大气科学概论重点(可折页).doc

绪论1、*大气科学是 研究地球大气中各种现象的演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门学科。2、*大气科学的研究对象主要是 覆盖着整个地球的大气圈，特别是地球表面的低层大气和地球的水圈、岩石圈、生物圈、是人类赖以生存的主要环境。3、*大气科学的内容可概括成： 地球大气的一般特征（如大气的组成、范围、结构等）；大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化；解释大气现象，研究其发生、发展的规律；如何利用这些现象预测、控制和改造自然（如人影天气、大气环境预测和控制）。4、 大气科学研究的特点： 研究大气科学不能仅限于大气圈；大自然是大气科学研究的实验基地；国际合作是推动大气科学发展的必要途径。学科分支： 主要为气象学和气候学。5、 大气化学是 研究大气组成和大气化学过程的学科。研究内容主要包括 大气的化学组成及演变、大气微量气体及其循环、大气气溶胶、大气放射性物质和降水化学等。第一章 大气概述一、问答题： 31.说明“天气”和“气候”的定义和区别 答：天气描述的是一个特定时间与一个特定地点的大气状态和大气现象。气候是指在影响天气的各因子（太阳辐射、下垫面性质、大气环流和人类活动等）长期相互作用下所产生的天气综合，不仅包括某些多年经常发生的天气状况，还包括某些年份偶然出现的极端状况。也就是说，气候是在一定时段内由大量天气过程综合平均得出的，它与天气之间存在着统计联系。2.大气中二氧化碳成分增加的原因及其可能的后果是什么？答：大气中二氧化碳成分增加的原因归因于化石燃料（如煤炭、石油、天然气等）燃烧量的不断加大。后果是低层大气的温度会由此而升高，从而引起全球气候的变化。3.为什么水汽和尘埃是大气的重要成分？答：水汽是云和降水的源泉。水汽是唯一能在常态中以三种相态存在的物质（固态、液态、气态）随着大气的垂直运动，空气中的水汽会发生凝结或凝华，形成雨滴或冰晶，进而产生云和降水。尘埃可以作为大气中水汽凝结或冻结的核心，是形成云、雾和降水的重要条件；它们能吸收和散射太阳、大气和地面的辐射，改变地球的辐射平衡；使大气能见度和空气质量变坏。4.在同样温压条件下，水汽、湿空气与干空气哪个密度最大？水汽密度与干空气密度之比等于多少？答：干空气密度大. 水汽密度与干空气密度之比等于287e/461(p-e)二、名词解释：1. 将地球分为三个主要部分： 岩石圈、水圈、和大气圈。2. 地球系统： 岩石圈、水圈、大气圈和生物圈共同构成一个综合体，称为“地球系统”。3. 岩石圈为人们提供 石油、天然气、煤炭、铀矿等能源，各种金属和非金属矿藏及地下水资源；也常给人类带来自然灾害： 地震、火山爆发、山崩、地滑、流水对地面的侵蚀、沙漠化、地面沉降等。4. 水圈是由 海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气圈中的水等组成的地球表层水体的总称。5. 水循环： 水圈中的水分处于不停的运动状态，从海洋到空气、到陆地，再归于海洋，形成水循环。通过水循环，水圈各水体中的水互相交换，不断更新各个水体的更新期相差很大，大气圈水的更新期最短，约为8天，河水约为16天，土壤水约为1年，高山冰川为1600年，极地冰川长达1万年。6. 地球系统中大气与海洋之间通过 海气相互作用来影响大气环流、水循环和气候变化。7. 大气是由 具有不同物理性质的各种气体以及悬浮其中的不等量固态和液态小颗粒组成的。8. 干洁大气： 不含水汽和悬浮颗粒物的大气为干洁大气，简称干空气。9. 温室气体： 二氧化碳起着使地面和空气增温的效应，因此称它为温室气体。10. 臭氧的作用： 通常称1050千米这一层为臭氧层。臭氧能大量吸收太阳紫外线，而使臭氧层增暖，影响大气温度的垂直分布，从而对大气环流和气候产生重要影响；另一方面，由于太阳的紫外辐射在高空被臭氧挡住，地面上的生物就能免受紫外线的伤害。11.大气中的水汽含量一般随高度的 增加而明显减少；在同一地区，一般夏季的水汽含量多于冬季。水汽是唯一能在常态中以三种相态存在的物质（固态、液态、气态）。12. 