陆地表层作业一参考答案

作业一参考答案1、假定，你的外表面温度为28℃，求你向外发射的辐射能(辐射出射度)。如果你身处一房间内，房间墙壁温度为20℃，求你身体外表接受到的辐射能(辐照度)是多少(假设辐射在空气中的传播过程中没有衰减)。求在这种环境中，你身体损失的辐射能。设身体表面发射率为0.97，墙壁发射率为1。解：①求身体发射的辐射通量：)(5.451)()28273()(1067.597.0T244284WmKKWm身②求身体外表面接收的能量身体表面接收的能量等于辐射到身体表面的能量与身体的接收率的乘积。而辐射到身体的能量来自于墙壁发射处的能量，即：)(9.417)()20273()(1067.51T244284WmKKWm墙根据Kirchhoff定律，物体的吸收率与发射率相等，人体的吸收率等于发射率，为0.97。则，人体接收的辐射能为：)2(4.4059.41797.0Wm墙吸③求人体损失的能量)(1.465.4514.4052Wm身吸损即人体损失能量的速率为46.1Wm-2。2、比较空气温度为0℃时，晴朗天气和完全阴天下空气发射的辐射能。计算阴天的夜晚地面相较晴天额外接收的能量是多少。解：①计算晴天下空气发射的辐射能晴天下的空气发射率为686.0)0273(102.9T102.92626aac则晴天下天空发射的辐射能为：)(1.216)0273(1067.5686.0T2484Wmac晴②计算全阴天下天空发生的辐射能全阴天下天空云量百分比为1，则阴天下天空的发射率为：95.0184.0)184.01(aca则阴天下天空发射的辐射能为：)(2.299)0273(1067.595.0T2484Wma阴③在野外，地面在阴天接收到的来自天空的辐射比在晴天的辐射要多，额外接收的能量为两者之差：)(1.831.2162.2992Wm晴阴3、计算在晴天情况下某一片裸露土壤的净辐射通量，已知太阳高度角为15º，海拔高度1200m，空气温度18℃，土壤表面温度22℃，土壤反照率设为0.15。解：根据定义，某片区域所获得的净辐射是向下的太阳辐射，向上的太阳辐射，向下的地面长波辐射和向上的地面长波辐射的相互差值，即：LLSSRn分别估算辐射的这个分量，就能求得净辐射。第一步：求向下的短波（太阳）辐射cos)1(3.0coscos00pmmpdpdbtSSSSSSS其中，Spo为太阳常数，τ为大气透明度，设为0.7，ψ为太阳天顶角，根据题目条件，为75°，m为大气路径长度，由下式计算：3.3)75cos(3.101)82001200exp(3.101cos3.101apm则总的向下太阳短波辐射为：)(8.182)75cos(1360)7.01(3.0)75cos(7.01360cos)1(3.0cos23.33.300WmSSSpmmpt第二步：求向上的太阳短波辐射)(4.278.18215.02WmSStsr第三步：求向下的长波辐射向下的长波辐射即为空气对地面的辐射通量：4TaaciL其中，空气发射率为：779.0)18273(102.9T102.92626aac因此，向下的长波辐射应该为：)(7.316)18273(1067.5779.0T2484WmLaaci第四步：求向上的长波辐射)(1.4277.316)98.01()22273(1067.598.0)1(T2484WmLLissse第五步：求土壤表面获得的净辐射)(451.4277.3164.278.1822WmLLSSReirtn4、假定春小麦开花所需要的大于3℃以上积温为900℃•d。如果春小麦是正常在第119日（日序数）种植，请根据下表中的天气数据预报春小麦的开花日期。如果种植日期延误到第150日，判断开花期会推迟到哪一天？（下表中，Tx指最高温，Tn指最低温）解：（计算过程略）正常开花期为第201天。推迟播种后，开花期为第215天。作业二参考答案1、干湿表测得的空气温度为34℃，湿球温度为22℃。求空气的实际水汽压、水汽摩尔比、露点温度、相对湿度和饱和差。海拔高度为1200m。解：①求大气压)(12.8786.0*3.10182001200exp*3.1018200exp3.101kPaApa②求温度为34℃（Ta）时的饱和水汽压)(32.597.2403434*502.17exp*611.0exp)(akPacTbTaTeaas③求温度为22℃（Tw）时的饱和水汽压)(64.297.2402222*502.17exp*611.0exp)(wkPacTbTaTewws④求空气的实际水汽压)(94.1)2234(*12.87*000667.064.2)()(kPaTTpTeewaawsa⑤求水汽摩尔比浓度)mol/mol(022.012.8794.1aaavvpennC⑥求露点温度4.16)611.094.1ln(502.17)611.094.1ln(97.240)ln()ln(aebaecTaad（℃）⑦求相对湿度36.032.594.1)(asarTeeh⑧求饱和差)(38.394.132.5)(kPaeTeDaas2、单位换算：将空气定压比热cp（29.3Jmol-1K-1）换算为单位Jkg-1℃-1表示的值，将汽化潜热λ（44kJmol-1）换算为单位Jkg-1表示的值解：本题的单位换算，实际上是将量的单位mol换算为kg来表示，这类换算就是用原单位除以物质的分子量（摩尔质量）（单位是kg/mol）。