化物氟利昂引起的化学反应造成的。3大量废气的排放使臭氧层出现空洞。8. 温室效应,温室气体温室效应:太阳短波辐射可以透过大气射入地面,而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等温室气体所吸收,从而产生大气变暖的效应。温室气体:二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等第二章气候
5、系统的热力学过程1. 名词解释:1) 太阳辐射光谱:太阳辐射中辐射能按波长的分布的函数变化曲线。2太阳常数 I0 108km),在地球大气上界投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。3大气窗口 :整个大气对长波辐射的放射和透射光谱中,在8 12um处吸收率最小,透明度最大,此处,除了 O2 吸收小部分外,H20 和 CO2吸收率为零,成为“大气窗口”。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 12 页气候气象学资料07 环境科学二班4露点 Td:在空气中水汽含量不变,气压一定下,使空气冷却到达饱和时的温度。露点的高低只与空气中的
6、水汽含量有关,水汽含量越高,露点越高,所以露点也是反映空气中水汽含量的物理量。5虚温 Tv:湿空气状态方程(P=RdTv)中引进的一个虚设的物理量。6干绝热直减率:对于干空气和未饱和的湿空气,气块绝热上升单位距离时的温度降低值,成为干绝热直减率 rd。通常rd 1/100m。7逆温 :在一定条件下,气温随高度的增高而增加,气温直减率为负值的这种现象称为逆温。2. 辐射的三个基本定律, 1 基尔荷夫定律选择吸收定律:在一定温度下,任何物体对于某一波长的放射能力 (I,T) 与物体对该波长的吸收率(K,T)的比值,只是温度和波长的函数,而与物体的其它性质无关。即推论 :一定波长、一定温度下,一个物
7、体的吸收率等于放射率,即对不同性质的物体,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,所以它也是放射能力最强的物体。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。2斯蒂芬波尔兹曼定律:黑体的总放射能力ETb与它本身绝对温度T的四次方成正比。意义:物体温度愈高,其放射能力愈强。ETb T 4 , 10-8-2.K-4为斯蒂芬波尔兹曼常数3维恩位移定律: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(T) 成反比。即:m C/T 或 m T=C,如果波长以nm为单位,则常数C2,897 10
8、3nm K, 于是则有:mT 2897103nm K 意义 :物体的温度愈高,放射能量最大值的波长愈短,随着物体温度不断增高,最大辐射波长由长向短位移。太阳辐射是短波辐射,人、地面和大气辐射是长波辐射。大气对太阳辐射的吸收:主要的吸收成分:氧、臭氧、水汽和CO2.特点:大气对太阳辐射的吸收具有选择性,使穿过大气后的太阳辐射光谱变得极不规则以及吸收对太阳辐射的减弱作用不大。大气对太阳辐射的散射:定义: 当太阳辐射通过大气时,遇到大气中的各种质点,太阳辐射能的一部分散向四面八方,称为散射。雷莱分子散射定律:当大气干洁,质点半径小于200nm时,散射强度与入射光波长的四次方成反比。定律的意义:入射光
9、波长愈短,散射能力愈强。由入射辐射波长与散射质点的相对大小r ,将散射分为分子散射和米散射。分子散射蕾利散射:r ,有选择性;米散射:r ,没有选择性。大气对太阳辐射的反射:参与反射作用的物质:大气中较大的尘粒和云滴、云层。其中云的反射作用最为显著。反射对各种波长没有选择性的。大气中的各种作用对太阳辐射减弱程度:反射散射 吸收4. 直接辐射 :单位时间内以平行光形式投射到地表单位水平面积上的太阳辐射能。影响因素:太阳高度角h、大气透明系数p、大气质量m ,此外纬度、海拔、坡度、坡向、云量、有直接或间接的影响5. 到达地面的太阳总辐射及影响因素:太阳总辐射太阳直接辐射散射辐射:当升降气块内部既没