气溶胶粒子： 大气颗粒物是悬浮在大气中的各种固体和液体微粒，统称大气气溶胶粒子。*13. 大气污染： 当由于人为和自然因素改变了大气的组成，致使人类和生态系统出现不良反应，破坏了系统的平衡和协调，就称为大气污染。三、简答题：14.大气污染引起的全球性环境问题有哪四个方面：温室效应与全球气候变暖；臭氧层的破坏；酸雨；城市空气污染。15.我国的自然灾害主要有 干旱、洪涝、冰雹、低温冻害、林火、地震、山崩滑坡、泥石流、风沙害、病虫害以及人类活动诱发的自然灾害等。其中干旱、洪涝等气候灾害所造成的经济损失占首位。16.表征气体状态的四个宏观量 气压P、体积V、温度T和质量m之间存在一定的关系满足状态方程。*17. 气象要素： 大气性状及其现象是用基本要素气压、气温、湿度、风、云况、能见度、降水情况、辐射、日照以及各种天气现象等来描述的，这些因子称为气象要素。18. 饱和水汽压（E）： 水和水汽达到动态平衡，蒸发停止，水汽达到饱和时的水汽压称为饱和水汽压。饱和水汽压表示在一定温度下空气中水汽的最大容量，其值随温度的升高而增大。*19.绝对湿度是指 单位体积空气中所含的水汽质量。相对湿度是表示气块潮湿程度的物理量。 相对湿度（f）： 空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比值用百分比表示。20. 露点温度： 湿空气在水汽含量不变的情况下，等压降温至对水面而言达饱和时的温度。露点数值只与湿空气的含水量有关而与温度无关。将它作为一个湿度参量，这是露点的一个重要特点。霜点： 对冰面而言达饱和时的温度称为霜点。21.风、风向、风速是指 空气相对于地面的水平运动。风的来向。单位时间内空气相对于地面移动的水平距离。 *22.气温的垂直分布： 通常将大气分成对流层、平流层、中层、热层和外逸层等五层。*23.对流层有四个特点： 气温随高度增加而降低，其降低的数值随地区、时间和高度等因素而变。每上升100米降低0.65度。大气密度和水汽随高度迅速递减，对流层几乎集中了整个大气质量的3/4和水汽的90。有强烈的垂直运动。包括有规则的垂直对流运动和无规则的湍流运动，它们使空气中的动量、水汽、热量以及气溶胶等得以混合交换。气象要素的水平分布不均匀。由于对流层空气受地表的影响最大，海陆分布、地形起伏等差异使对流层中的温度湿度等气象要素的分布不均匀。*24.气压的高度分布： 气压不仅随高度减小，而且其减小的速率随高度的增加而变小，愈到高空，气压降低的速度愈慢，这是由于空气密度随高度的增加而减小所造成。气压随高度降低的速率与空气密度成正比。*25气压阶（hp） 垂直气柱中每改变单位气压（常指1hpa）s所对应的高度变化。26.均质大气的密度与高度关系 密度随高度不变，但其温度是随高度递减的27.等温大气压高公式 气温不随高度变化的大气称为等温大气。等温大气中气压随高度呈指数递减。气温愈高，气压递减的速度愈慢。28.位势米的定义： 1位势米为质量1千克的空气上升1米时克服重力所作的功，即1位势米=9.8j.kg-1。位势米是表示能量的单位，几何米是几何高度的单位。1. 地球大气： 包围着地球的气体外壳称为地球大气。2.生物圈 是地球表层有生命活动的圈层，包括植物、动物和人类，并包括有生物存在的部分岩石圈、水圈和大气圈。3.大气圈 包围在地球表面、厚度约1000公里的大气层称为大气圈。4.大气颗粒物是 悬浮在大气中的各种固体和液体微粒。5. 空气温度 表示空气冷热程度的物理量称为空气温度。6.气压是指 作用在单位面积上大气柱的重量。7.空气湿度是 表示大气中水汽含量多少的物理量。8.水汽压是 空气中所含水汽部分的压力。9. 气压场 气压的空间分布称为气压场。10.等高面、等压面 是空间高度相等的面。等压面是指空间气压相等的各点组成的面。 第二章 大气辐射学一、 名词解释：1.辐射能： 以辐射方式传递的能量。辐射通量： 它表示单位时间传递的辐射能。辐射通量密度： 辐射通量密度是指单位时间内通过单位面积的辐射能。2. 辐射： 物质以电磁波的形式放射能量，称为辐射。宇宙中任何物质，只要它的温度高于绝对零度，都能放射辐射能。3.基尔霍夫定律： 在热平衡条件下，一物体放射波长的辐射率和该物体对波长辐射的吸收率之比等于同温度、同波长时的黑体辐射率。