另外，对于温度单位K和℃，二者存在一个273的数量上的差值，但对于每1K或每1℃的变化，二者在度量上是一样的，及1K-1=1℃-1则有：11111311114.10114.10111097.283.293.29CJkgKJkgkgmolKJmolKJmolcp其中28.97×10-3为空气的摩尔质量。16113111044.224417311002.184400044JkgJkgkgmolJmolkJmol其中18.02×10-3为水的摩尔质量3、你决定在一个0.1m3的容器内标定一个相对湿度传感器(相对湿度0.5)，假定没有水汽被容器壁吸收，在容器内空气温度分别为10℃和40℃情况下，你需要向容器中注入多少的水汽才能满足标定的要求解：①当容器内空气温度为10℃时，为标定传感器，容器内的实际水汽压必须是：)10(sraehe可以计算10℃时的空气饱和水汽压约为1.23kPa（此处省略计算过程）。则实际水汽压应该为：ea=0.5×1.23=0.62(kPa)＝620(Pa)根据普适气体状态方程，有：)mol(026.0)10273(*31.81.0*620TTRVenRnVeavvanv为容器中应该有的水汽摩尔数量，换算为质量单位，则为mv=nv×M=0.026×18.02=0.47(g)即，当容器内温度为10℃，应注入0.47g的水才能满足仪器标定的要求②当容器内空气温度为40℃时，为标定传感器，容器内的实际水汽压必须是：)40(sraehe可以计算40℃时的空气饱和水汽压约为7.38kPa（此处省略计算过程）。则容器内的实际水汽压应该为ea=0.5×7.38=3.69(kPa)＝3690(Pa)根据普适气体状态方程，有：)mol(142.0)40273(*31.81.0*3690TTRVenRnVeavvanv为容器中应该有的水汽摩尔数量，换算为质量单位，则为mv=nv×M=0.142×18.02=2.56(g)即，当容器内温度为40℃，应注入2.56g的水才能满足仪器标定的要求4、你呼出的空气在体温37℃下为饱和空气，如果你吸入的空气温度为20℃，相对湿度为0.2，你每分钟呼吸15次，每次吸入空气体积1升。假定你没有其他的水分损失，计算每天你需要喝多少杯水(每杯250ml)来补充人体的损失。解：①求每次呼出的水汽量根据理想气体状态方程，有：11T)37(RnVes其中es(37)为37℃下饱和水汽压，V为呼出空气体积（1升，即10-3m3），n1为呼出的水汽摩尔数，T1为水汽温度。则每次呼出的水汽摩尔数为：)mol(10438.2)37273(31.8106280T)37(3311RVens②求每次吸入的水汽量根据理想气体状态方程，有：22TRnVea其中ea为空气实际水汽压，V为吸入空气体积（1升，即10-3m3），n2为吸入的水汽摩尔数，T2为空气温度。其中：)(468.034.22.0)20(kPaehesra则每次吸入的水汽摩尔数为：)mol(10192.0)20273(31.810468T3322RVena③求每次损失的水汽量设每次呼吸损失的水汽摩尔数为n，则：)mol(10246.210)192.0438.2(3321nnn④求一天损失的总水量设一天总的水分损失摩尔数为n总)mol(514.4810246.21560243总n⑤求需要补充的杯数将水量换算为质量来表达，则总损失水量为：)(22.87402.18514.48gMnmv总总已知水的密度为1g/mL则损失的水的总体积为：V＝874.22/1=874.22(mL)所需要补充总的杯数为：)(49.325022.874杯杯n5、如果叶片的总水势为－700Jkg-1,溶质势为-1200Jkg-1,求叶肉细胞的膨压。解：一般地，叶片的总水势有叶片溶质势和叶片压力势两部分组成，因此叶片的压力势为：)/(500)1200(7000kgJp总根据以下公式：wpP可以求得叶肉细胞的膨压：)(500)(500000)/(1000)/(5003kPaPamkgkgJPwp6、假定在一片冠层高度为80cm的麦田上方2m处观测到风速为3ms-1，试估算这片麦田的空气动力学粗糙度、零平面位移，和麦田冠层表面的风速。解：根据农田空气动力学粗糙度和零平面位移的经验计算公式，这片麦田的空气动力学粗糙度和零平面位移分别是：)(08.08.01.01.00mhz)(52.08.065.065.0mhd根据风廓线方程：0*ln)(zdzkuzu将已知条件带入方程：08.052.02ln41.03*u可得：)/(42.0*smu则冠层表面的风速为：)/(25.108.052.08.0ln41.042.0)8.0(smu作业三参考答案1、有一层湿润土壤被一层5cm厚的干土覆盖着，观测已知湿土壤表层温度为30℃，空气温度为30℃，空气实际水汽压为1.0kPa，求土壤的水分损失。已知每1cm干土壤的水汽扩散导度为0.03molm-2s-1，空气边界层导度为0.5molm-2s-1解：水汽的扩散方程可以表述为：)(vavsvvCCgF其中，Fv为水汽扩散速率（水汽通量），gv为水汽扩散的导度，Cvs为水汽扩散表面的水汽浓度（摩尔比），Cva为空气水汽浓度（摩尔比）。水汽扩散表面在湿土壤表面，假设湿土壤为饱和土壤，水分蒸发受土壤水势的约束较小，从而可以近似认为水汽蒸发表面的水汽浓度为表面温度下的水汽饱和浓度，根据空气饱和水汽压经验公式，可得30℃时空气饱和水汽压：)(242.497.2403030