10、有发生水相变化,又没有与外界交换热量的过程。绝热增温 :当空气块下降过程中,因外界气压增大,外界对气块作功,在绝热的条件下,所作的功只能用于增加气块的内能,因而气块温度升高。这种因气块下沉而使温度上升的现象,称为绝热增温。bTTTIKI,精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页气候气象学资料07 环境科学二班绝热冷却 :当空气块上升过程中,因外界气压减小,气块体积膨胀,对外作功,在绝热的条件下,作功所需的能量,只能由其本身内能来负担,因而气块温度下降。这种因气块绝热上升而使温度下降的现象,称为绝热冷却。7.绝热直减率:
11、气块绝热上升单位距离时的温度降低值,称绝热垂直减温率简称绝热直减率。干绝热直减率rd:在大气静力平衡的条件下,干空气和未饱和的湿空气因作干绝热升降运动而引起气块温度随高度的变化率。8. 为什么云层存在会使白天气温降低,夜间气温升高? 白天云层存在,云层对太阳辐射有吸收,散射和反射作用,云层越厚,作用越强,那么到达地面的太阳辐射就小,使得白天气温降低;而在夜间,由于云层的存在,而不存在太阳辐射,云层越厚,大气逆辐射超强,地面可以得到热量的补偿,减少热量的损失,地面有效辐射小,所以,夜间的气温升高。9. 地面总辐射与大气上界的太阳辐射相比有什么变化?臭氧层吸收紫外线,二氧化碳和水汽吸收红外线,造成
12、穿过大气层的主要是可见光,同时到达地球的紫外线的含量很少,另外大气层的折射和反射的原因,到达地球的太阳光光强会很大程度上减弱。10气温为10 ,相对湿度为 60 时, 求露点温度10时,饱和水汽压E=12.271,f=e/E,则 e=fE=60%*12.271=7.3626 当饱和水汽压这7.3626 时,由表可得Td=311. 泊松方程:12. 逆温的类型1辐射逆温:夜间由地面、雪面或冰面、云层顶部等辐射冷却形成的逆温。厚度:一般为200300。高纬地区冬季有时可达2,000 左右。出现时间:大陆上常年都可出现,以冬季最强,夏季最弱。2湍流逆温 :由于空气的湍流混合而形成的逆温。3平流逆温:
13、暖空气平流到冷的地面或冷的水面上,会发生接触冷却,愈近地外表的空气降温愈多,而上层空气受冷地面的影响小,降温较少,产生的逆温现象。日变化:夜间加强,白天减弱。4下沉逆温 :因整层空气下沉而造成的逆温,称为下沉逆温。天气状况:下沉逆温常与辐射逆温结合形成一个从地面开始有数百米厚的逆温层,并出现温度升高,干燥晴朗的好天气。5锋面逆温 :冷暖空气相遇时,较轻暖空气爬到冷空气上方,在冷暖空气交界面附近即锋面附近出现的逆温,称为锋面逆温。6融雪逆温 :在积雪地区,因暖空气流经冰、雪外表产生融冰、融雪现象,而冰雪的融化需要从近地面气层吸收大量的热量,从而使贴近地层的气温较低,形成逆温,这种逆温称为融雪逆温
14、。7地形逆温 :在山区夜间,由于山上冷空气沿斜坡向下移动到低洼地区并聚积于底部,使原来在洼地底部的较暖空气被迫抬升形成的逆温,称为地形逆温。课堂习题 :1、在大气中假设湿空气的水汽含量不变,温度升高,则D 。 A、露点温度升高 B、露点温度降低 C、相对湿度增大 D、相对湿度减小2、P=1010hPa,e=10hPa,t=27 ,求 Tv 虚温。3、逆温层容易阻挡大气污染物 _A_ 。a. 垂直扩散 b. 水平输送 c. 化学变化 d. 对能见度的影响4、以 _A_ 对太阳辐射削弱作用最强 . a. 云的反射 b. 臭氧层吸收 c. 分子散射 d . 大颗粒散射5、一温度为 20 c 的气块在