该定律的意义是： 对不同的物体辐射能力强的物体，其吸收能力也强；辐射能力弱的物体，其吸收能力也弱。对同一物体，如果在温度T时，它辐射某一波长的辐射，那么在同一温度下它也吸收这一辐射；如果物体不吸收某波长的辐射，它也就不放射这个波长的辐射。4.指数消弱定律： 太阳辐射在大气中传输时因大气的吸收和散射会不断减弱，在辐射传输中，也称因散射和吸收的衰减为消光。5.到达地面的太阳辐射包括 太阳直接辐射和天空辐射（即太阳散射辐射）两种。6.透明系数 透明系数随波长的加大而增大。对于干洁大气而言， 长波辐射是透明的，而短波辐射是不透明的。7.太阳直接辐射的大小主要是由 太阳高度角和大气透明系数决定的。8. 太阳常数： 假设在大气上界日地平均距离处，放一块与太阳光垂直的平面，在这个平面上，每单位时间、单位面积上所接受的太阳辐射能，称为太阳常数。 S0 = 1372 瓦 /平方米（. M-2）9. 天空辐射： 到达地面的辐射除太阳直接辐射外，还有从天空各方向散射而来的太阳散射辐射。散射辐射来自整个半球天空，又称天空辐射。10.散射辐射一般比直接辐射弱，但有时散射辐射会大于直接辐射。11. 气温年较差： 一年中月平均气温最高值与最低值之差，称为气温年较差。12.天空辐射的大小取决于 太阳高度角、大气透明系数、云量、海拔高度，并受地面反射率影响。13. 地面总辐射： 到达地表的太阳直接辐射与散射辐射之和称为地面总辐射。14. 大气逆辐射： 向下到达地面的大气辐射称为大气逆辐射。15.地面能 吸收太阳短波辐射，同时按其本身的温度不断向外放射长波辐射。16.地面辐射通量密度主要取决于 地面温度。17.云对太阳辐射的作用主要是 散射和反射。18.大气维持其温度主要是通过 吸收地面红外辐射而对太阳辐射的直接吸收很小。19.大气辐射的强弱 既决定于大气温度，又决定于大气湿度和云况。温度愈高，水汽和液态水含量愈大，则大气辐射也愈大。20. 大气温室效应： 大气对太阳辐射吸收很小，结果让大量的太阳辐射透过大气到达地面，而大气又强烈地吸收地面红外辐射而增热，并以大气逆辐射的方式返回一部分给地面，使得地面不致失热过多，大气的这种作用犹如花房的保暖作用，称为大气温室效应，简称大气效应。1. 辐射热交换是指 各种物体之间通过辐射来交换热量。2. 辐射平衡是指 物体放出的辐射等于吸收的辐射，它的热状态保持不变。3. 太阳辐射光谱 太阳辐射通量密度或辐射率随波长的分布。4.散射是指 每一个散射分子或散射质点将入射的辐射重新向各方辐射出去的一种现象5. 地面辐射差额是指 地面由于吸收太阳总辐射和大气逆辐射而增加热量，同时又向外放射长波辐射而损失热量。地面收入辐射能减去支出，所得辐射能的差值。6. 地气系统的辐射差额是指 把地面和大气看成一个整体，对此整体所计算的辐射差额。第三章 大气温度、湿度和稳定度一、 词解释：1.高度对气温的影响： 高度增加，气温将降低，气温随高度平均按0.65/100M递减率下降；未饱和湿空气绝热上升时，每升高100米其温度下降0.98；每下降100米温度升高1。2.干绝热过程是指： 在绝热过程中，气块内的水汽始终未达到饱和、没有相变发生的过程。3. 位温是指 气块沿干绝热过程移动到1000hpa时所具有的温度，以表示。4. 影响地面气温的因子 除接收到的太阳辐射不同外还有：水、陆加热率差异；洋流影响；高度；地理位置。5. 干绝热（温度）递减率： 作干绝热升降运动的气块的温度随高度的变化率d=-dt/dt在静力平衡大气中，未饱和湿空气在绝热上升（或下降）过程中，由于外界气压变化引起体积的膨胀（或压缩），其温度也随之发生变化。6.热流量方程的另一种表达形式： 在绝热过程中，由于dQ=0，因此d=0，等于常数。也就是说，干绝热过程中位温是保守量，干绝热过程就是等过程。对于非绝热过程，可以由位温的变化来判断气块的热量收支。当位温增加时，气块有热量收入；位温降低时，有热量放出。7. 三相点是指 水汽、水和冰三相共存。8.水的相变： 潜热；蒸发；凝结；融解和冻结；升华与凝华。9. 蒸腾： 除了从土壤、湖泊、河流蒸发以外，还有一些渗入地表的水被植物吸收，然后它们又被释放进入大气，这一过程称为蒸腾。10.