气象学与气候学

第一章引论名词解释1、气象：大气的物理现象（冷热，干湿，大气运动）2、气候：多年天气的综合表现3、天气：一定区域短时间内的大气状况及其变化的总称4、气温垂直递减率：一般而言，高度每增加100m，气温则下降0.6℃，这称为气温垂直递减率，也叫气温垂直梯度5、大气污染：也叫空气污染，指由于人为或自然原因，导致空气中的有害物质的浓度超过一定限度、维持一定的时间，直接或间接地对人类正常生活、动植物正常生长以及对气候和各类物品、材料造成危害的现象6、标准大气压：指在纬度45°，0℃时，海平面的大气压，一般1个标准大气压=760mmHg=1013.3HPa问答题1.何谓气象学？气候学？天气学？气候与天气有什么区别？气象学是专门研究大气物理现象的一门学科；气候学是研究气候形成过程，描述各地区气候条件以及气候变迁及原因的一门学科；天气学是研究天气形成、变化规律、预测未来天气的一门学科。天气是指某一地区短时间内大气状况的综合，而气候是指在各个气候因子的长期相互作用下，在某一个较长时间段内所表现出来的大量天气过程的综合。2.大气成分中，二氧化碳、臭氧、水汽的分布和作用？二氧化碳在大气中的垂直分布是从低到高逐渐减少的，其功能一是能吸收地面长波辐射，是低空大气变暖，二是具有“温室”作用；臭氧主要分布在平流层，其功能一是吸收紫外线，保护地球上的生物不受其危害，二是增温，在高空形成一个暖区，影响气温的垂直分布；水汽主要分布在对流层大气中，随高度升高而递减，水汽是大气变化的重要参与者，一能成云致雨，形成各种天气现象，二是善于吸收和放射长波辐射，加其三相变化有热量转化，所以对地面和空气的温度有一定影响3.大气在垂直方向分为哪几层？分层原则？对流层和平流层的特征？大气由低空到高空依次分为对流层、平流层、中间层、热层、散逸层；分层原则：大气在垂直方向上的物理性质是有显著差异的，根据温度、成分、电荷、等物理性质，同时考虑到大气的垂直运动等情况进行分层；对流层：①高度在平均12km以下；②一般情况下，气温随高度升高而降低；③空气垂直对流运动显著；④气象要素水平分布不均匀；⑤天气现象复杂多变；⑥从低到高有可以分为摩擦层、中层、上层平流层：①高度从对流层顶到55km左右；②气温最初保持不变或微变，在大约30km以上，气温随高度增加而显著升高，形成一个暖层；③气流平稳，水平运动为主；③水汽、尘埃含量少，能见度好，多晴朗天气，偶尔有积雨云冲入4.同温度下干湿空气那个重，为什么？虚温的意义和原理？5.为什么城市地区二氧化碳浓度要高一些？①城市是人口聚居地，人口密度大，且车辆多，释放的尾气多；②城市工厂比较多，产生的废气多；③城市多高楼，空气流通不畅第二章大气的热能和温度名词解释1、辐射：自然界中的一切物体都以电磁波的方式向四周放射能量，这种传播能量的方式称为辐射，通过辐射传播的能量称为辐射能，也简称为辐射2、辐射光谱曲线：根据一定温度下不同波长上该物体所放射出的辐射是通量密度绘出的一条连续的曲线称为辐射光谱曲线3、太阳常数（I。）：就日地平均距离来说，在大气上界，垂直于太阳光线的1cm²面积内，1min内获得的太阳辐射能量，称为太阳常数4、大气逆辐射：指大气辐射指向地面的部分5、地面有效辐射：地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差6、辐射差额：物体收入辐射与支出辐射的差值7、8、热赤道：指连接每一条子午线上每个月最高温度的各点的一条线，热赤道上的平均温度1月和7月均高于24℃，并在5°N至20°N之间移动9、等温线：地面上气温相等的各点的连线10、水平温度梯度：垂直于等温线，单位距离的温差11、大气稳定度：指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12、干绝热直减率（𝜸𝒅）：干空气或未饱和的湿空气绝热上升单位距离时的温度降低值13、湿绝热直减率（𝜸𝒎）：湿空气或接近饱和的干空气绝热上升单位距离时的温度降低值思考题1、太阳辐射和地气辐射的区别？太阳辐射的能量主要集中在短波，地气辐射的能量主要集中在长波区域，所以太阳辐射又叫短波辐射，地气辐射又叫长波辐射2、太阳辐射在大气中是如何被减弱的？