大气科学概论重点( 猜题).doc

论述气候和天气的概念与区别天气：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、降水等）的综合。气候：指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动在长时间相互作用下，在某一时段内大量天气过程的综合。异同点：1天气过程是大气中的短期过程，气候过程是在一定时段内由大量天气过程综合而得出的长期大气过程，二者间存在统计联系，从时间上反映出微观与宏观的关系2天气变化快，周期短；气候变化的周期相对于天气来讲是较长的，它的时间变化尺度有季际、年际、百年际、千年际、万年际等。3天气系统可看做单纯的大气系统（如气旋、反气旋），而气候系统是庞大的。它包括大气圈，水圈，冰雪圈，陆地表面和生物圈等5个子系统，各系统内部及彼此间的物理、化学、生物过程决定着气候的长期平均状态以及各种时间尺度的变化。4天气变化的影响因素是大气内部的种种过程，而气候变化不仅受大气内部变化的影响，还决定于发生在大气上下边界处的各物理、化学过程、如上边界的太阳辐射，下垫面及大气内部的成分和环流变化等。论述大气环流影响因素1、太阳辐射作用大气运动的能量几乎都来源于太阳辐射的转化，由于大气吸收太阳辐射、地面辐射和其他能量，同时向外放射辐射，这种收放差额在大气中分布不均，自赤道向两级形成了轴射梯度，引起地球上高、低纬度间大气热量收支不平衡，形成了向极的温度梯度。低纬大气因净得热量不断增温膨胀上升，极地大气因净失热量不断冷却并收缩下沉，为保持净力平衡，对流层高层必然出现向极地的气压梯度，低层出现向低纬的气压梯度。2、地球自转作用在地转偏向力作用下，气流在北半球气流偏右转，使极低流向赤道的气流转成东风，赤道流向极地的气流转成西风，经圈环流变成了纬向环流。纬向风带的出现，阻挡了经向气流逾越，使得一些地区的高压带和另一些地区的低压带得以形成和维持，形成了三圈环流、气压带、风带。3、地表性质作用由于海陆本身的物理性质不同。同一纬度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地形起伏，如青藏高原等高大地形对大气环流影响显著。当大规模气流爬越高原高山时，常常在高山迎风侧受阻，造成空气辐合，背风侧空气辐散。形成高压脊、低压槽。青藏高原面夏季是热源，冬季冷源，对南亚东亚季风环流的形成、发展，维持有重要影响。4、地面摩擦作用中高纬度西风带，摩擦作用给大气自东向西的转动力矩，造成西风角动量损耗；低纬度东风带，摩擦作用给大气自西向东的转动力矩，因此获得地球给予的西风角动量。使东西风带的平均风速没有明确变化，大气中角动量守恒。通过水平和垂直的角动量输送保证西风带和东风带角动量的平衡。天气和气候的区别与联系？联系：天气是气候的基础，气候是天气的总结和概括。区别：1、概念不同：天气是指某一地区在某一瞬间或某一段时间内大气状况和大气现象的综合。气候是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下，在某一时段内大量天气的综合。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。2、从时间尺度上讲：天气是短时间的，气候是长期的；天气具有多变性，气候则比较稳定。3、变化周期不同：天气：变化快，周期短；短期天气过程：5天；中期天气过程：5-10天；长期天气过程：10天-3个月；气候：变化慢，周期长，主要分：年、十年、百年、千年、万年。时间尺度稳定性空间尺度天气短差小气候长强大填空：气候系统：是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一物理体系。大气的组成：由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成。氮气 78.08，氧气 20.95 氩气 0.93。微量成分：CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O大气结构：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层气象要素：气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度绝对零度：-273.15大气内部始终存在着冷与暖、干与湿、高气压与低气压三对基本矛盾对流层中气的垂直分布：1.辐射逆温，2.湍流逆温，3.