氣象學(xué)與氣候?qū)W作業(yè)題答案

1、第一次作業(yè)家庭作業(yè)一1、大氣組成主要成分體積百分比主要分布咼度穩(wěn)定/可變主要來(lái)源是否溫室氣體氮?dú)猓∟）2%0-250km穩(wěn)定火山噴發(fā)否氧氣（0）2%0T00km穩(wěn)定植物的光合作用否氬氣（Ar）%穩(wěn)定否水汽(HO)21%-1ppm0-5km可變江、河、湖、海及潮濕物體表面的水分蒸發(fā)和植物的蒸騰，并借助空氣的垂直交換向上輸送是二氧化碳（CO）2%0-20km可變礦物燃料燃燒和工業(yè)活動(dòng)，死亡生物的腐敗和呼吸作用是臭氧（O）320ppbT0ppm10-55(10-40,極大值在20-25)km可變?cè)谔?yáng)短波輻射下，通過(guò)光化學(xué)作用，氧分子分解成為氧原子后再和另外的氧分子結(jié)合而成。有機(jī)物的氧化和雷雨閃電的

2、作用。是注：ppm：百萬(wàn)分之一；ppb:十億分之一2、大氣分層（結(jié)構(gòu)）分層高度溫度變化主要特征對(duì)流層8-18km溫度隨咼度增加而遞減垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈氣象要素水平分布不均勻包含了大氣質(zhì)量的四分之三和幾乎所有的水汽，云雨雷電發(fā)生在此層1有臭氧層，但在平流層頂消失溫度隨咼度增加2氣流平穩(wěn)，空氣的垂直混合作用平流層55km而遞增顯著減弱（初穩(wěn)后升）3水汽含量極少，天空多晴朗4.可見(jiàn)貝云母中間層85km溫度隨咼度增加迅速下降1.垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈2水汽含量極少，幾乎沒(méi)有云層3.出現(xiàn)電離層夜光云熱層800km溫度隨咼度增加迅速增咼1空氣咼度電離2.咼緯度地區(qū)的晴夜可出現(xiàn)極光散逸層3000km溫度很少變化大氣粒子

3、經(jīng)常散逸至星際空間，是大氣圈與星際空間的過(guò)渡地帶家庭作業(yè)二一、以下描述哪些是指“天氣”哪些是指“氣候”今天的足球比賽因下雨停賽。北京的1月最冷。今天下午最咼氣溫15C。昨晚臺(tái)風(fēng)從廣東省登陸。昆明是個(gè)旅游勝地，因?yàn)槟撬募救绱骸?昨晚最低氣溫一20C，是這個(gè)地方記錄到的最低氣溫。7.今天多云。答：天氣是指某一地區(qū)在某一瞬間或某一短時(shí)間內(nèi)大氣狀態(tài)（如氣溫、濕度、壓強(qiáng)等）和大氣現(xiàn)象（如風(fēng)、云、霧、降水等）。氣候是指在某一時(shí)段內(nèi)大量天氣過(guò)程的綜合，不僅包括該地多年來(lái)經(jīng)常發(fā)生的天氣狀況，而且包括某些年份偶爾出現(xiàn)的極端天氣狀況。天氣”：1、3、4、7“氣候”：2、5、6、昨晚最低氣溫一20C，是這個(gè)地方記錄

4、到的最低氣溫：前半句是天氣，后半句是氣候。二、某地區(qū)海平面氣溫23C，估計(jì)其2km上空大氣溫度多少解：已知?dú)鉁刂睖p率為C/100m2km上空大氣溫度T二X2000/100=10C答：其2km上空大氣溫度約為10C。三、某地區(qū)春季海平面氣溫10C，假設(shè)氣溫直減率為C/100m，對(duì)流層頂溫度為-55C，求該地對(duì)流層頂高度，并說(shuō)明該地區(qū)所在緯度是：高、中、低緯哪個(gè)緯度解：該地對(duì)流層頂高度h二10-（-55）4-X100=10000m=10km因?yàn)閷?duì)流層在中緯度地區(qū)的厚度平均為1012km，所以該地區(qū)為中緯度地區(qū)。（對(duì)流層低緯平均高度17-18Km,中緯10-12km,極地8-9km）答：該地對(duì)流層頂

