大气物理学题库_答案_图文

导读:73.大气混合层:大气边界层中,与地面的垂直湍流热通量和大气层结稳定度有关,74.大气流体静力平衡:大气处于静止时垂直气压梯度力与重力相平衡,75.大气边界层:又称摩擦层,78.绝对不稳定大气:环境温度递减率大于干绝热减温率的大气状态,81.大气保温效应:简称“大气效应”,大气具有允许太阳短波辐射透入大气低层,吸收地面和低层大气的长波辐射,从而阻止地面和低层大气长波辐射逸出大气层,使大气温度保

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73. 大气混合层:大气边界层中,湍流受热对流控制的近地面层以上部分。特点是层结

不稳定,对流旺盛,位温和风向风速都变化甚小,常发生于晴朗的白天,其高度较层结稳定的边界层高,一般为1~2 km,主要由热对流的高度决定,与地面的垂直湍流热通量和大气层结稳定度有关,边界层以下的大尺度下沉运动和平流作用对其高度也有所影响。

74. 大气流体静力平衡:大气处于静止时垂直气压梯度力与重力相平衡。

75. 大气边界层:又称摩擦层。是指从地面至离地500~2000m以下的气层。(本层气流

受地面摩擦作用的影响大,故风速随高度增加而变大。空气受地面的冷热影响大,故气温具有较明显的日变化。摩擦层内的对流运动与乱流运动都很强烈。低云、雾、霾出现在这一层中。)

76. PM10:悬浮在空气中,空气动力学直径≤10微米的颗粒物,又称为可吸入颗粒物

或飘尘)。

77. 热岛效应:城市地区由于人口稠密,工业集中,造成温度高于周围地区的现象。

78. 绝对不稳定大气:环境温度递减率大于干绝热减温率的大气状态,此时气块抬升后

温度高于环境空气温度。

79. 辐射雾:由于地面辐射冷却,致使贴近地面的空气层中水汽达到饱和而凝结形成的

雾。一般发生在晴朗无云有微风水汽较充沛的夜间。

80. 贝吉隆过程:在有冰晶和过冷却水滴共存的云中,由于冰面的饱和水汽压比过冷却

水面的饱和水汽压小,当空气中的实有水汽压介于两者之间时,过冷却水滴会因蒸发而减小,水分子不断由水滴向冰晶上转移,冰晶则因凝华而增大。

81. 大气保温效应:简称“大气效应”。大气具有允许太阳短波辐射透入大气低层,并

吸收地面和低层大气的长波辐射,从而阻止地面和低层大气长波辐射逸出大气层,使大气温度保持较高的水平。

82. 日周光:当散射过程以米散射为主时,在太阳周围的天空表现出很强的散射光强

83. 自由对流高度: 起始高度以上状态曲线和层结曲线第一次交点,该高度以下,空气

块只能在冲击力的作用下作强迫抬升,超过此高度,空气块就可以在大气中获得自由上升的不稳定能量。

四、 简答题

1. 请简述水成云降水形成的机制。

水成云中,云滴的增长主要通过凝结过程和重力碰并过程来完成。水成云形成之后,水汽在凝结核上凝结成云滴并继续由凝结过程增大,但其增长速度随着云滴增大而变慢。当云滴长大到10μm以上时,凝结过程基本就不起作用了。这是重力碰并过程开始启动,而且随着云滴的长大,其增长速度越来越快。当云滴增大到一定程度,上升气流无法托住云滴时,大云滴就会脱离云滴而降落成雨。

2. 晴天的天空为什么是蓝色的?在什么情况下它会变成乳白色或灰白色,为什么?

晴空呈蔚蓝色,可以用瑞利散射理论来解释。

晴天的天空中,大气中的粗粒子少,我们看到的天空颜色主要是大气分支对太阳光的散射光。根据瑞利散射理论,分支散射的光的强度(决定于体积散射系数)与波长的4次方成反比。波长短的光散射多,波长长的波(为红、黄、橙光)散射少,所以我们看到天空呈蔚蓝色。

当天空中粗粒子(为浮沉、雾滴等)较多时,主要为米散射。其散射光对波长无选择性,所以天空呈乳白色或灰白色。

3. 什么是气旋?什么是反气旋?在我国境内通常有哪几种气旋?他们对我国天气有

何影响?