平流逆温，下沉逆温，影响饱和水汽压的因素：蒸发面的温度、性质（水面、冰面，溶液面等）、形状（平面、凹面、凸面）影响蒸发的因素：1.水源，2.热源，3.饱和差，4.风速与湍流扩散。大气的上升运动主要有如下四种方式：1.热力对流2.动力抬升3.大气波动4.地形抬升。大气环流形成的主要因素：1、太阳辐射的作用；2、地球自转作用；3、地表性质作用；4、地面摩擦作用三风四带：极地东风、盛行西风、东北信风； 极地高压带、副极地低压带、副热带高压带、赤道低压带空气运动的状况分三种：水平气流的辐合与辐散、不同密度气团的移动、空气垂直运动。赤道上没有水平地转偏向力。名词解释一个大气压指的是：当温度为0纬度为45的海平面作为标准时，,海平面气压为1013.25hPa,相当于760mm的水银柱高度,曾经称此压强为1个大气压。相对湿度：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值，即相对湿度直接反应空气距离饱和的程度。饱和差：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差（d）即d=E-e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。水汽混合比：一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值露点：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，称为露点温度，简称露点。风：空气的水平运动称为风。风是一个表示气流运动的物理量。它不仅有数值的大小（风速），还具有方向（风向）。因此风是矢量。能见度：能见度指视力正常的人在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨出目标物的最大水平距离。单位用米（m）或千米（km）表示。基尔荷夫定律表明：1、在一定波长、一定温度下，一个物体的吸收率等于该物体同温度、同波长的放射率； 2、下标（入）表示在一定温度下，不同波长的K（小入）、e（小入）及I（小入）的数值不同。斯蒂芬玻尔兹曼定律：物体的放射能力是随温度、波长而改变的。随着温度的升高，黑体对各波长的放射能力都相应地增强。维恩位移定律：黑体单色辐射极大值所对应的波长是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。黑体单色辐射强度强度极大值所对应的波长与其绝对温度成反比。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。太阳常数：就日地平均距离来说，在大气上届，垂直于太阳光线的1cm（2平方）面积内，1min内获得的太阳辐射能量。太阳常熟值约为1367（+/-7）W/m(2平方)大气逆辐射：大气辐射指向地面的部分。大气的保温效应：大气逆辐射使地面因放射辐射而损耗的能量得到一定的补偿，大气对地面的这种保暖作用称为大气的保温效应。地面的有效辐射：地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差。地面及地气系统的辐射差额：辐射差额=收入辐射-支出辐射。绝热垂直直减率：气块绝热上升单位距离时的温度降低值，称绝热垂直直减率。干绝热直减率和：对于干空气和未饱和的湿空气来说，称为干绝热直减率；湿绝热直减率：饱和湿空气绝热上升的减温率，称为湿绝热直减率。露和霜的概念：傍晚或夜间，地面或地物由于辐射冷却，使贴近地表面的空气层也随之降温，当期温度降到露点以下，即空气中水汽含量过饱和时，在地面或地物的表面就会有水汽的凝结。如果此时的露点温度在0以上，在地面或地物上就出现微小的水滴，称为露。如果露点温度在0以下，则水汽直接在地面或地物上凝华成白色冰晶，称为霜。雾是悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶，使水平能见度小于1km的物理现象。如果能见度在110km范围内，则称为轻雾。辐射雾是由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的。辐射雾的厚度随空气的冷却程度及风力而定。平流雾是暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的。海洋上暖而湿的空气流到冷的的大陆上或者冷的海洋面上，都可以形成平流雾。云是降水的基础，是地球上水分循环的中间环节，并且云的发生发展总伴随着能量的交换。