大氣科學(xué)復(fù)習(xí)提綱

1、大氣科學(xué)概論復(fù)習(xí)提綱（2016）第一章 大氣概述1-1大氣成分：干潔空氣、水汽、顆粒物。干潔空氣：主要成分（N2、O2、Ar）、微量成分（CO2、CH4、He、Ne、Kr等）、痕量成分(H2、O3、Xe、NOx、NH3、SO2、CO等)。重點(diǎn)：溫室效應(yīng)CO2、臭氧層O3、水汽、顆粒物。1-2 空氣狀態(tài)方程干空氣狀態(tài)方程：p=dRdT濕空氣狀態(tài)方程：p=RdTv虛溫： Tv=T(1+0.378ep) 重點(diǎn)：同溫同壓下濕空氣密度小于干空氣密度，并說(shuō)明其氣象學(xué)意義。1-3 主要?dú)庀笠?氣溫：宏觀上冷熱程度，微觀上分子平均動(dòng)能（內(nèi)能）。T(ºK) = 273 + t(ºC)氣壓：

2、宏觀上單位面積水平面上的大氣柱重力，微觀上分子熱運(yùn)動(dòng)在單位面積上所產(chǎn)生的撞擊力。單位：Pa、hPa、mb、mmHg、bar等。1Pa = 1Nm-21hPa = 1mb = 100Pa1mb = 10-3bar1bar = 760mmHg = 101325Pa 105Pa濕度：大氣中水汽含量。水汽壓(e)和飽和水汽壓(E)、絕對(duì)濕度(a)、相對(duì)濕度(f)、混合比(r)和比濕(q)、露點(diǎn)溫度(td)重點(diǎn)：飽和水汽壓(E)與氣溫(T)的關(guān)系風(fēng)：風(fēng)速m s-1、km h-1、knot (nm h-1)；風(fēng)向即風(fēng)的來(lái)向，16方位、方向度1-4 大氣垂直結(jié)構(gòu)根據(jù)溫度垂直分布，分為對(duì)流層、平流層、中間層、

3、熱層、外逸層。根據(jù)大氣組成，分為均勻?qū)?、非均勻?qū)?；根?jù)大氣電離程度，分為電離層、非電離層重點(diǎn)：對(duì)流層特征。1-5 氣壓的分布變化高度分布：靜力方程、氣壓階（單位氣壓高度差）、壓高公式(勻質(zhì)大氣、等溫大氣、多元大氣)、標(biāo)準(zhǔn)大氣；水平分布：等高面圖海平面氣壓場(chǎng)（等壓線分布）：低氣壓、高氣壓、低壓槽、高壓脊、氣壓鞍；等壓面圖高空某一等壓面的等高線分布圖，如850hPa、700hPa、500hPa、200hPa等。重點(diǎn)：大氣靜力方程、海平面氣壓場(chǎng)基本形式、位勢(shì)高度、氣壓梯度（水平氣壓梯度、垂直氣壓梯度）。第二章 大氣輻射學(xué)2-1 輻射概述概念：輻射波譜、物體對(duì)輻射的響應(yīng)（吸收率a、反射率r、透射率d）

4、、黑體(a=1)和灰體(a<1)、比輻射率（黑體=1、灰體<1）；度量：輻射強(qiáng)度I(Wm-2Sr-1)、輻射通量密度F(Wm-2)、關(guān)系F=I。對(duì)于平行輻射，輻射強(qiáng)度I(Wm-2)、輻射通量密度F(Wm-2)、關(guān)系F= I cos，為入射輻射與接收面法線的夾角。2-2 輻射基本定律普朗克函數(shù)（The Planck Function）： 基爾霍夫(Kirchhoff)定律： Stefan-Boltzmann定律：Wien定律：2-3 太陽(yáng)輻射太陽(yáng)常數(shù)S0=1382W m-2；大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收：吸收光譜、指數(shù)定律：，P大氣透明度系數(shù)、m大氣光學(xué)質(zhì)量大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的散射：分子散射、米