焚风是 气流过山后在背风坡形成的干热风。它有可能使植物、庄稼枯死，森林出现火灾，焚风是自然界中存在的一种假绝热过程。11.大气热力学图解主要用来 描述大气的绝热过程，常用的热力学图解有温度-对数压力图、温熵图、斜埃玛图、假绝热图等。12. 判断静力稳定度的方法气块法： 假设气块垂直运动满足以下假定；气块作垂直运动时，周围的环境大气仍保持静力平衡状态；气块与周围环境之间无混合，即不发生质量和热量的交换；在任一时刻气块的气压与同高度环境空气的气压相等，符合准静力条件。13.对流性不稳定（位势不稳定）： 在上升过程中，气层顶部和底部的温差加大，使原稳定层结变为不稳定层结。这种由整层空气抬升而发展起来的不稳定，称为对流性不稳定。14. 对流性（或位势）稳定 气层在抬升并逐步到达饱和的过程中，气层顶与底的温差减小，由等温变为逆温，层结变得更稳定，则称该气层为对流性（或位势）稳定。15.气层的不稳定能量： 不稳定能量的类型不仅与气层的温度层结有关，还与空气的湿度有关。在相同的温度层结下，若上升气块的初始湿度较大，则凝结高度和自由对流高度就较低，在气层-1之间容易形成真潜不稳定；若上升气块湿度较小，凝结高度和自由对流高度就越高，容易出现假潜不稳定；如空气湿度太小，凝结高度更高，气块的状态曲线将会全部位于层结曲线左侧，形成绝对稳定型，可见，低层湿度越大，越有利于对流的发展。1.位温梯度： 是指位温的直梯度，它表示位温的直分布。2.等温线： 即某平面上气温相等的各点的连线。3. 水循环 地球系统水分的无止境的循环。4.潜热是 加热后不产生温度变化的热量。5.蒸发是 从液态到气态的转化过程。6.凝结是 水汽转变成液态水的过程。7.融解是 固态转变为液态的过程8.冻结是 液态转变为固态的过程。9.升华是 用来描述固态直接转化为气态的过程。10.凝华是 水汽直接转化为固态的过程。11. 绝热过程 系统与外界无热量交换的过程。12. 湿绝热过程 如果饱和气块继续上升，其绝热过程就称为湿绝热过程。二、问答题：1.试述陆面增温与冷却的关系，它与海面增温和冷却的关系有何区别？答：陆面对太阳辐射的反射率大于水面，而由于陆面不透明，水面相当透明，它允许部分太阳辐射穿透一定深度；再加上陆面为固体，热量主要依靠传导向下传播，而液态水具有流动性，能以更有效的方式传递热量，以致地表能够急剧增温，而水面的水温不易增高，在同样的太阳辐射强度下水面要大于陆面吸收的太阳能，。水的比热平均要比陆地大三倍，对于等量的水、陆两面，上升相同温度时水比陆地要吸收更多的热量。水面的蒸发大于陆面的蒸发，导致水体失热过多，水温不易升高。以上三种因子使得水体增温缓慢，能储存更多的热能，同时其冷却也比陆地缓慢。2.说明水循环的具体过程。答：水循环是由太阳能驱动的庞大系统，其中大气充当了连接海洋与大陆的重要作用。来自海洋和大陆的水不断地蒸发进入大气，风使含有水汽的空气作远距离输送，直至云和降水形成；降入海洋的降水已结束它的一个循环周期，总之，水循环是水从海洋到大气，由大气到大陆，再由陆地回到海洋的持续运动。这种水循环运动是保持我们行星表面水分分布的关键，它与所有的大气现象有着错综复杂的关系。3.空气上升时为何会冷却？又为何会发生凝结？答：空气上升时水分子运动加剧、逃逸液态水表面而成为气体。只有温度较高的那些分子能从水表面逸出，因为水转化成水汽需要吸收热量，所以空气上升时会膨胀冷却。因为空气上升到凝结高度水汽含量达到饱和时会由小水滴组成云，水汽转变成液态水必须释放凝结潜热发生凝结。4.海平面气温分布的基本特征：等温线（尤其在南半球）趋向于接近东西向排列，同时温度从赤道向极地降低。海陆加热率差异和洋流影响使冬季北半球等温线在大陆上向赤道方向凸出，海洋上向极地方向凸出，而夏季相反。人们将各经线上具有最高气温的各点的连线，称为赤道。赤道附近的气温年变化很小，随着纬度的增加，年变化幅度也增大。5.假如有一块空气受外力作用产生垂直运动，当外力除去后会出现什么情况？答：若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气块所处的气层，对于该气块而言是稳定的；若气块仍按原方向加速运动，则大气是不稳定的；若气块既无回到原位、又无继续向前的趋势，既被推到哪里就停在哪里，则称这大气为中性气层。