气象学与气候学期末复习提纲(简答题)

简答题1、试推导虚温的公式，并说明虚温的意义，推导公式1-10,1-12。【答】：如果以P表示湿空气的总压强，e表示其中水汽部分的压强（即前述的水汽压），则P-e是干空气的压强。干空气的密度（d）和水汽的密度（wP）分别是TRePddTReww式中wR为水汽的比气体常数，KgJKgJRRww./4615.0)./(18/31.8*（w为水汽分子量=18g/mol）。ddwdwwRRRR608.1.**因为湿空气是干空气和水汽的混合物，故湿空气的密度是干空气密度d与水汽密度w之和，即)378.01(608.1)(608.1PeTRPTReePTReTRePddwdwd将上式右边分子分母同乘以Pe378.01(），并考虑到e比P小得多，因而2)378.0(Pe很小，可以略去不计，上式可写成)378.01(PeTRPd)378.01(PeTRPd上式为湿空气状态方程的常见形式。如果引入一个虚设的物理量——虚温（T），即TPeT)378.01(由于TPe)378.01(恒大于1，因此虚温总要比湿空气的实际温度高些。引入虚温后，湿空气的状态方程可写成RTP虚温的意义是在同一压强下，干空气密度等于湿空气面密度时，干空气应有的温度。推导公式1-10:Peq622.0因为wdwmmmq；由气体状态方程TRMPV*可得TReVmww*；TRVePmdd*)(；TRPVmmwd*；所以TRVePTReVTReVqdww***)(=PewPe622.0同理推导公式1-12：ePe622.0ePeePeTRVePTReVmmdwdwdw622.0)(**2、推导T=(1+0.61)T，其中为混合比。【答】：因为TPeT)378.01(；考虑到e比P小得多，所以ePePe；因为ePe622.0，TTT)61.01()622.0378.01(3、试述湿度的定义，及各种表示湿度的方法。【答】：湿度的定义：湿度是表示大气中水汽量多少的物理量。大气湿度常用下述物理量表示：①大气压和饱和水汽压②相对湿度：就是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值（用百分数表示）即：%100Eef，相对湿度直接反映空气距离饱和的程度。③饱和差（d）：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差。④比湿：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）的比值。wdwmmmq；Peq622.0。⑤水汽混合比：一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值。dwmm，ePe622.0⑥露点：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度。露点差越大，湿度越小。4、试述绝热变化与非绝热变化区别与联系。【答】：区别：空气与外界有热量交换，称为非绝热变化；空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。联系：同一时间对同一空气而言，温度的变化常常是两种原因共同引起的。何者为主，则要看当时的具体情况。当空气团停留在某地或在地面附近作水平运动时，外界的气压变化很小，但受地面增热和冷却的影响却很大，因而气温的非绝热变化是主要的。空气团作升降运动时，虽然也和外界交换热量，但因垂直方向上气压的变化很快，空气团因膨胀或压缩引起的温度变化，要比和外界交换热量引起的温度变化大得多，因而气温的绝热变化是主要的。5、试推导干绝热和湿绝热直减率。【答】：干绝热直减率：dZdPPCRTdZdTdZPdPRTdZdTCdZ0PdPRTdTCiiPiiiiiiPiiiiP上式两边同除以100mC1100m0.98KK)/(s1005m9.8m/sCgγKgm)(m/s1000g1.005Kg1.005JC1TT绝对温标中TTCgγρgρRTCRTdZdTρgdZdPdZdPρRT,PPo222Pd2PiiPdPiiii湿绝热直减率：1g饱和湿空气中含有水汽sqg，绝热上升，凝结了sdqg水汽，所释放出的潜热为：sLdqdQ，L表示水汽的凝结潜热,负号表示当有水汽凝结得到热量时，水汽减少。