5、散射達(dá)到地面的太陽(yáng)直接輻射：達(dá)到地面的太陽(yáng)總輻射 = 直接輻射+散射輻射：日變化、年變化、緯度分布；2-4 地球輻射地面輻射：大氣輻射：地面有效輻射：地面輻射差額：地面能量平衡：氣溫日、年變化：第三章 大氣熱力學(xué)3-1 大氣溫度平均氣溫及氣溫極值氣溫影響因素：全球海平面氣溫分布：3-2 水相變水循環(huán)、水相平衡圖、飽和水汽壓影響因素3-3 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律：dQ = dU + dW大氣熱流量方程：dQ = CpdT RTdp/p3-4 絕然過(guò)程干絕熱方程（Poisson方程）：，其中位溫：干絕熱直減率：濕絕熱直減率：焚風(fēng)效應(yīng)3-5 大氣靜力穩(wěn)定度l 穩(wěn)定度概念：l 穩(wěn)定度判別： 氣塊

6、法：T>Te不穩(wěn)定、T=Te中性、T<Te穩(wěn)定，（T和Te分別為氣塊溫度和周圍氣溫）；直減率法：干空氣>d不穩(wěn)定、=d中性、<d穩(wěn)定，（和d分別為周圍氣溫直減率和干絕熱直減率）；飽和濕空氣>m不穩(wěn)定、=m中性、<m穩(wěn)定，（和m分別為周圍氣溫直減率和濕絕熱直減率）。l 穩(wěn)定度三種情形：<m絕對(duì)穩(wěn)定、m<<d條件性不穩(wěn)定、>d絕對(duì)不穩(wěn)定，絕對(duì)不穩(wěn)定多形成于夏季陸地午后；絕對(duì)穩(wěn)定則多見(jiàn)于秋冬季陸地清晨/；而多數(shù)情形下為條件性不穩(wěn)定。l 不穩(wěn)定能量類型：絕對(duì)不穩(wěn)定型、絕對(duì)穩(wěn)定型、潛在不穩(wěn)定型（真潛不穩(wěn)定型和假潛不穩(wěn)定型）。第四章 大氣動(dòng)力學(xué)基

7、礎(chǔ)4-1大氣運(yùn)動(dòng)方程l 絕對(duì)運(yùn)動(dòng)方程：l 相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程：l 作用于大氣微團(tuán)的力：氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力Coriolis force)、有效重力、摩擦力。l 連續(xù)方程：l 運(yùn)動(dòng)方程尺度分析：4-2 自由大氣中的平衡運(yùn)動(dòng)l 地轉(zhuǎn)風(fēng)：概念、風(fēng)速標(biāo)量、矢量表達(dá)式、白貝羅（Buys-Bullot)風(fēng)壓定律，等壓面（p坐標(biāo)系）中地轉(zhuǎn)風(fēng)標(biāo)量、矢量式；l 梯度風(fēng)：概念、自然坐標(biāo)系中水平運(yùn)動(dòng)方程、梯度風(fēng)方程、氣旋梯度風(fēng)性質(zhì)、反氣旋梯度風(fēng)性質(zhì)；l 熱成風(fēng)：概念、風(fēng)速標(biāo)量、矢量表達(dá)式、性質(zhì)、應(yīng)用；4-3 大氣摩擦層中的風(fēng)l 摩擦層中的地轉(zhuǎn)風(fēng)：地面風(fēng)速小于高空地轉(zhuǎn)風(fēng);地面風(fēng)速與等壓線成一夾角，取決于地面粗糙度、高度及

8、緯度;近地面，北半球背風(fēng)而立，低壓在左前方、高壓在右后方，南半球反之；隨高度增加，風(fēng)向右偏、風(fēng)速加大，直至趨于高空地轉(zhuǎn)風(fēng)。各風(fēng)矢量終點(diǎn)的連線構(gòu)成“?？寺菥€(Ekman spiral)”，l 摩擦層中的梯度風(fēng)：氣旋型梯度風(fēng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并向中心輻合，產(chǎn)生上升氣流，成云致雨、伴風(fēng)暴，如臺(tái)風(fēng)； 反氣旋型梯度風(fēng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并向四周輻散，產(chǎn)生下沉氣流，中心天氣晴好、風(fēng)力微弱，如冷高壓；4-4 大氣環(huán)流l 理想三圈大氣環(huán)流模型：地面氣壓帶、風(fēng)帶的分布及其形成；l 實(shí)際大氣環(huán)流的平均狀況：對(duì)流層底層（海平面）平均大氣環(huán)流（氣壓場(chǎng)）特征大氣活動(dòng)中心及其季節(jié)變化；對(duì)流層中上層平均大氣環(huán)流特征平均槽脊、大氣長(zhǎng)波、西風(fēng)