太阳辐射在穿过大气的过程中会被大气吸收、散射和反射。大气会选择性的吸收太阳辐射，水汽对太阳辐射吸收最强的是红外区，吸收能力弱，氧的吸收主要在紫外区，吸收能力较弱，臭氧在紫外区和可见光区各有一个吸收带，而太阳辐射能主要集中在这个波段，所以臭氧吸收的太阳辐射很多，但总体来说，大气对天阳辐射的吸收减弱作用并不大。大气对太阳辐射的散射作用主要是通过分子散射和粗粒散射，分子散射主要针对波长较短的部分，粗粒散射对各波长同等散射。大气中云层和尘埃对太阳辐射都有反射作用，其中云的反射量最为显著，太阳辐射遇到云时被反射一部分或是大部分，云层越低、越厚，反射能力就越强。综上所述，大气对太阳辐射的反射作用最强，散射次之，吸收最弱。3、为什么说对流层的主要直接热源不是太阳而是地面？因为大气中的大部分物质对长波辐射的吸收能力较强，对短波辐射的吸收能力较弱，而太阳辐射的能量主要集中在短波处，地面辐射的能量主要在长波波段，所以大气直接从太阳辐射中吸收的能量不多，反而从地面辐射中吸收的能量更多，所以大气的直接热源是地面辐射而不是太阳辐射。4、分子散射和粗粒散射有何差异？分子散射指太阳辐射遇到直径比波长小的分子，则辐射的波长越短，散射能力越强，比如雨后天晴，天空呈青蓝色，就是因为太阳辐射中青蓝色波长较短，容易被大气散射的原因；粗粒散射指太阳辐射遇到的直径比波长大一些的质点时，辐射的各种波长都同样的被散射，例如当空气中存在较多的尘埃或雾粒，一定范围的长短波都被同样的散射，使天空呈灰白色。5、到达地面的太阳辐射是怎样一种情况？总辐射的分布怎么样？到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以平行光线的形式直接投射到地面上的，称为太阳直接辐射：一是经过散射后自天空投射到地面的，称为散射辐射，两者之和称为总辐射。总辐射的分布，就一天当中来说，中午最大，早晚最小；就纬度来说，一般是纬度愈低，总辐射愈大，反之就愈小，但是考虑到大气和云的减弱，总辐射的最大值不在赤道，而在20°N6、地气系统的辐射平衡怎么体现？地气系统的辐射平衡由辐射差额来体现，辐射差额指地气系统吸收的辐射能量减去发出去的辐射能量后的差值，就全球来看，纬度35°以内的差额是正值，大于35°的差额是负值，多年观测表明，全球的平均温度多年来没有什么变化，说明地气系统总体来看是出于收支平衡状态的7、气温随时间的变化及其原因日变化：清晨日出前后气温最低，然后开始升高，到午后14点左右升到最高值，之后温度开始下降，到第二天日出前降到最低原因：气温来源主要是辐射收入，清晨日出前没有太阳太阳辐射，前一天的辐射能支出达到最大，所以此时温度最低，日出之后，太阳直接辐射和大气散射逐步升高，总辐射增大，气温升高，到正午12点时，总辐射最大，直到13点一直是辐射收入大于支出，所以地面要通过辐射支出给大气，这个过程大概持续1个小时，所以在14点左右到达一天中的最高值，之后辐射支出大于收入，气温逐渐降低年变化：由于地面储存热量的原因，是气温最高和最低值出现的时间，不是在太阳辐射最强和最弱的一天（二至日），也不是在太阳辐射最强或最弱一天所在的月份，而是比这一时间段要落后1—2个月。大体而言，海洋上落后较多，陆地上落后较少，沿海落后较多，内陆落后较少。就北半球来说，中、高纬内陆的气温以7月为最高，1月为最低，海洋上气温以8月最高，2月最低。8、气温的水平分布如何1)等温线总体与纬线平行，赤道地区气温高，向两级逐渐降低；2)总体上、冬季等温线更密集，所以冬季的南北方向的温差大于夏季；3)冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，海洋上大致凸向极地，夏季相反；4)大规模洋流和高大的山脉对气温的水平分布有重大影响；5)最高温度带并不位于赤道上，位于热赤道上，冬季在5°—10°N之间，夏季在20°N左右；6)世界上绝对最低温出现在东西伯利亚的维尔霍扬斯克和奥伊米亚康，世界绝对最高气温出现在索马里境内9、热赤道是怎么回事？为什么？