2011-2012第二学期_大气物理学_问题答疑材料-田红瑛.doc

大气物理问题答疑材料本篇问题答疑材料主要针对学生课程论坛中提问比较集中的问题、难点问题、重要知识点问题提供答疑问题库或案例分析库。答案以大气物理学一书为基础。1地球大气的演化大体分为那几个阶段？地球大气的演化大体可分为以下三个阶段：（1）原始大气：以宇宙中最丰富的轻物质H2，He和CO为主。（2）次生大气（45-20亿年前）：地球逐渐冷却后，由于造山运动、火山喷发和从地幔中释放出地壳内原来吸附的气体，形成了次生大气，其主要成分是CO2，CH4，NH3和H2O等。（3）现代大气：以氮气和氧气为主。知识点：地球大气的演化，参见第一章第二节P42多种气体成分组成的干空气、水、以及悬浮的气溶胶颗粒的概念。（1）干空气：通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气，简称干空气。（2）水汽：水汽在大气中所占比例很小，却是大气中最活跃的成分，水汽的来源主要是海洋表面的蒸发。（3）气溶胶颗粒：分散在气体中的固体粒子或液滴所构成的悬浮体系。气溶胶粒子也称为大气粒子。按尺度大小划分：爱根核（r0.1）、大核（1r0.1）、巨核（r1）。知识点：地球大气的成分及分布，参见第二章3湍流的基本特性有哪些？湍流的基本特性包括：（1）随机性：湍流是非规则的、混乱的、不可预测的；（2）非线性：湍流是高度非线性的；（3）扩散性：湍流会引起动量、热量及流动中的其他物质的快速扩散；（4）涡旋性：湍流结构可设想成由无数大小不同的湍涡组成，它们分裂、合并、拉长、旋转，相互叠加在一起，构成湍流的涡旋结构；（5）耗散性：湍流的能量是由大湍涡向小湍涡传递，最后通过分子粘性耗散成为热能。知识点：湍流的基本特性，参见第八章第一节P2204什么是大气压力？什么是标准大气？大气压力：指单位面积上直至大气上界整个气柱的重量。知识点：大气压力的概念，参见第三章引言P30标准大气：在建立我国自己的标准大气之前，使用1976年美国标准大气，取其30km以下部分作为国家标准。标准大气海平面值为：p0=1013.25 hPa，g0=9.80665 ms-2，T0=288.15K。100km高度以下温度廓线：在11gpkm以下，大气温度随高度降低；11gpkm20gpkm为等温；20gpkm47gpkm温度逐渐上升；47gpkm51gpkm处有一极大值，在这高度以上的温度又逐渐下降，86gpkm91gpkm处达极小值，91gpkm以上温度有随高度很快增加。知识点：标准大气的概念，参见第三章第四节P385大气的分层和结构如何？由于地球自转以及不同高度大气对太阳辐射吸收程度的差异，使得大气在水平方向比较均匀，而在垂直方向上呈现明显的层状分布。（1）按中性成份的热力结构，把大气分成对流层、平流层、中间层和热层；对流层特点：大气温度随高度降低，垂直混合作用强，气象要素水平分布不均匀平流层特点：平流层下半部的温度随高度变化缓慢上半部由于臭氧层把吸收的紫外辐射能量转化成分子动能，使得空气温度随高度上升而显著增加。平流层逆温的存在是大气很稳定，垂直运动很微弱，多为大尺度平流运动，中纬度地区平流层夏季时是东风冬季是西风。平流层与对流层交换很弱。中间层特点：垂直运动强，水汽少。热层特点：温度始终是增加的，温度变化大，高纬度地区的极光就是这一层引起的。（2）按大气的化学成分，把大气分成匀和层和非匀和层；（3）按大气的电磁特性，把大气分成电离层和磁层；（4）按大气的热力结构，在高空500km以上直到20003000km的大气层称为外大气层或散逸层，由该层逐渐过渡到行星际空间，散逸层以下称为气压层。知识点：大气的分层和机构，参见第四章第一节大气的分层P48-546与太阳的短波辐射相比，长波辐射在大气中的传输有什么特点？（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。而太阳直接辐射主要集中在某一方向的平行辐射。在红外波段，到达地面的太阳直接辐射可不予考虑。