dZdqCLdZdqCLdZdZdqCLdZdZdqCLTTCgdZdqCLPdPCRTdTLdqPdPRTdTCPdPRTdTCLdqsPdmsPdmsPdsPiPsPPspPsiiiddTdTdT的推导γ类似于求干绝热直减率6、如何有效地判断大气的稳定度？【答】：大气是否稳定，通常用周围空气的温度直减率（γ）与上升空气块的干绝热直减率（γd）或湿绝热直减率（γm）的对比来判断。对于干绝热的情况：ZTgaTTZ;TTZ;TTgTTTad0i00di0ii周围的温度气块的温度（γ－γd）的符号，决定了加速度a与扰动位移△Z的方向是否一致，亦即决定了大气是否稳定。当γ＜γd，若△Z＞0，则a＜0，加速度与位移方向相反，层结是稳定的；当γ＞γd，若△Z＞0，则a＞0，加速度与位移方向一致，层结是不稳定的；当γ=γd，a=0，层结是中性的。总之：1)r越大，大气层结越不稳定;2)rrmrd时，或r=0（0）时，大气层结是等温或逆温，绝对稳定;3)rrd时,无论空气是否饱和，都是不稳定的，绝对不稳定;4)rmrrd时,属于条件性不稳定,对饱和空气大气层结是不稳定的,对未饱和湿空气大气层结是稳定的。7、为何地球放出长波辐射，太阳放出短波辐射？【答】：由维恩位移定律：太阳为黑体，黑体单色辐射极大值所对应的波长（λm）是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。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，即λmT=C物体的温度愈高，其单色辐射极大值所对应的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其辐射的波长则愈长。因为太阳温度高，地球吸收太阳辐射的能量，温度低；所以地球放出长波辐射，太阳放出短波辐射。8、大气环流形成的主要因素有哪些？【答】：①太阳辐射作用：太阳辐射对大气系统加热不均是大气产生大规模运动的根本原因，而大气在高纬度间的热量收支不平衡是产生和维持大气环流的直接原动力。②地球自转作用：在地转偏向力的作用下，气流在北半球气流偏右转。使极地流向赤道的气流转成东风；使赤道流向极地的气流转成西风；经圈环流变成了纬向环流。因而地球自转是全球大气环流形成和维持的重要因子。③地表性质作用：由于海陆本身的物理性质不同，同一味的的海陆间存在热力差异。冬季陆地是冷源，海洋是热源；夏季相反。进而海陆间形成压力差，导致空气在海陆出现季节性流动---季风。海路和地形的共同作用，不仅使低层大气环流变得复杂化，而且也使中高层大气环流有在特定地区出现平均槽、脊的趋势。④地面摩擦作用:地面摩擦作用是大气环流中纬向环流与经圈环流形成和维持的重要因素。大气环流的形成和维持，除上述因子外，还同大气本身的特殊性质有关。9、为什么地球气候带基本呈纬向分布，但又不完全与纬线平行？【答】：受太阳辐射影响，地球气候带呈纬向分布；受大气环流、海陆分布、地形、海拔高度影响，地球气候带又不完全与纬线平行。10、北半球冬、夏季500hPa大气环流有哪些显著特点？【答】：在北半球对流层中，高层的平均水平环流形式是西风带上存在着大尺度的平均槽、脊。1月份500hPa等压面图上西风带有三个平均槽，即位于亚洲东岸140°E附近的东亚大槽、北美东岸70°—80°W附近的北美大槽，和乌拉尔山西部的欧洲浅槽。在三槽之间并列着三个脊，脊的强度比槽弱得多。7月份，西风带显著北移，槽脊的位置也发生很大变动，即东亚大槽东移入海，原欧洲浅槽已不存在，并变为脊，而欧洲西岸和贝加尔湖地区各出现一个浅槽，北美大槽位置基本未动。11、北半球冬、夏季海平面气压图有哪些显著特点？【答】：北半球冬、夏季气压带成块状分布。