9、急流。第五章 云、霧、降水物理學(xué)基礎(chǔ)5-1 云l 概念：懸浮于空中的由大量微小水滴或/和冰晶組成的氣溶膠體。l 分類：高度分類、形成分類、熱力分類、微結(jié)構(gòu)分類l 形成：條件（水汽和上升運(yùn)動(dòng)）、過(guò)程（冷卻絕熱和非絕熱、冷卻和增濕水平和垂直混合）l 宏觀特征：積狀云（淡積云、濃積云、積雨云）、層狀云(卷層云、高層云、雨層云、碎層云)、波狀云（卷積云、高積云、層積云）。l 全球平均云分布：5-2 霧l 概念：近地面空中的由大量微小水滴或/和冰晶組成的氣溶膠體，使水平能見(jiàn)度降至1km以下，水平能見(jiàn)度在1km或以上時(shí)為輕霧。l 分類：輻射霧、平流霧、鋒面霧、地形霧、蒸汽/發(fā)霧l 特征：掌握輻射霧、平流霧

10、、鋒面霧特征。5-3 降水l 概述：標(biāo)準(zhǔn)云滴尺度10m、標(biāo)準(zhǔn)雨滴尺度1000ml 形成過(guò)程：碰并過(guò)程/Collision-Coalescence（多見(jiàn)于暖云降水）；貝吉隆過(guò)程/Bergeron（多見(jiàn)于冷云降水） l 暖云降水：l 冷云降水：第六章 天氣和天氣預(yù)報(bào)6-1 天氣圖l 概念：l 底圖投影：l 天氣圖類型：地面、高空、輔助天氣圖6-2 溫帶天氣系統(tǒng)l 氣團(tuán)：概念、形成(條件、物理過(guò)程)、變性（冷氣團(tuán)變性快、氣溫直減率增大、出現(xiàn)不穩(wěn)定天氣；暖氣團(tuán)變性慢、氣溫直減率減小、出現(xiàn)穩(wěn)定天氣）、分類（地理分類、熱力分類）、影響我國(guó)氣團(tuán)（變性北極氣團(tuán)、極地大陸氣團(tuán)、變性熱帶海洋氣團(tuán)）l 鋒：概念、分

11、類（移動(dòng)分類、高度分類、地理分類）、天氣（指云系、降水、風(fēng)、霧、能見(jiàn)度等分布，暖鋒天氣、冷鋒天氣、準(zhǔn)靜止鋒天氣、錮囚鋒天氣）6-3 溫帶氣旋和反氣旋l 氣旋、反氣旋特征和分類：概念、范圍、強(qiáng)度、天氣特點(diǎn)、分類；l 溫帶氣旋：形成（鋒面波動(dòng)型、錮囚型、倒槽型）、階段（初生、發(fā)展、錮囚和消亡）、天氣模式（初生階段、發(fā)展成熟階段、錮囚階段、消亡階段）l 溫帶反氣旋：形成（區(qū)域、形成、活動(dòng)）、天氣模式（中/內(nèi)部、前/西部、后/東部）6-4 熱帶和副熱帶天氣系統(tǒng)l 副熱帶高壓：概念（副熱帶高壓帶、海洋副熱帶高壓、陸地副熱帶高壓）、活動(dòng)（季節(jié)性、熱力特性）、天氣特點(diǎn)（中部、西北/北部、南部、東部）；西太平

12、洋副熱帶高壓（表示法、季節(jié)變化、對(duì)我國(guó)天氣影響、中短期變化）；l 熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）：概況（概念、分類、分布、季節(jié)、范圍和強(qiáng)度）；結(jié)構(gòu)（水平流場(chǎng)、垂直流場(chǎng)）、天氣（臺(tái)風(fēng)眼內(nèi)、臺(tái)風(fēng)眼壁、臺(tái)風(fēng)外區(qū)）、移動(dòng)（西、西北、轉(zhuǎn)向）。6-5 中小尺度天氣系統(tǒng)（了解）l 雷暴：l 龍卷：附錄 綜合題例題1、設(shè)海平面（z=0）處空氣密度、氣壓和氣溫分別為0、p0和T0，試證明等溫大氣（溫度為T0）和多元大氣(氣溫直減率)中空氣密度隨高度分布的表達(dá)式分別為： 和2、假設(shè)赤道地區(qū)垂直平均氣溫為15ºC，北極地區(qū)垂直平均氣溫為-15ºC，試分別計(jì)算赤道和北極1000hPa與500hPa兩等壓面間的厚