云滴增长的物理过程：一为云滴凝结增长，一为云滴的冲并增长热力因子是指温度的升高或降低引起的体积膨胀或收缩、密度的增大或减小以及伴随的气流辐合或辐散所造成的质量增多或减少。动力因子是指大气运动所引起的气柱质量的变化。惯性离心力是物体在作曲线运动时所产生的，由运动轨迹的曲率中心沿曲率半径向外作用在物体上的力。摩擦力：是两个相互接触的物体作相对运动时，接触面之间所产生的一种阻碍物体运动的力。大气运动中所受到的摩擦力一般分为内摩擦力和外摩擦力。地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作等速、直线的水平运动。地转风：是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，空气作等速、直线的水平运动。梯度风：当空气质点作曲线运动时，除受气压梯度力和地转偏向力作用外，还受惯性离心力的作用，当这三个力达到平衡时的风，称为梯度力。气团：是指气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团。气团的变性：气团形成后，随着环流条件的变化，由源地移行到另一新的地区时，由于下垫面性质以及物理过程的改变，气团的属性也随之发生相应的变化，这种气团原有物理属性的改变过程称为气团变性。热带气旋：热带气旋是形成于热带海洋上、具有暖心结构、强烈的气旋性涡旋（与温带气旋的区别）往往出现狂风、暴雨和惊涛骇浪，具有很大的破坏力，是一种灾害性天气。台风：发生在热带海洋上，其中心气压值极低，具有暖心结构和强烈旋转的热带涡旋。简答：大气的组成，各成分的来源和去向？大气的组成：由多种气体混合组成的气体及浮悬其中的液态和固态杂质所组成。氮气 78.08，氧气 20.95 氩气 0.93。微量成分：CO2， CH4， He ，Ne，Kr，H2O大气成分O2的作用：（1）用于呼吸作用维持生命，新陈代谢，在氧化作用中得到热能以维持生命；（2）决定着有机物燃烧、腐化、分解过程；（3）植物光合释放氧气大气成分N2的作用（1）冲淡氧气，控制氧化速率；（2）通过豆科作物根瘤菌固定到土壤中，作为植物养料；大气成分CO2的来源及作用来源：矿物燃料（石油、煤、天然气）燃烧，有机质腐烂和生物呼吸作用：a、对长波辐射的吸收和放射，影响地面和大气的温度（温室气体）。b、是植物光合作用不可缺少的原料。CO2的汇：a、海洋对二氧化碳的吸收b、生物圈对二氧化碳的吸收（光合作用）c、地表岩石风化对二氧化碳的吸收（碳酸盐吸收二氧化碳和水汽）；大气成分O3的来源及作用来源：a、高空臭氧：高层大气中的臭氧主要是氧分子吸收一定波长的太阳辐射，形成氧原子，而后氧原子在第三种中性粒子M的参与下与氧分子结合，形成臭氧。 b、低空臭氧：低空臭氧主要是从高空输送而来，另外对流层大气的光化学反应也是臭氧的另一个主要来源，还有一部分由雷暴闪电、有机物氧化生成。作用：a、能强烈吸收紫外辐射，对大气有增温作用，影响了大气温度的垂直分布及高层大气的加热过程。b、吸收了绝大部分的紫外辐射，使生物有机体免遭伤害。c、对红外辐射的吸收，使地面向外空间的辐射受阻，也促进了大气的增温。 大气成分水汽来源作用来源：来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物蒸腾作用。 水汽的时空分布：地面高空，热带极地 海洋沙漠，夏季冬季作用：a、云和降水的源泉； b、影响地面、空气温度及大气垂直运动； c、通过水循环，将地球系统的岩石圈、水圈、生物圈、大气圈紧密联系到一起。大气成分气溶胶来源：人工源：燃烧、工业活动产生的烟粒、煤烟粒子，核实验，气粒转化过程（汽车尾气和石油化工厂排放NOx和挥发性有机物VOCs）。自然源：土壤岩石风化微粒及火山喷发的烟尘、 森林火灾、海洋溅沫、云滴、 冰晶、宇宙尘埃、细菌、微生物、植物的孢子花粉等。作用及影响：a、可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心（凝结核或冻结核），是形成云雾降水的条件。b、其次它能吸收和散射太阳辐射、大气和地面发射的长波辐射，改变地球的辐射平衡。c、气溶胶有时会造成大气污染，使能见度降低。大气的结构和每层的特征？大气结构：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层对流层特征：1、气温随高度增加而降低；2、垂直对流运动；3、气象要素水平分布不均匀平流层特征：高度增加气温最初保持不变或微有上升。