在北半球的低气压区附近,空气围绕低气压中心成反时针方向流动(旋转),称为气旋。而在高气压区附近空气围绕高压中心成顺时针方向旋转,称为反气旋。在我国境内通常有华北气旋、东北低压、江淮气旋和西南低涡。它们常常带来大风、降水等天气。

4. 什么是晴天大气电场?请说明它能维持的原因。

晴天大气电场——地球-大气系统是一个球形电容器,其正极在电离层和磁层,负极在地面,中间是导电性能差的大气形成一个电场,称为晴天大气电场。

由于大气有弱导电性,所以晴天大气电场中有从上向下的传导电流,它会使地面负电荷减少。如果没有其他电流的补偿,晴天电场就会逐渐消失。晴天电场之所以能够维持,主要是因为地球-大气系统中存在着一种充电机制-雷暴。当雷暴发生时,雷暴云下引地面的电场方向与晴天大气电场相反。通过云地闪电,将云底的负电荷传到地面,同时地面的物体向云底的尖端放电,把正电荷传向上方,使地面负电荷得以维持,也就维持了晴天大气电场。

5. 何谓条件不稳定气层?这气层稳定度的性质取决于什么条件?

温度直减率γ满足????<??<????的气层称为条件不稳定气层。其中????和????分别是干绝热和湿绝热过程的温度递减率。此气层的不稳定性质决定于:1. 气层中是否有充足的水汽,2. 气层中是否有液态水,3. 气层中有上升运动还是下沉运动。

如果气层中水汽充足又有上升运动,那么,在上升过程中还未达到饱和时是稳定的,达到饱和后就不稳定了。如果气层中有液态水,则无论上升或下沉都是不稳定的。如果无液态水,则下沉运动时是稳定的。

6. 地球上的南北温度梯度一方面决定于不同纬度带地气系统吸收的太阳辐射量,放射

的红外辐射量,感热通量和潜热通量,另一方面还受到大气环流和海洋环流的影响。由于经向环流不断把低纬度获得的较多的热量向高纬度和极地区域输送,所以使地球上南北温度梯度比由辐射平衡算出的值小得多。

7. 锋面定义:(1)冷、暖两种不同性质气团之间的狭窄过渡带。(2)大气热力学场和

风场具有显著变化的狭窄倾斜带。

锋面分为:冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋。他们是根据峰在移动过程中冷、暖气团所占有的主次地位来划分的。在锋面移动过程中,如果冷气团起主导作用,冷气团推动暖气团向暖气团一侧移动,这类锋面称为冷锋。如果锋面移动过程中,暖空气团起主导作用,暖气团推动冷气团向冷气团一侧移动,这类锋面称为暖锋。当冷、暖 气团的势力相当时,锋面的移动十分缓慢或相对静止,这种锋面称为准静止锋。有冷锋赶上暖锋或者两条冷锋迎面相遇叠并而成的锋面称为锢囚锋。

8. 冷云中存在着温度低于0℃的过冷却水滴,在有冻结核的情况下,他们很容易冻结

为小的冰晶,这时如果环境水汽压对冰面来说是过饱和的,则小冰晶将由凝华过程而进一步增长,而且其凝华增长很快,比水滴的凝结增长快得多。这样就做云内建立起一个水汽扩散场,使水份从水滴面上蒸发而凝华到冰晶上去,进而导致水滴的逐渐消失和冰晶的迅速长大。这就是冰晶效应。冰晶效应为冷云提供较大的冰晶,然后这些较大的冰晶通过与过冷却水滴的碰冻和与别的冰晶的碰粘过程进一步长大称为降水质点而降落。这就是冷云降水的机制。

9. 声波在大气中传播经过不同声速的气层时会发生折射,其折射角与声速成正比。夏

季晴天的夜晚和清晨由于地面附近放射大量红外热辐射,使近地层大气温度降低而形成逆温层,即温度随高度增加而增加。

因为声速与大气温度的平方根成正比,所以声速也随高度的增加而增大。在这种情况下,声波向上传播时,折射角逐渐变大,即声波传播时,声线逐渐向下弯曲。如图所示:

10. 在天空有卷层云时,有可能观测到晕。因为卷层云中有大量的冰晶,太阳(或月亮)

的光通过冰晶时会发生折射而产生色散,使得地面上的观测者看到日(月)周围出现以日(月)为中心的彩色光圈、光弧、光柱或光斑。这就是晕。

11. 对臭氧洞成因的研究目前主要在两个方面:

(1) 大气动力学原因:南极冬季环极涡旋的作用。大气动力学过程本身不会破坏臭氧,但它能将臭氧重新分布;另外,特殊的气象条件(极涡、严寒、平流层云等)能促进化学原因对臭氧的破坏。(2)大气化学原因:氟氯烃(CFC)等化合物对臭氧的破坏作用。大气污染物质如氟氯烃(CFC)和溴化烃(halons)等人造化合物中释放的氯和溴对臭氧有破坏作用。因此平流层云有利于氟氯烃(CFC)化合物对臭氧的破坏过程。