6.怎样判断大气静力稳定度：d对于干空气和饱和湿空气都是不稳定的，称为“绝对不稳定”m对于干空气和湿空气都是稳定的，称为“绝对稳定”。md对于干空气是稳定的，对湿空气为不稳定，称为“条件性不稳定”。=d对干空气为中性，对湿空气为不稳定。=m对干空气是稳定的，对饱和湿空气是中性层结。（为层结曲线，d为干绝热线，m为湿绝热递减率）7.解释水、陆加热率差异：答：对太阳辐射的吸收、反射和透射率差异导致太阳能在陆面和水面分布厚度的不同。水的比热平均要比陆地大三倍。水面的蒸发大于陆地的蒸发，导致水体失热过多，水温不易升高。各种因子综合使得水体增温缓慢，能储存更多的热能，同时其冷却也比陆地缓慢。8.对流的强弱取决于哪三个条件？答：大气层结的不稳定度。气层愈不稳定，或正不稳定能量面积愈大，愈有利于对流发展。水汽条件。低层空气湿度愈大，凝结高度愈低，愈有利于对流发展。必须有促使空气抬升的外力。外力愈大，愈有利于对流的产生和发展。第四章 大气运动一、名词解释：1.地转偏向力（柯氏力）： 非惯性坐标系空气所受的惯性力（虚拟力）。产生柯氏力的条件：坐标系随地球运动;空气微团相对于该旋转坐标系有运动，即速度V02. 偏向力： 柯氏力只能改变空气运动的方向，不能改变其速率，所以称它为偏向力。3. 地转风： 自由大气中，水平气压梯度力与科氏力平衡下形成的水平匀速直线运动。4.梯度风: 水平气压梯度力、水平科氏力和离心力相平衡下的无切向加速度的空气水平运动。5. 热成风： 由于水平温度所引起的上、下气层之间的地转风矢量差，称为热成风。6.热成风平行于气层的平均温度等值线，在北半球，背热成风而立，右手为高温区，左手为低温区。7.地转风随高度变化的原因： 地转风取决于水平气压梯度，因此，水平气压场随高度的变化就是地转风随高度变化的原因。造成水平气压场随高度变化的原因: 主要是由水平温度梯度引起的。8.湍流是这样一种不规则运动，其流场的各种特征是时间和空间的随机变量，因此其统计平均值是有规律的。9.大气边界层一般可分为两层： 近地层和摩擦层上层。10.地面摩擦力对风的影响： 摩擦力的影响使风速减小。在中纬度地区，陆地上的地面风速约为对应的地转风速的35%45%，海洋上为地转风速的60%-70%。在中纬地区，内陆摩擦力大，夹角约为3545；海洋上摩擦力小，为15-20。在北半球气旋中， 空气按反时针方向向低压中心辐合，在反气旋中，空气按顺时针方向向外辐散。11. 地转偏差： 不考虑摩擦作用时，实际风与地转风的矢量差。12.对流通常是指 热力作用引起的垂直运动，它的特点是范围小，发生、发展的时间短，垂直运动的速度较大，能引起阵性降水、雷暴、冰雹和龙卷等不稳定天气。13.热力对流： 当气块比周围空气暖时，气块获得上升加速度，产生上升运动；当气块比周围空气冷时，气块将获得下降加速度，产生下沉运动。14.系统性垂直运动通常是指 由于水平气流的辐合、辐散、锋面强迫抬升及地形抬升等动力作用引起的大范围上升或下沉运动。其特点是垂直速度小、持续时间长，能造成大范围层云和连续性降水，对天气的形成和演变产生很大影响。15.系统性垂直运动速度的确定： 空气的垂直运动是由水平气流的辐合辐散所引起，实质上是由地转偏差的散度所造成。地转运动近似为水平无辐散运动。16.环流是 描述流体某一个有限面积旋转的总趋势，其定义为流体质量速度矢量的环流积分，既速度的切向分量沿某一闭合曲线的线积分。17. 绝对环流加速度： 气压梯度力引起的环流变化，气压梯度力与地球转动无关，由它造成的环流加速度称为绝对环流加速度。18.涡度是 描述流体个别质点旋转运动的微观量，涡度可以用两种方法来定义。一种是定义涡度为速度的涡度，另一种定义是根据涡度与环流的关系。19.涡度是是矢量，其方向由右手旋转法则确定：反时针旋转为正，顺时针旋转为负。20.正压大气： 如果大气密度的空间分布只是气压的函数，称这样的大气为正压大气。21.斜压大气： 密度分布不完全由气压分布所决定，还与其他气压要上要素有关的大气称为斜压大气。22.大气环流是指 大范围的大气运动状态或某一时段的变化过程。23.影响大气环流的因子，也就是形成和影响大气运动的因子，包括太阳辐射、地球自转、地球表面的不均匀性、地面摩擦力以及大气本身的尺度和物理特性等几个基本因子。