5、高度為10km，是中緯度。四、位于赤道某地區(qū)海平面氣溫25C，假設(shè)氣溫直減率為。C,其對(duì)流層頂高度為16km，求該地對(duì)流層頂溫度解：該地對(duì)流層頂溫度T=X16000/100=-79C答：該地對(duì)流層頂溫度是-79C第二次作業(yè)家庭作業(yè)一一、設(shè)到達(dá)大氣頂界的太陽(yáng)輻射為100個(gè)單位,根據(jù)下圖,描述地-氣系統(tǒng)輻射平衡過(guò)程。答：設(shè)到達(dá)大氣頂界的太陽(yáng)輻射為100%。未到達(dá)地面部分：被大氣和云滴吸收20%（其中18%被大氣吸收（主要被水汽、臭氧、微塵、二氧化碳等選擇吸收）,2%被云滴吸收）,被云反射回宇宙空間20%,被大氣散射回宇宙空間6%。共計(jì)46%。到達(dá)地面部分：被地面吸收50%（其中地面吸收直接輻射22

6、%,散射輻射28%）,被地面反射回宇宙空間4%。共計(jì)54%。在此過(guò)程中，地-氣系統(tǒng)共反射回宇宙空間20%+6%+4%=30%，這部分為地球反射率。地面吸收輻射而增溫，向外放出長(zhǎng)波輻射，其能量為115%，其中109%被大氣吸收，6%透過(guò)大氣窗逸入宇宙空間。大氣吸收輻射后，根據(jù)其溫度進(jìn)行長(zhǎng)波輻射，95%為射向地面的逆輻射，64%射向宇宙空間。在輻射過(guò)程中，大氣共吸收20%+109%=129%，大氣長(zhǎng)波輻射支出95%+64%=159%。全球大氣的年平均輻射差額為-30%，這部分虧損的能量，由地面向大氣輸入的潛熱24%和湍流顯熱6%來(lái)補(bǔ)充，以維持大氣能平衡。地面長(zhǎng)波輻射到宇宙空間6%和大氣長(zhǎng)波輻射到宇

7、宙空間64%共計(jì)70%。從宇宙空間射入的太陽(yáng)輻射100%，地球反射30%，長(zhǎng)波輻射射出70%。大氣長(zhǎng)波輻射指出159%，吸收=20%+109%+30%=159%。地面吸收=50%+95%=145%，地面放出=30%+115%=145%，各部分的能量收支都是平衡的。二、假設(shè)地球無(wú)大氣，到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射通量密度Fs為1368Wm-2，入射的太陽(yáng)輻射有30%被反射(反射率A=),其余均為地球吸收。計(jì)算該情況下地球的等效黑體溫度。提示：等效黑體溫度，是指相當(dāng)于黑體的輻射溫度。斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)s二X10-8Wm-2K-4去除反射部分外，地球以nR2面積吸收的太陽(yáng)輻射，然后以4nR2面積放射長(zhǎng)波輻射

8、,二者達(dá)到平衡。解：根據(jù)已知，地球吸收的太陽(yáng)輻射與放射的長(zhǎng)波輻射平衡的關(guān)系，有F*S*(1A)二E*SS1Tb2E卜乞工JT半_恵S=nR2,S=4nR2，得至lj匚Tb，帶入求得E=1368*4=Wm-2.根據(jù)斯蒂芬-玻耳茲曼定律，ETb二S*T4,其中$二X10-8Wm-2K-4有，T=.：，帶入解得，T=答：該情況下地球的等效黑體溫度為。家庭作業(yè)二為什么說(shuō)大氣的直接熱源是地面輻射，而非太陽(yáng)輻射答：因?yàn)榇髿獗旧韺?duì)太陽(yáng)短波輻射直接吸收得很少，幾乎是透明的，而地球表面卻能大量吸收太陽(yáng)輻射，并經(jīng)轉(zhuǎn)化供給大氣，大氣對(duì)地面的長(zhǎng)波輻射吸收強(qiáng)烈，從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，地面輻射是大氣的直接熱源。無(wú)大氣包圍的地球

9、溫度為255K,有大氣包圍時(shí)的溫度為288K,出現(xiàn)該差別的原因是什么，求288K時(shí)的等效黑體地球輻射通量密度及其最大輻射的波長(zhǎng)答：無(wú)大氣包圍時(shí)的地球溫度比有大氣包圍時(shí)的溫度低,是因?yàn)椋捍髿饽孑椛涫沟孛嬉蚍派漭椛涠鴵p耗的能量得到一定的補(bǔ)償,這種作用稱為大氣的保溫效應(yīng)。在沒(méi)有大氣的情況下,這種保溫效應(yīng)消失,溫度降低。根據(jù)斯蒂芬-波耳茲曼定律E二sT4,*10-8*（288）4=390W/m2根據(jù)韋恩定律入二C/T：2896/288=一團(tuán)未飽和濕空氣塊，從海平面開(kāi)始沿山地爬升，此時(shí)溫度為30C,其露點(diǎn)溫度為20C。設(shè)飽和后的濕絕熱直減率為C/100m，求氣塊降溫到10C時(shí)爬升的高度假設(shè)氣塊已達(dá)山頂時(shí)