由于地表海陆性质差异和地表起伏不平所引起的热力、动力变化，使环流沿纬圈的不均匀性更加显著，水平环流在月平均海平面气压分布图上表现为一个个巨大的高、低压系统。1月份北半球有两个大低压，一个为北太平洋的阿留申低压，另一个为北大西洋的冰岛低压；还有两个冷高压，一个是欧亚大陆上的强大西伯利亚高压，另一个是北美大陆上的北美（加拿大）高压。7月份，北半球大陆上发展了两个低压，即亚洲南部低压和北美南部低压。原在海洋上的阿留申低压和冰岛低压仍然存在，但强度减弱，甚至几乎消失了，而海洋上的北太平洋高压（夏威夷高压）、北大西洋高压（亚速尔高压）强度增强，范围扩大，位置北移。12、锋面的坡度是如何形成和维持的？【答】：锋面坡度的形成和维持是地球偏转力作用的结果（图1），锋的一侧是冷气团，另一侧是暖气团，由于冷暖气团密度不同，在两气团间便产生了一个由冷气团指向暖气团的水平气压梯度力（G），这个力迫使冷气团呈楔形伸向暖气团下方，并力图把暖气团抬挤到它的上方，使两者分界面趋于水平。然而，当水平气压梯度力开始作用时，地转偏向力（A）就随之起作用，并不断地改变着冷空气的运动方向，使其逐渐同锋线趋于平行。当地转偏向力和锋面气压梯度力达到平衡时，气流平行于锋面作地转运动，这时冷、暖气团的分界面就不再向水平方向过渡而呈现为倾斜状态。当锋面保持稳定时，锋面与地平面的交角称锋面倾斜角（）。13、冷、暖锋锋面天气是怎样的？【答】：暖锋天气：暖锋的坡度较小，约在1/150左右。暖锋中暖气团在推挤冷气团过程中缓慢沿锋面向上滑行，滑行过程中绝热冷却，当升到凝结高度后在锋面上产生云系，如果暖空气滑行的高度足够高，水汽又比较充足时，锋上常常出现广阔的、系统的层状云系。典型云序为：卷云（Ci）、卷层云（Cs）、高层云（As）、雨层云（Ns）。云层的厚度视暖空气上升的高度而异，一般可达几千米，厚者可到对流层顶，而且距地面锋线愈近，云层愈厚。暖锋降水主要发生在雨层云内，多是连续性降水。降水宽度随锋面坡度大小而有变化，一般300—400km，暖锋云系有时因空气湿度和垂直速度分布不均匀而造成不连续，可能出现几千米甚至几百千米的无云空隙。冷锋天气：冷锋根据移动速度的快慢分为两种类型——一型冷锋和二型冷锋。普及气象灾害防御意识提高气候变化应对能力6?8E7W5D!|9z其中一型冷锋（缓行冷锋）移动缓慢、锋面坡度较小（在1/100左右）。当暖气团比较稳定、水汽比较充沛时，产生与暖锋相似的层状云系，只是云系的分布序列与暖锋相反，而且云系和雨区主要位于地面锋后。由于锋面坡度大于暖锋，因而云区和雨区都比暖锋窄些，且多稳定性降水。但当锋前暖气团不稳定时，在地面锋线附近也常出现积雨云和雷阵雨天气。这类冷锋是影响中国天气的重要天气系统之一，一般由西北向东南移动。二型冷锋（急行冷锋）移动快、坡度大（1/40—1/80）。冷锋后的冷气团势力强，移速快，猛烈地冲击着暖空气，使暖空气急速上升，形成范围较窄、沿锋线排列很长的积状云带，产生对流性降水天气。夏季时，空气受热不均，对流旺盛，冷锋移来时常常狂风骤起、乌云满天、暴雨倾盆、雷电交加，气象要素发生剧变。但是，这种天气历时短暂，锋线过后气温急降，天气豁然开朗。在冬季，由于暖气团湿度较小、气温较低，不可能发展成强烈不稳定天气，只在锋前方出现卷云、卷层云、高层云、雨层云等云系。当水汽充足时，地面锋线附近可能有很厚、很低的云层和宽度不大的连续性降水。锋线一过，云消雨散，出现晴朗、大风、降温天气。这种冷锋在我国较少，春季见于长江流域，秋季见于黄河流域。14、天气与气候的区别和联系。【答】：区别：从时间尺度上讲，天气是指某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和大气现象（如风、云、雾、降雨等）的综合。天气过程是大气中的短期过程。而气候指的是在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动在长时间相互作用下，在某一段时间内大量天气过程的综合。不仅包括该地多年的平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。