24.近地面形成的三个纬向风带： 极地东风带、中纬度西风带和低纬度信风带，以及四个气压带-极地高压带、副极地低压带、副热带高压带与赤道辐合带。1. 平衡运动 在静力平衡下，作用于自由大气水平运动的各种力相互平衡时，运动速度保持不变的运动称为平衡运动。2.空气作水平曲线运动时有两种情况， 一种是围绕曲率中心作逆时针旋转，这时的梯度风称为气旋式梯度风;另一种是围绕曲率中心作顺时针旋转的是反气旋式梯度风。二、问答题：1.把大气中的主要运动系统分成哪几类？答：大尺度系统水平尺度空间为几千km，垂直空间占整个对流层，生命史约5天以上，水平风速为每秒十几m，垂直速度为15cms。中尺度系统水平尺度空间为几百km，垂直空间占大部分对流层，生命史约1-5天，水平风速为520ms，垂直速度为10cm s。小尺度系统水平尺度为几十km，垂直尺度为几十几km，生命史约十几小时，风速可达1025ms，垂直速度为每秒几十cm。微尺度系统水平和垂直范围约为几km，生命史仅几个小时，垂直速度很强，可达每秒几米，水平风速的变化范围比较大。从以上分类可以看到：尺度越大，则生命史越长，垂直速度越小；水平尺度越小，生命史则越短，垂直速度也越大。2.用斜压大气中的绝对环流原理来解释海陆风。答：在沿海地区低层大气中，白天风常从海上吹向陆地，夜间风从陆地吹向海洋，这就是海陆风，它是由海陆下垫面热力差异而形成的一种中尺度地方性环流。白天，陆地增温快，从而陆地上空的密度小，低层大气由海面吹向陆地的风，即海风，高层气流方向相反；到夜晚，由于陆地散热快于海洋，沿海地区大气中将出现与白天相反的力管场，形成低空由陆地吹向海洋的陆风。第五章 云、雾和降水物理学基础一、 名词解释：1.锋面云系： 锋面云系降水是中、高纬度大气降水的主要源泉。2.形成云的一般过程分为两类： 一是冷却过程;二是既降温又增加水汽的过程。3.冷却过程分为两类： 一是绝热冷却过程;二是非绝热冷却过程。4.绝热冷却过程： 空气绝热上升引起的冷却，对云的形成起着重要作用。5.大气中绝热上升运动具体形式有： 气块沿斜面的爬升；对流运动；波状运动。6.非绝热冷却过程： 主要是指辐射冷却过程。7.既降温又增加水汽的过程： 垂直混合；水平混合。8.雷暴云形成的过程： 形成阶段；成熟阶段；消散阶段。9.云的微物理特征： 云的相态；云滴尺度和数密度；滴谱；含水量。10.层状云包括： Cs、As、St、Ns、Fs。它主要是由系统性垂直上升运动、湍流混合和辐射冷却等原因所形成。11.层状云的宏观特征： 一是系统性垂直运动形成的层状云；二是湍流混合形成的层状云。12.波状云主要由大气中的 波动、湍流、细胞环流和辐射冷却而形成。经常观测到的波状云有 卷积云、高积云和层积云等。13.对流云： 积状云是大气对流运动的产物，故又称对流云。14.雾是 水汽凝结（华）物悬浮于大气边界层内接地，使水平能见度降至1千米以下的一种天气现象。能见度1km或以上为轻雾。15.雾分成 气团雾和锋面雾两种。一、气团雾包括：（1）冷却雾：（辐射雾，平流雾，上坡雾）。（2）蒸发雾：（海洋雾，河湖上的秋季雾）。（3）地方性雾：（都市雾，混合雾）。二、锋面雾包括：（1）锋前雾，（2）锋际雾，锋后雾。16.辐射雾是 地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的雾。17.辐射雾形成的有利条件是： 晴朗的夜间，有强烈的地面有效辐射；近地面气层水汽含量充沛。低层有微风和一定强度的湍流；有稳定的温度层结。辐射雾的出现表示天气晴好。18.辐射雾的特征是： 有明显的日变化和年变化。辐射雾一般在夜间生成，日出前后最强，上午810时左右消散。与地理环境有密切的关系。19.平流雾： 有暖湿空气平流到冷的下垫面上，经冷却而形成的雾，称为平流雾。20.形成平流雾的有利条件是： 移来的空气与下垫面之间存在较大的温度差别；移到冷下垫面的空气水汽含量多，相对湿度大；风速适中，这样可源源不断地输送水汽，而且能发展一定强度的湍流，使雾达到一定的厚度。层结比较稳定。21.平流雾的宏观特征表现在： 日变化不明显，年变化较明显。一日中任何时间均可出现或消散，一年中春夏多，秋冬少。