13、度（取整數(shù)，不考慮水汽影響，干空氣氣體常數(shù)Rd=287Jkg-1K-1，重力加速度g=9.8ms-2，ln2=0.6931）。并據(jù)此計(jì)算結(jié)果解釋中緯度地區(qū)對(duì)流層中上層形成西風(fēng)急流的原因。3、假設(shè)：(1)不考慮大氣，地面對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率rS = 0.3；（2）大氣為一薄層，其對(duì)太陽(yáng)輻射和地面輻射的吸收率分別as = 0.1和ae = 0.9，地面對(duì)太陽(yáng)輻射和大氣逆輻射的反射率分別為rs = 0.3和ra =0.1。地表具有黑體性質(zhì)，試分別計(jì)算兩種情形下地面輻射平衡溫度（以ºC表示，取整數(shù)），并解釋造成其差異的原因。太陽(yáng)常數(shù)S0 = 1382Wm-2，斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)=5.67&#

14、215;10-8Jm-2K-4s-1。4、如圖所示，氣流在迎風(fēng)坡海平面A點(diǎn)的溫度為25ºC，露點(diǎn)溫度為15ºC，干絕熱直減率d = 1ºC/100m，濕絕熱直減率m = 0.5ºC/100m，試回答以下問(wèn)題：（1）云底高度（即凝結(jié)高度）？（2）氣流至山頂時(shí)氣溫？（3）氣流至山頂時(shí)露點(diǎn)溫度？（4）氣流從云底高度上升至山頂時(shí)，水汽凝結(jié)量多少?（以g/kg表示) （5）氣流下沉至G點(diǎn)時(shí)溫度？（假設(shè)水汽凝結(jié)物形成降水）（6）至G處氣流可能的水汽容量？（以g/kg表示) （7）若氣流下沉?xí)r，水汽沒(méi)有增加或減少，則G點(diǎn)處相對(duì)濕度？（8）A處相對(duì)濕度？（9）說(shuō)出兩個(gè)理

15、由，A和G處相對(duì)濕度為何不同？不同溫度下的飽和比濕（g/kg）5、如圖所示，為某地某時(shí)氣溫垂直分布層結(jié)曲線及干、濕絕熱過(guò)程線，試回答如下問(wèn)題：（1）判斷0z1、z1z2和z2z3各層大氣的穩(wěn)定度；（2）判斷0z3整層大氣的不穩(wěn)定能量類型；（3）說(shuō)明z1、z2和z3所對(duì)應(yīng)高度的名稱及含義。6、若不考慮地面摩擦力，氣壓梯度力相同，試判斷處于同一緯度的氣旋和（正常）反氣旋梯度風(fēng)之間的大小關(guān)系，并舉例解釋實(shí)際中為何這種大小關(guān)系通常很少出現(xiàn)。7、某地緯度為30°N，風(fēng)向?yàn)槲黠L(fēng)，風(fēng)速為10ms,風(fēng)與等壓線成30º夾角，試計(jì)算地轉(zhuǎn)偏向力（科氏力）、氣壓梯度力及地面摩擦力,并作示意圖。(地轉(zhuǎn)角速度=7.3×10-5s-1)8、作示意圖，簡(jiǎn)述大氣“三圈環(huán)流”模式中地面氣壓帶和風(fēng)帶分布，以及實(shí)際大氣環(huán)流的平均狀況。9、簡(jiǎn)述冷、暖氣團(tuán)天氣特征。10、簡(jiǎn)述暖鋒、冷鋒、準(zhǔn)靜止鋒和錮囚鋒天氣特征。11、簡(jiǎn)述氣旋和反氣旋的特征、強(qiáng)度和分類。12、簡(jiǎn)述溫帶氣旋的形成和天