10、,開(kāi)始沿山坡下降,問(wèn)到達(dá)海平面時(shí)的氣塊溫度答：爬升過(guò)程中先是干絕熱上升,到達(dá)抬升凝結(jié)高度后沿濕絕熱上升（30-20）/1*100+（20-10）/*100=3000m。下沉?xí)r按干絕熱下沉10+3000/100*1=40C。（若把上升飽和后看做可逆的濕絕熱過(guò)程,則上升和下沉是可逆的,所以到達(dá)海平面得溫度仍為30C.但是，一般來(lái)說(shuō)飽和上升時(shí)凝結(jié)的液態(tài)水會(huì)脫落，是假絕熱過(guò)程，應(yīng)按干絕熱下沉。同5）根據(jù)所給表格,求下列各空氣塊的相對(duì)濕度：（1）35C空氣塊每kg空氣含水汽5g；（2）15C空氣塊每kg空氣含水汽5g；（3）將（2）的空氣塊降低5C,其相對(duì)濕度變化多少（4）如果20C空氣塊每kg空氣含水

11、汽7g，它的露點(diǎn)溫度是多少溫度（C）飽和比濕（g/kg）飽和水汽壓（hPa）-40-30-20-1020551071510201425203035354047答：相對(duì)濕度：仁水汽壓/飽和水汽壓*100%=e/E*100%比濕：q=p飽和比濕：qs=p所以，相對(duì)濕度仁e/E*100%=q/qs*100%35C時(shí)：q=5/1=5g/kgf=q/qs*100%=5/35*100%=%15C時(shí)：q=5/1=5g/kgf=q/qs*100%=5/10*100%=50%10C時(shí)：q=5/1=5g/kgf=q/qs*100%=5/7=%-50%=%露點(diǎn)溫度：在空氣中水汽含量不變，氣壓一定下，使空氣冷卻到飽和

12、時(shí)的溫度。也就飽和比濕E(T)二e時(shí)的溫度為露點(diǎn)溫度。20C時(shí)：q=7/1=7g/kg與10C的飽和比濕相等，所以露點(diǎn)溫度為10C(注意，有些同學(xué)根據(jù)q二P,把P當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，進(jìn)而求出e,是不對(duì)的。這里p是未知的，如果要這么算的話，可以根據(jù)qs二p，求出p，再代入，求e)如下圖：A點(diǎn)氣塊位于海平面高度，溫度25C，露點(diǎn)溫度10C,山脈高度3500m,B點(diǎn)海拔高度500m，假設(shè)到達(dá)凝結(jié)高度后，氣塊的濕絕熱直減率為C/100m，求：云底高度(2)到達(dá)山頂后氣塊的溫度以及此時(shí)氣塊的露點(diǎn)溫度(3)到達(dá)山頂時(shí),每kg空氣有多少水汽被凝結(jié)(4)氣塊翻越山頂?shù)竭_(dá)B點(diǎn)時(shí)的溫度此時(shí)該氣塊每kg最多可再容納多少

13、水汽(5)假設(shè)該氣塊從山頂?shù)竭_(dá)B點(diǎn)過(guò)程中無(wú)外來(lái)水汽加入，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的相對(duì)10-(3500-1500)/100*=0C，因?yàn)橐呀?jīng)飽和，所以露點(diǎn)溫度也為0C0C時(shí)，飽和比濕為kg,而開(kāi)始凝結(jié)時(shí)為10C,飽和比濕為7g/kg,二所以有水汽被凝結(jié)。翻過(guò)山嶺，下沉?xí)r按干絕熱遞減率升溫，0+1*3000/100=30C.30C時(shí)飽和比濕為kg.而在山頂0C時(shí)，飽和比濕為kg，所以可再容納水汽。0C時(shí)飽和比濕為kg。因無(wú)外來(lái)水汽加入，所以在B點(diǎn)的比濕還是kg，而在B點(diǎn)的飽和比濕為kg,所以在B點(diǎn)的相對(duì)濕度為仁q/qs*100%=*100%=%。第三次作業(yè)某地晚6點(diǎn)氣溫20C，相對(duì)濕度50%。假設(shè)從此開(kāi)始每2