15、 c /100m 的气层中向上运动 500m 干绝热过程后的温度为 _15 _ ,这时它周围空气的温度为 _19 _。( 公式中气块向上运动为“- 号“ ) 286. 000)(PPTTTPeTv)378.01 (精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 12 页气候气象学资料07 环境科学二班气块温度: T1=T+T=T-rd*Z=20c -1 c /100m *500m=15 c 周围的空气温度为:T2=T+T=T-rd* Z=20cc /100m *500m=19 c 第三章大气圈的静力学特征1. 气压高度差,压高公式气压高
16、度差h:表示在铅直气柱中气压每改变一个单位所对应的高度变化值。压高公式:等温大气压高方程:z z2z1184001tmlog(p1/p2) z- 两点之间的高度差,Z1较低点的海拔高度,Z2较高点的海拔高度,P1- 较低点的气压,P2- 较高点的气压, 1273,Tm- 两点的平均温度,取tm t1 t2 2,t1-较低点的气温, t2-较高点的气温低气压、低压槽、高气压、高压脊、鞍形气压场3大气稳定度的判断基本公式:判断标准:通常用气温直减率与上升气块的干绝热直减率d或湿绝热直减率m的比照来判断。1对于未饱和空气:d不稳定; =d中性; m不稳定; =m中性; d时,大气为绝对不稳定,且愈大
17、,大气愈不稳定;md时,大气为条件性不稳定。md时,大气为绝对稳定,且愈小,大气愈稳定;在实际大气中,有时整层空气会被同时抬升,在上升的过程中,气层的稳定情况也会发生变化,这样造成空气不稳定,称为位势不稳定。课堂习题1、层结充分垂直混合后气温将趋于一致。对 2、上湿下干的气层容易处于位势不稳定状态。错4、画出气压系统的基本型式图。第四章大气圈的动力学特征)/)(273/1(8000hPamtPPgTRhd2112ZZdZRTgePPZTgadgTTTai /100m,求当时的海平面气压。t海C/100m C 由压高公式: Z2-Z1=18400(1+t/273)lg(P1/P2 ) t C 1
18、00=18400(1+0.9/273) lgP1 lg1000 P1=1013hpa 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页气候气象学资料07 环境科学二班1. 为什么说水平气压梯度大小能反映等压面坡度的大小,它尽管比垂直气压梯度小得多,为何却是大气运动主要推动力当空间存在着气压梯度时,空气便受到沿气压梯度方向的作用力,作用在单位质量空气上的力称为气压梯度力。因为气压梯度可以分解为水平气压梯度和铅直气压梯度,因而气压梯度力也可分解为水平气压梯度力和铅直气压梯度力。铅直气压梯度力与重力基本相平衡,水平气压梯度力便成为驱动
19、空气水平流动的原动力。2. 画出南半球三圈环流的示意图:没画出的的下半部分,包括赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带、极地高压带,以及东南信风、盛行西风、极地东风3. 大气环流大气环流的影响因素大气环流的定义:大范围全球范围的大尺度大气运动的基本平均状况及其随时间和空间的变化过程。空气沿一封闭轨迹移动,或沿着某一封闭轨迹循环运动的倾向。影响因素: 1太阳辐射:形成一个理想的直接热力环流圈。2地球自转:极地东风,中纬度西风。3地球外表性质:海洋、陆地、高山、极地冰源。4地面摩擦:摩擦作用和山脉作用是空气与转动地球之间产生转动力矩角动量,角动量在风带中的产生、损耗以及在风带间的输送、平衡,对大气
20、环流的形成与维持有重要作用。4. 根据低纬暖,高纬冷温度分布特点,推断高空水平等压面的基本形态5. 地面为均压场,并且西冷东暖,问高空等压面,线的分布情况如何6. 实际风,地转风,梯度风,以及热成风各指什么,之间有什么关系实际风是实际观测风。地转风,梯度风都是一种理论上存在的风,而不是实际风。实际风与地转风的差异总是存在的,这种差异的存在往往是各种因素造成的,其中最主要的有,近地层的摩擦作用,这是由于空气运动时与地外表产生摩擦而出现的,它的方向与空气运动方向相反,又总是使风速减小。上、下两层等压面上地转风的矢量差称为热成风Vt。这是一种与两个气层间温度分布不均匀有密切关系的。热成风的方向与气层