中间层特征：气温随高度增加而迅速下降，并有相当强烈的垂直运动。热层特征：气温随高度增加而迅速增高。散逸层特征：气温随高度增加很少变化。气温的测量：地面气温一般指距地面1.252.0米处的大气温度。测量时，为了防止太阳辐射对观测值的影响，测温仪器必须放在百叶箱或防辐射罩内，并且还要满足测量元件有良好的通风条件。气压与高度的关系：负相关.海拔越高，气压越低；海拔越低，气压越高大致每提高12m，大气压下降1mmHg（1毫升水银柱）或者每上升9m，大气压降低100Pa太阳辐射在大气中的减弱：1、大气对太阳辐射的吸收；2、大气对太阳辐射的散射；3、大气的云层和尘埃对太阳辐射的反射到达地面的太阳辐射：直接辐射+散射辐射=总辐射直接辐射强弱主要有太阳高度角与大气透明度两个影响因素，主要两方面原因：1、太阳高度角越小，等量的太阳辐射散布的面积就越大，因而地表单位面积上所获得的太阳辐射就越小；2、太阳高度角愈小，太阳辐射穿过的大气层愈厚，被减弱的就越多，到达地面的直接辐射就较少。 总辐射随纬度的分布一般是纬度越低，总辐射愈大。；反之愈小。大气中长波辐射的特点：长波辐射在大气中的传输过程与太阳辐射的传输有很大不同。第一，太阳辐射中的直接辐射是作为定向的平行辐射进入大气的，而地面和大气辐射是漫射辐射。第二，太阳辐射在大气中传播时，仅考虑大气对太阳辐射的削弱作用，而未考虑大气本身的辐射的影响。这是因为大气的温度较低，所产生的短波辐射是极其微弱的。但考虑长波辐射在大气中的传播时，不仅要考虑大气对长波辐射的吸收，而且还要考虑大气本身的长波辐射。第三，长波辐射在大气中传播时，可以不考虑散射作用。这是由于大气中气体分子和尘粒的尺度比长波辐射的波长要小得多，散射作用非常微弱。海陆的增温和冷却差异原因：首先，在同样的太阳辐射强度下，海洋所吸收的太阳能多于陆地所吸收的太阳能，这是因为陆面对太阳光的反射率大于水面。其次，陆地所吸收的太阳能分布在很薄的地表面上而海水所吸收，的太阳能分布在较厚的水层中。此外，海面有充分水源供应以致蒸发量较大，失热较多，这也使得水温不容易升高。最后，掩饰和土壤的比热小于水的比热。由于上述差异，海陆热力过程的特点是互不相同的。大陆受热快，冷却液快，温度升降变化大。而海洋上则温度变化缓慢。饱和水汽压的影响因素：1.温度，随着温度的升高，饱和水汽压显著增大。2.蒸发面性质，对于冰面和过冷却水面，饱和水汽压仍然是按指数规律变化；同一温度下，溶液面的饱和水汽压比纯水面要小，且溶液浓度愈高，饱和水汽压愈小；蒸发面形状，不同形状的蒸发面上，水分子受到周围分子的吸引力是不同的。温度相同时，凸面的饱和水汽压最大，平面次之，凹面最小。而且凸面的曲率愈大，饱和水汽压愈大；凹面的曲率愈大，饱和水汽压愈小。对流层中气温的垂直分布：辐射逆温、湍流逆温、平流逆温、下沉逆温辐射逆温：由于地面强烈辐射冷却而形成的逆温。湍流逆温：由于低层空气的湍流混合而形成的逆温。平流逆温：由于空气的平流而产生的逆温水相变化的判据：1、水和水汽两相变化和平衡的判据：Ee，蒸发（未饱和）；E=e 动态平衡（饱和）；Ee，升华；E=e，动态平衡；Ee，凝华。饱和大气中水汽凝结的条件：一是有凝结核或凝华核的存在，大气中能促使水汽凝结的微粒，叫凝结核，而且半径越大，吸湿性越好的核周围越易产生凝结，凝结核的存在是大气产生凝结的重要条件之一；二是大气中水汽要达到饱和或过饱和状态，大气中，凝结核总是存在的，能否产生凝结，取决于空气是否达到过饱和。1.暖水面蒸发。2.空气的冷却。1）绝热冷却2）辐射冷却3）平流冷却4）混合冷却。辐射雾是由地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的。辐射雾的厚度随空气的冷却程度及风力而定。有利于形成辐射雾的条件：1.空气中有充足的水汽；2天气晴朗少云；3.风力微弱（13m/s）;4大气层结稳定。平流雾是暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却形成的。海洋上暖而湿的空气流到冷的的大陆上或者冷的海洋面上，都可以形成平流雾。形成平流雾的有利条件是：1.下垫面与暖湿空气的温差较大；2.暖湿空气的湿度大；3.适宜的风向（y由暖向冷）和风速（27m/s）;4.层结较稳定。气压随高度的变化根本原因：是其上空大气柱中空气质量的增多或减少。任何地方的气压值总是随着海拔高度的增高而递减。气压随时间的变化：某地气压的变化实质上是该地上空空气柱重量增加或减少的反映，而空气柱的质量是其质量和重力加速度的乘积。