14、個(gè)小時(shí)氣溫下降1C,到第二天早晨6點(diǎn)時(shí)，能否形成霧若假設(shè)每小時(shí)氣溫下降1C,能否形成霧如果能，大約何時(shí)開(kāi)始形成假設(shè)沒(méi)有空氣運(yùn)動(dòng)發(fā)生，這種霧是什么類型的霧(提示：查作業(yè)2中的飽和比濕表，可近似或內(nèi)插。)答：晚6點(diǎn)，20C，飽和比濕為14g/kg，相對(duì)濕度為50%,仁e/E*100%=q/qs*100%,所以，比濕為7g/kg。若每2小時(shí)氣溫下降1C,早晨6點(diǎn)時(shí),20-1*6=14C,飽和比濕約為9g/kg7g/kg,所以空氣未飽和，因此無(wú)法形成霧。若每小時(shí)下降1C,早晨6點(diǎn)時(shí)，20-1*12=8C，飽和比濕約為6g/kg7g/kg，飽和,水汽大量凝結(jié),可以形成霧。開(kāi)始形成時(shí)間是當(dāng)飽和比濕=7g/

15、kg時(shí)，即10C，早晨4點(diǎn)。由于沒(méi)有空氣運(yùn)動(dòng)發(fā)生，此霧是地面輻射冷卻使地面附近變冷，大量水汽凝結(jié)或凝華形成的，所以為輻射霧。根據(jù)前面列出的云滴降落速度，假設(shè)空氣靜止，一個(gè)在1000m高空的云滴，理論上大約經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間能夠到達(dá)地面實(shí)際上它能否到達(dá)地面為什么答：假設(shè)此云滴尺寸為典型云滴，那么它下降的終極速度為s，所以下落實(shí)踐理論上為1000/=100000s實(shí)際上不能到達(dá)地面，因?yàn)樵频蔚捏w積很小，不能克服空氣阻力和上升氣流的頂托，只有當(dāng)云滴增長(zhǎng)到能夠克服空氣阻力和上升氣流的頂托，并且在降落至地面的過(guò)程中不致被蒸發(fā)掉，即云滴增大為雨滴，雪花或其他降水物，形成降水降至地面。北京-西安相距1200km，

16、北京海平面氣壓1017hPa，西安海平面氣壓1010hPa，設(shè)只有氣壓梯度的作用，持續(xù)3小時(shí)后空氣的運(yùn)動(dòng)速度是多少(空氣密度為m3,1hPa=100kg/ms2)Gn=-解：根據(jù)公式和已知條件勺p=-700kg/ms2，勺n=1200*103m，p二m3有，Gna*10-4m/S2根據(jù)v二Gn*t，t=3*60*60=10800s，有v=*10-4m/s2*10800as。計(jì)算速度為36km/h運(yùn)動(dòng)的空氣在30oN和60N所受地轉(zhuǎn)偏向力大小。(地球自轉(zhuǎn)速度=*1O-5S-1)解：地轉(zhuǎn)偏向力A=2v3sine,v=36km/h=10m/s,3=*10-5s-i，有當(dāng)e=30oN時(shí)，A=2*10*

17、10-5*sin30o=*10-4N當(dāng)e=60oN時(shí)，A=2*10*10-5*sin60o=*10-4N指出北半球4個(gè)永久性大氣活動(dòng)中心和2個(gè)半永久性活動(dòng)中心，并說(shuō)明其位置和強(qiáng)弱的季節(jié)變化。名稱位置永久性大氣活動(dòng)中心夏威夷高壓太平洋夏威夷群島亞速爾高壓大西洋亞速爾群島阿留申低壓太平洋阿留申群島冰島低壓大西洋冰島半永久性大氣活動(dòng)中心夏季南亞低壓亞洲南部北美低壓北美西南部冬季西伯利亞咼壓亞歐大陸北美咼壓北美大陸冬季，海上阿留申低壓和冰島低壓范圍擴(kuò)大，強(qiáng)度增強(qiáng)，位置南移；夏威夷高壓和亞速爾高壓，范圍甚小，強(qiáng)度減弱。大陸上發(fā)展西伯利亞高壓和北美高壓。夏季，海上阿留申低壓和冰島低壓仍然存在，但強(qiáng)度大為減弱，幾乎消失；夏威夷高壓和亞速爾高壓強(qiáng)度增強(qiáng)，范圍擴(kuò)大，位置北移。大陸上發(fā)展南亞低壓和北美低壓，對(duì)下列現(xiàn)象進(jìn)行解釋：所謂的“三風(fēng)四帶”中的帶狀分布只出現(xiàn)在南半