21、间的平均等温线平行,背热成风而立,高温区在右侧,低温区在左侧。热成风的大小与气层间的水平温度梯度成正比。即等温线越密集疏,热成风就越大小,这就是热成风原理。1自由大气层中的白贝罗风压定律:( 判断风压关系的定律北半球,背风而立,低压在左,高压在右,南半球相反。2在北半球低压中的梯度风平行于等压线,绕低压中心做逆时针旋转;高压中的梯度风平行于等压线,绕高压中心做顺时针旋转。7. 大气的平均纬向环流,大气平均经向环流,大气活动中心平均纬向环流:以极地为中心的旋转的纬向环流,即东、西风带。平均水平环流:纬向环流受到地球外表海陆分布及地面摩擦和大地形作用发展起来的槽、脊和高低压系统。大气活动中心:受海
22、陆分布的影响,纬向气压带被分割而形成的高压和低压中心,统称为大气活动中心。8. 地面大气活动中心的含义是什么,与一般气压中心有什么不同,北半球有哪些活动中心,分布在哪些地区,季节变化特征如何,是怎样形成的地面大气活动中心:月平均气压图上表现出来的高压和低压。不同:出现位置比较稳定。包括永久性的和季节性的活动中心。北半球夏季重要的活动中心:印度低压,西太平洋副热带高压,北大西洋副热带高压;冬季中心有:西伯利亚高压,阿留申低压,冰岛东亚,西太平洋副热带高压,北大西洋副热带高压。见下表:半永久性大气活动中心季节性大气活动中心1 月份7 月份北半球蒙古高压西伯利亚高压北美高压印度低压塔尔低压北美低压精
23、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 12 页气候气象学资料07 环境科学二班陆地上,冬季强烈冷却降温而成为冷源,空气冷缩下沉则形成高压;夏季强烈增温而成为热源,空气受热膨胀上升,则形成低压。因此,陆地上,随着季节交替,气压性质也随之改变。永久性大气活动中心常年活动中心北半球夏威夷高压太平洋高压亚速尔高压大西洋高压特征:冬季,太阳直射点南移,海洋为热源,致使高压势力减弱,范围缩小,位置南移。夏季,则相反,高压势力增强,范围扩大,位置北移。冰岛低压阿留申低压特征:冬季,海洋为热源,低压势力增强,范围扩大并南移。夏季,海洋为冷源,低
24、压势力减弱,范围缩小并北移。第五章大气中的水分1. 露、霜、雾凇、雨凇、雾、云,辐射雾露:贴地层空气中的水汽在地面发生凝结而形成的小水滴。Td0霜:贴地层空气中的水汽在地面发生凝华而形成的小冰晶。Td0热容量小、导热率小、粗糙的地表易形成露和霜。雾凇:附着在树枝及物体迎风面上的白色的疏松的凝结物。雨凇:过冷却雨滴落地后冻结而形成的光滑而透明的冰层。雾:飘浮在近地层空气中的小水滴或小冰晶,使空气的水平能见度小于1 公里的水汽凝结物。云:空气垂直上升所进行的绝热冷却引起的。辐射雾:由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成。2. 辐射雾的形成条件1空气中有充足的水汽2天气晴朗少云3) 风力微弱 (1-3m
25、/s)4 大气层结稳定3重庆和伦敦都是雾都,其成因有何不同?网上来的重庆: 1. 重庆河谷地形很多,水气不容易散开,尤3-5,8-10 月为多。2. 重庆以前用工业和生活用煤多,空气中悬浮小颗粒多。伦敦: 伦敦的大雾和当地的地理环境和大气污染有关。英国是大西洋中的一个岛国,而伦敦又处于英国东南部的一块盆地上。盆地的南北两侧是东西走向的山岭,泰晤士河自西向东穿过市区注入北海,市区离河口只有 88 千米。在西风和北大西洋暖流的影响下,伦敦的气候温暖潮湿,属温带海洋性气候。秋冬季节,当西风把大西洋的水汽吹向陆地时,白天和晚上的温差比较大,盆地空气相对稳定,流动不畅,下层空气受冷以后,往往会形成漫天大
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