海上平流雾持续时间长，有时持续几天。平流雾的厚度可从几十米到两千米，水平范围可达数百千米以上，平流雾的强度也比辐射雾大。22.上坡雾是 空气沿山坡上升，由于绝热冷却而形成的雾。23.蒸发雾是 冷空气流经暖水面上，由于暖水面的蒸发，使冷空气达到饱和、产生凝结而形成的雾。蒸发雾又可分为海洋雾和河湖上的秋季雾两种。24.锋面雾通常出现在 暖锋过境前后，常伴锋面一起移动。可分为锋前雾、锋际雾、锋后雾。25.大气中一般不会由同质核化凝结过程形成水的胚滴。不过，好在大气中存在大量的杂质气溶胶粒子，它们可能充当异质核化凝结过程中的凝结核。26. 异质核化凝结： 为了区分纯水汽在同质核上的同质核化凝结，将水汽在异质核上的凝结，称为异质核化凝结。27.冷云中冰晶一般通过两种过程生成：水汽的直接凝华，或由过冷液滴冻结成冰晶。28冰晶的生成可通过冰晶的 同质核化和冰晶的异质核化两种。29.冰晶的同质核化： 在没有任何杂质的情况下，形成冰晶的过程称为冰晶的同质核化过程。它又可分为： 类似于同质核化凝结过程，仅靠水汽分子相互碰撞聚合而成冰晶，称之为冰晶的同质核化凝华过程；过冷小水滴的水分子向冰状结构变化而形成同质冰晶的过程，称为冰晶同质核化冻结过程。30. 冰晶的异质核化过程可分为三种：异质核化凝华、异质核化冻结、接触核化冻结。31.暖云是指 云体温度都在0以上、由液态云滴组成的云。 *冷云是指 云体温度在0以下、常常是过冷水滴，冰晶和水汽共存。32.重力碰并是 由重力原因造成的碰撞和合并过程，称为重力碰并。 *.暖云中，云滴的增长主要通过 凝结和重力碰并过程。33.上升气流愈强，过饱和度愈大，凝结增长速度愈大。34.暖层状云降水： 层状云的厚度较小，上升气流弱，含水量少，因此云滴的增长较慢，生成水滴较小。35.雹云是 产生降雹的云，它是强烈发展的积雨云。具有垂直厚度大、上升气流强、含水量丰富以及负温层厚度大等特点。36.传播雹云： 这些单体呈有组织的排列，新的单体不断地在雹云的右侧出现，而老单体在云体的左后侧消亡。这种过程使雹云有规律向右前方传播移动，因此也称为“传播雹云”1.云是 潮湿空气在上升过程中膨胀冷却，使空气中的水汽达到饱和及过饱和时，在凝结核上凝结成云滴，或（和）由冰核作用经冻结和凝华生成冰晶而形成的。当云中的云滴增长到足够大时，就会从空中降落而产生降水。1.云的形成条件：答：云滴是大气中水汽含量达到饱和时生成的。大气中水汽由未饱和达到饱和有两种途径：一是降低空气温度，二是增加空气中的水汽。在水汽含量不变的情况下，当气块温度下降时，由于饱和水汽压值随温度降低，就可能达到饱和。云主要是靠潮湿空气在上升运动过程中，气块绝热膨胀降温，达到饱和而生成的。因此充足的水汽和上升运动是形成云的必要条件2.形成云雾的基本过程有那些？答：一是冷却过程，二是既降温又增加水汽的过程。3.按云的物理特征进行分类有哪几种？答：按云的物理过程和动力特征，分为积状云以及层状云和波状云；按云体温度分为暖云和冷云；按云的微结构特征，分为水云、冰云和混合云。4.大气的冷却过程有几种？ 答：大气中的冷却过程主要分为两类：绝热冷却和非绝热冷却过程。5.层状云的微物理特征：答：锋面云系AsNs的相态很复杂。它既包括水云区和冰云区，也包括由水滴和冰晶组成的混合区。在混合区内滴谱分布很窄，平均半径约为3.5。由于这类云的形成与天气条件密切相关，因此，它不仅相态多种多样，而且其微结构也随时间而迅速变化。6.形成大气波动的主因有几种？答：有两种：不连续界面上形成的重力波，以及气流越山引起的地形波。7.我国全年总云量的分布特点是什么？答：四川、贵州地区为大值区，例如成都全年平均总云量达8.4成，贵州达8.2成。一般说来，35N以南云量较多；35N以北云量较少。8.饱和水汽压与水面曲率和溶质的关系如何？什么是Kohler曲线？答：饱和水汽压E表示在一定温度下空气中水汽的最大容量，其值随温度的升高而增大。9.何谓冰晶效应？答：由于同温度下冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压。在三相共存的混合云中，当水汽接近于水面饱和状态时，对冰面已是过饱和状态，冰晶很快增长。若云中没有外来水分补充，则冰晶表面上有水汽不断凝华，而水滴表面有水汽不断蒸发，直至液态水完全耗尽为止。