重力加速度通常可以看作是定值，因而一地的气压变化就决定于其上空气柱中质量的变化，气柱中质量增多了，气压就升高。质量减少了，气压就下降。空气柱质量的变化主要是由热力和动力因子引起的。第五章气团：是指气象要素（主要指温度、湿度和大气静力稳定度）在水平分布上比较均匀的大范围空气团。气团的形成主要有两个条件：一是范围广阔、地表性质比较均匀的下垫面。二是有一个能使空气物理属性在水平方向均匀化的环流场。锋：是冷、暖气团相交绥的地带, 是两个性质不同的气团之间的狭窄而又向冷气团倾斜的过渡带。冷锋：所到地区降温，全年都可出现，冬季影响全国，夏季在长江以北。特点：这种冷锋过境时，往往狂风暴雨、雷电交加，气象要素有剧变。锋线一变则天气豁然开朗。但降水区较窄。冬季因暖空气干燥，则锋后出现大风和风沙天气。冷锋与天气的关系：冷气团的前缘嵌入暖气团的下面，使暖气团被迫抬升，暖气团在上升过程中冷却，水汽凝结成云、雨。所以，当冷锋过境时，常出现阴天、下雨、刮风、降温等天气现象。冷锋过境后，冷气团占据了原来暖气团的位置，气温下降，气压上升，天气转好。它是影响我国的主要锋面。 暖锋：所到地区升温，在东北及长江中下游地区以锋面气旋的形式出现。特点：降水主要在雨层云，属于连续性降水，强度小，雨区较广；锋前降水，冷气团中，因温度分布不均匀；有乱流作用，若空气达到饱和，则产生锋面雾。暖锋与天气的关系：暖气团沿冷气团徐徐爬升，冷却凝结产生云、雨。当暖锋过境时，常出现连续性降水，暖锋过境后，暖气团占据了原来冷气团的位置，气温升高，气压降低，天气转晴。温带气旋与反气旋：气旋是占有三度空间的中心气压比四周气低的水平空气涡旋，又称低压。反气旋是占有三度空间的、中心歧义比四周高的水平空气涡旋，又称高压。温带气旋是指具有锋面结构的低压，因而又称锋面气旋，主要活动在中高纬度，更多见于温带地区，是温带地区产生大范围云雨天气的主要天气系统。温带反气旋是活动在中高纬度地区的反气旋。一类是相对稳定的冷性反气旋；另一类是与锋面气旋相伴移动的反气旋，称移动性反气旋。1. 冷性反气旋是活动在中高纬度大陆近地面的冷高压。寒潮是盘踞在高纬度地区上空的冷空气，突然离开源地，大规模南下，所经之地产生大风、剧烈降温、霜冻等灾害性天气，这种大范围的强烈的冷空气活动成为寒潮。2.移动性反气旋是形成于高空风区下方与锋面气旋相伴出现的水平范围较小、强度不大的反气旋。西太平洋副高的活动：太平洋副高多呈东西扁长形状，中心有时只有1个，有时有数个。夏季时一般分裂为东、西两个大单体，位于西太平洋的称西太平洋副高，简称西太副高。西太平洋副高的位置：西太副高是太平洋副高在夏季的一个单体，因范围大，势利强，则用脊线的位置代表西太副高在大气中的位置。副高活动具有一定明显的规律性，这种规律与我国东部主要雨带的南北移动是一致的，并且雨带就位于西太平洋副热带高压脊线以北的5-8个纬度处。热带气旋：热带气旋是形成于热带海洋上、具有暖心结构、强烈的气旋性涡旋（与温带气旋的区别）往往出现狂风、暴雨和惊涛骇浪，具有很大的破坏力，是一种灾害性天气。台风：发生在热带海洋上，其中心气压值极低，具有暖心结构和强烈旋转的热带涡旋。形成条件：1.广阔的高温高湿洋面：台风的发生与发展，需要巨大的能量，这种能量主要由大量的水汽释放而来的。大气底层温度愈高，蒸发愈强，湍流向大气送出更高的热、水。海水温度在29-30的海面极易发生台风。台风移动三条路径：西移路径（西太平洋副高东西向，且强大稳定，海南岛或越南登陆）西北路径（西太平洋副高西北东南向，江浙或浙闽登陆）转向路径（西太平洋副高东退海上，西北转东北）台风的结构：台风是一个扁平、深厚、圆形的暖性涡旋，由外向内有： 外螺旋云带 内螺旋云带 云墙 眼区污染：大气边界层：地球表面以上至一定高度（通常在12km以下）的大气层，更为准确地说，应是在小于一天时间尺度上二者相互作用的层次，也称行星边界层PBL或边界层BL。湍流：气流在三度空间的不规则涨落。(时、空、脉动)湍流是迭加在平均风速上的扰动，通俗可理解为阵风。湍流成因：热力湍流，机械湍流边界层和自由大气的主要差别：大气边界层有别于其上自由大气的基本特点就是其运动的湍流性不利于污染散布的几个因素：静风，小风，逆温，熏烟，背风涡旋，热岛环流，山谷风，海陆风稳定度：大气对于其中作垂直运动的气团是加速、遏制、还是不改变其运动状态的一种性质的描述。风频：吹某一方向的风占观测次数的百分比。污染系数：用来表示污染程度的大小。它的计算公式如下风向频率/平均风速。空气污染：科学层面的定义:由于人为或自然的因素，使大气组成的成分，结构和状态发生变化，与原本情况比增加了有害物质(称之为空气污染物)，使环境