热赤道是指连接每一条子午线上每个月最高温度的各点的一条线，其上的平均温度1月和7月均高于24℃，热赤道的位置随着季节而移动，冬季在5°—10°N之间，夏季在20°N左右，这是由于赤道地区虽然受太阳直射时间最长，但是赤道地区多云雨，对太阳辐射的接受不如其南北两侧的地区，而北半球有官大的陆地，气温受热强烈，且太阳直射点会随着季节南北移动；10、各种逆温的概念和形成及其特点辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温；形成：指在晴朗无云或少云的夜间，地面很快辐射冷却，离地面越近的空气降温的幅度越大，因此形成了自地面开始的逆温。特点：这种逆温睡着时间的推移逐渐向上扩展，黎明时达到最强，日出后，随着太阳辐射的增强，便会逐渐自下而上的消失。厚度较大，大陆上常年可见，以冬季最强最厚，夏季最短最薄。湍流逆温：由于低层空气的湍流混合而形成的逆温；形成：由于γ𝛾𝑑，湍流混合层的空气上升和下降时是按照𝛾𝑑变化的，导致上升到顶层的空气气温降到比周围低，混合之后使上层空气温度降低，而下降到底层的空气温度升到比周围高，混合之后使下层空气温度升高，由此在湍流层上部的湍流减弱层就形成了逆温平流逆温：暖空气平流到冷的下垫面上，会发生接触冷却作用，愈接近地面的空气降温愈多，而上层空气受冷地表的影响小，降温较少，于是产生逆温现象，这种因空气的平流而产生的逆温，称为平流逆温。特点：强度具有日变化，夜间的辐射冷却使其增强，白天的辐射增温使其减弱下沉逆温：某一层空气发生下沉运动时，由于空气层顶部下沉的距离要比底部下沉的距离大，其顶部空气的绝热增温要比底部多，于是空气层顶部的温度高于底部的温度而形成逆温。特点：多出现在高气压区，范围广，厚度大，天气总是晴好锋面逆温：在锋区附近，因为锋的下部是冷气团，上部是暖气团，所以自下而上通过锋区时，出现气温随高度增高而增加的现象，称为锋面逆温。特点：逆温层的底部相当于锋区的下界面，顶部相当于锋区的上界面11、大气稳定度的判断总体来说，γ越大越不稳定，越小越稳定当γ0时，相当稳定状态当0γ𝛾𝑚时，绝对稳定状态当𝛾𝑚γ𝛾𝑑时，条件性不稳定状态当γ𝛾𝑑时，绝对不稳定状态第三章大气中的水分名词解释1、饱和水汽压（E）：温度一定时，单位体积空气能达到的最大水汽含量所产生的压强2、实际水汽压（e）：实际大气中水汽所产生的压强3、饱和差（d）：饱和水汽压与实际水汽压的差值，d=E-e4、相对湿度（f）：实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值5、贝吉龙过程（冰晶效应）：在温度低于0℃且过冷水滴、冰晶、水汽三者共存的云区，由于冰面的饱和水汽压比水面低，当云中的水汽压出于冰面和水面饱和值之间时，水滴会不断蒸发变小或成为水汽，而水汽在冰晶上凝华使冰晶不断增长，形成冰晶“夺取”水滴的水分和原来云中的冰水转化过程。6、凝结潜热：凝结时，由于水汽分子变为液态水，分子间的位能减小，因而有热能释放出来。这种凝结时释放出来的热量叫做凝结潜热。7、升华潜热：冰升华为水汽的过程中所消耗的热量8、雾：悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使能见度小于1km的物理现象9、霜：露点温度在0℃以下，水汽直接在地面或地物上凝华成白色的冰晶10、露：露点温度在0℃以上，水汽在地面或地物上凝结成微小的水滴11、雾凇：形成于树枝上、电线上或其它地物迎新12、混合冷却：当温差较大，且接近饱和的两团空气水平混合后，也可能产生凝结13、露点：又称露点温度，指在固定气压上，空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度14、霜冻：霜冻是指空气温度突然下降，地表温度骤降到0℃以下，使农作物受到损害，甚至死亡的农业气象灾害15、降水：液态水或固态水从云中降到地面上的过程16、云滴：半径小于100μm的水滴17、雨滴：半径大于100μm的水滴思考题1、用分子运动解释水相变化在水的表面层，动能超过脱离液态水2、饱和水汽压与那些因素有关，用分子运动加以说明3、大气中水汽凝结的条件有哪些？作用如何？