这种水分从大量过冷水滴不断转移到少数冰晶上去的效应称为冰晶效应。10.说明冷云降水机制和暖锋降水机制。答：冷云降水有二种，冰晶效应和混合降水。暖云降水也有二种，水汽凝结增长和重力碰撞。11.说明人工降水、消雾、消云和抑制冰雹的原理和方法。答：人工降水：主要是根据不同云层的物理特性，向云中播撒干冰、碘化银、水滴、盐粉或溶液等催化剂，使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水，以达到增雨和抗旱的目的。消雾、：用人工方法（播撒催化剂、加热或扰动混合等方法）使雾滴降落地面或蒸发消散的措施。雾按其物态性质的不同，可分为暖雾、过冷雾和冰雾三种。消云：原理和方法同消雾，用冷云催化剂消冷云，用吸湿性和水滴消暖云。抑制冰雹：有两类：一是在雹云中引入人工冰核或在云底引入大量吸湿性核以增加雹胚，一类是爆炸法。12.用干冰和用碘化银催化过冷云降水的成冰机制有何不同？答：干冰是致冷剂，使局部云体剧烈冷却而产生冰晶。碘化银是人工冰核，使云体能产生大量的成核率和冰晶。1.形成云雾的基本过程有那些？ 答：一是冷却过程，二是既降温又增加水汽的过程。第六章 天气和天气预报1. 天气现象是指 某瞬时内大气中各种气象要素和自然现象空间分布的综合表现。2. 气团： 这种水平方向上物理属性比较均匀的大范围空气称为气团。3. 气团的变性： 气团形成以后，当它离开源地移到另一地区时，由于下垫面的性质以及物理过程的改变，使气团的物理属性发生变化，这种气团原有物理属性的改变过程称为气团的变性。4.锋是指 分隔冷暖两种不同性质气团之间的狭窄过渡区，它具有一定的厚度，在空间呈倾斜状态，随高度它向冷气团一侧倾斜。锋的下方为冷气团，上方为暖气团。5.锋的分类： 冷锋；暖锋；准静止锋；锢囚锋。6.副热带高压是 常年存在的永久性气压系统，不过其强度和位置冬夏有很大差别。1. 天气图 把各地区同一时刻观测到的气象要素，用国际规定的天气符号，按统一的格式填写在空白的地图上，这就是天气图。2. 暖气团 凡是气团温度高于流经地区下垫面温度的，称为暖气团。反之为冷气团。3.西伯利亚气团 冬半年通常受极地大陆气团、热带海洋气团和北极气团的影响，它的源地在西伯利亚和蒙古地区，因而称之为西伯利亚气团。4.季风气团 夏半年热带大陆气团常影响我国西部地区，它持久控制的地区，常会出现严重干旱和酷暑。来自印度洋的赤道气团（又称季风气团）。5.气旋是指 在同一高度上中心气压低于四周的水平涡旋。在北半球空气作逆时针旋转6.反气旋是指 在同一高度上中心气压比四周高的水平旋涡。在北半球空气作顺时针旋转7. 副热带高压 在南、北半球副热带地区的对流层中、下层，各存在着副热带高压带。由于海陆的影响，副热带高压带常断裂成的若干个高压单体的统称。8. 台风 发生在热带洋面上的热带气旋，称为台风。热带低压风力8级，17.2米/秒；热带风暴89级，17.232.6；强热带风暴风力1011级（24.532.6米/秒）；台风或飓风风力12级（风速32.7米/秒）9.“雷暴”一词是指 积雨云中发生雷鸣电闪的激烈放电现象同时也指产生这种现象的天气系统。10. 对流单体 通常把一个强上升运动区称为一个对流单体。11.多单体风暴是 由一些处于不同发展阶段、生命期较短的对流单体组成，且按一定规律排列，具有统一环流的强风暴。12.超级单体风暴是 最强烈的雷暴。13.龙卷是与强烈雷暴相拌出现的 具有垂直轴的小范围涡旋，总有一个漏斗云柱挂自对流云底盘旋而下。云柱不着地的叫漏斗云，云柱下垂到陆地上的叫“陆龙卷”，到海面或水上的称“水龙卷”。龙卷伸展到地面时引起的强烈旋风，称为龙卷风。14.龙卷一般发生于 超级单体等强风暴中，也可以把产生龙卷的风暴称为龙卷风暴。二、问答题：1、什么是气团？气团形成的条件是什么？冷、暖气团的天气情况如何？答：下垫面比较均匀的广阔地球表面上空停留或缓慢移动的空气，其物理属性（主要指温度、湿度、稳定度）的水平分布比较均匀，天气现象也大致相同，而且水平尺度可达几千KM，垂直尺度达几KM到十几KM，这种水平方向上物理属性比较均匀的大范围空气称为气团。形成条件 ：一是大范围性质比较均匀的下垫面。二是必须有