12. 大气气溶胶概念及气溶胶粒子在大气过程中的作用

(1)气溶胶是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体组成的多相体系。

(2)气溶胶粒子在云雾降水、大气辐射、大气光、电等大气物理过程中起着重要的作用:在云雾降水中的作用,对大气辐射过程的影响,对大气光学特性的影响,对大气电学特性的影响,在大气化学过程中的作用。

13. 太阳辐射穿透大气层到达地面前会受到削弱,试问基本的削弱因子有哪些? 大气总的距离衰减系数

为 k??k?,R?k?,p?k?,O?k?,v?k?,a

其中kλ,R 和kλ,p 分别为气体分子和气溶胶粒子散射所引起的衰减; kλ,o 和kλ,v分别为臭氧和水汽吸收所引起的衰减;kλ,a 为其它气体分子(主要是CO2和O2)吸收所引起的衰减。

14. 基尔霍夫定律的意义在于:它将物体的吸收能力和放射能力联系了起来,只要知道

了某种物体的吸收率,也就知道了它的比辐射率;特别是它将各种物体的吸收、放射能力与黑体的放射能力联系了起来,这是很有意义的。

普朗克定律揭示了绝对黑

体辐射率随波长变化的函数关系。绝对黑体的辐射光谱对于研究一切物体的辐射规律具有根本的意义。

15. 与太阳的短波辐射相比,长波辐射在大气中的传输过程具有以下特点:

(1)地球与大气都是放射红外辐射的辐射源,通过大气中的任一平面射出的是具有各个方向的漫射辐射。而太阳直接辐射是主要集中在某一个方向的平行辐射。在红外波段,到达地面的太阳直接辐射能量远小于地球与大气发射的红外辐射,常常可不予考虑。

(2)除非在云或尘埃等大颗粒质点较多时,大气对长波辐射的散射削弱极小,可以忽略不计。即使在有云时,云对长波的吸收作用很大,较薄的云层已可视为黑体。因而研究长波辐射时,往往只考虑其吸收作用,忽略散射。

(3)大气不仅是削弱辐射的介质,而且它本身也放射辐射,有时甚至其放射的辐射会超出吸收部分,因此必须将大气的放射与吸收同时考虑。

总之,长波辐射在大气中的传输,是一种漫射辐射,是在无散射但有吸收又有放射的介质中的传输。

16. 在绝热过程中,若讨论的是未饱和湿空气(无相变),这样的过程称为干绝热过程。

假如在上升过程中是绝热的,全部凝结水都保留在气块内,当气块下沉时凝结的水分又会蒸发,仍然沿着绝热过程回到原来的状态,这个过程就是可逆的, 称为可逆的饱和绝热过程或可逆的湿绝热过程,又简称湿绝热过程。与上述情况相反,如果在饱和气块上升过程中,凝结物一旦形成便全部从气块中降落,并带走一些热量(不过此热量极少),在气块下沉时必然会沿着干绝热过程变化,无法再回到原来的状态。这是一个开放系的不可逆过程,严格来说也不是绝热的,所以称为假绝热过程。

17. 黑体辐射基本定律及其意义:普朗克定律揭示了绝对黑体辐射率随波长变化的函数

关系。绝对黑体的辐射光谱对于研究一切物体的辐射规律具有根本的意义。基尔霍夫定律,它将物体的吸收能力和放射能力联系了起来,只要知道了某种物体的吸收率,也就知道了它的比辐射率;特别是它将各种物体的吸收、放射能力与黑体的放射能力联系了起来,这是很有意义的。维恩位移定律,在一定温度下,绝对黑体的与辐射本领最大值相对应的波长λ和绝对温度T的乘积为一常数。斯蒂芬波尔兹曼定律,绝对黑体的积分辐出度与其温度的4次方成正比。

18. 解答举例:单位时间单位体积中形成活化核的数目称为核化率或活化率。(可列举

云物理学中任何概念)

19. 形成、成熟和消散三个阶段

形成:有组织上升气流 (关键点)

形成阶段是指从淡积云向浓积云发展的阶段。这个阶段的主要特征是云顶呈现轮廓清晰的花椰菜状隆起,云下有潮湿空气辐合进入云中,云内都是有组织的上升气流。随上升气流入云的水汽凝结而释放大量潜热,导致云内温度高于环境温度,并使云内上升气流进一步增强。

成熟:上升气流为主,产生下沉气流;(关键点)

成熟阶段是从浓积云向积雨云过渡的阶段。这一阶段的主要特征是,从云体的外形上看,由于受对流层顶阻挡和高空风的作用,顶部向两侧延展而成砧状。云的前部

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