气象学习题(有答案) 下载本文

内容发布更新时间 : 2024/11/1 7:16:39星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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

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:

(说明:正确的打“√”,错误的打“×”)

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

- 1 -

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:

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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'; 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°)=0.48908 h=29°17'

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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h>90°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°)=0.210138 ω0 =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. 计算水平面上的太阳直接辐射通量密度 根据公式: Rsb=Rsc?am sinh 大致分三步进行计算:

(1) 计算太阳高度角的正弦sinh (参看第1,2两部分)。 (2) 计算大气质量数,一般用公式 m=1/sinh (3) 计算Rsb

例1 计算北京(取φ=40°N)冬至日上午10时水平面上的太阳直接辐射通量密度(设Rsc=1367瓦?米-2 ,a=0.8)。 解:已知φ=40°,δ=-23°27'(冬至日),ω=-30° sinh=sin40°sin(-23°27') + cos40°cos(-23°27') cos(-30°)=0.352825

m=1/sinh=1/0.352825=2.8343

∴Rsb=Rsc?am sinh=1367×0.82.8343×0.352825=256.25 (瓦?米-2 )

例2 计算武汉(φ为30°N)在夏至日正午时的太阳直接