（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，可忽略。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，而且他本身也放射辐射，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。知识点：长波辐射在大气中的传输，参见第五章第五节P1027如何区分梯度风、热成风及地转风？（1）地转风：当作用在运动大气上的力只有气压梯度力和科氏力时，这两种力的平衡称为地转平衡，在地转平衡情况下形成的水平匀速直线运动就称为地转风。地转风关系揭示了大尺度运动中风场和水平气压场之间的基本关系。（2）梯度风：在自由大气中作匀速圆周运动的水平环流，其气压梯度力、科氏力和惯性离心力处于平衡状态时，称为梯度平衡，这类环流则形成梯度风。（3）热成风：定义为铅直方向上两等压面上地转风的矢量差。热成风关系揭示了静力平衡大尺度运动中风场、气压场、温度场之间的关系。知识点：大气中的准地转运动、热成风和梯度平衡，参见第七章第三、四、五节8如何区分干绝热和湿绝热过程？干绝热过程：指在绝热过程中，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。湿绝热过程：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，简称湿绝热过程，“湿”即指过程中存在水的相变。故干绝热和湿绝热过程最大的区别就是有无水汽的相变。9 云雾形成、分类以及一般特征。（1） 水汽由未饱和达到饱和而生成云雾有两条途径：一是增加空气中的水汽，二是降温。一般说来，云主要是靠潮湿空气在上升运动过程中绝热膨胀降温达到饱和而生成的。因此，上升气流和充足的水汽是云生成的必要条件。控制云生成的上升运动有大范围辐合抬升、不稳定层结下的对流运动、地形抬升、波动和湍流运动。（2）雾是接地的云，出现在贴地气层。它的形成有以下几方面：由于辐射降温生成辐射雾。暖湿空气移到冷表面时，空气降温而生成平流雾。冷空气到达暖湿表面，空气补充了水汽生成蒸发雾。降水在地面蒸发，是地面附近的空气补充水份，生成雨区雾和锋面雾。由于饱和水汽值和温度并不呈线性关系，当两团温度不同、而都接近于饱和的空气混合后。可能达到饱和，从而生成混合雾。雾消散的原因，一是由于下垫面的增温，雾滴蒸发；二是风速增大，将雾吹散或抬升成云；再有就是湍流混合，水汽上传，热量下递，近地层雾滴蒸发。 雾的持续时间长短，主要和当地气候干湿有关：一般来说，干旱地区多短雾，多在1小时以内消散，潮湿地区则以长雾最多见，可持续6小时左右。此外，有雾还不能有风。不然，空气中的小水珠被风吹散，雾也是聚不起来的。城市中的烟雾是另一种原因所造成的，那就是人类的活动。早晨和晚上正是供暖锅炉的高峰期，大量排放的烟尘悬浮物和汽车尾气等污染物在低气压、风小的条件下，不易扩散，与低层空气中的水汽相结合，比较容易形成烟尘（雾），而这种烟尘（雾）持续时间往往较长。 雾是对人类交通活动影响最大的天气之一。由于有雾时的能见度大大降低，很多交通公具都无法使用，如飞机等；或使用效率降低，如汽车、轮船等。雾其实是空气中的小水珠附在空气中的灰尘形成的，所以雾一多就表示空气中灰尘变多（例如“雾都”伦敦），这样是危害人的健康的。有些人锻炼身体很有毅力，不论什么天气，从不间断。其实，有毅力是好事，但天天坚持也未必正确，比如雾天锻炼就有些得不偿失。雾天，污染物与空气中的水汽相结合，将变得不易扩散与沉降，这使得污染物大部分聚集在人们经常活动的高度。而且，一些有害物质与水汽结合，会变得毒性更大，如二氧化硫变成硫酸或亚硫化物，氯气水解为氯化氢或次氯酸，氟化物水解为氟化氢。因此，雾天空气的污染比平时要严重的多。 还有一个原因也需要强调一下，那就是组成雾核的颗粒很容易被人吸入，并容易在人体内滞留，而锻炼身体时吸入空气的量比平时多很多，雾天锻炼身体吸入的颗粒会很多，这更加加剧了有害物质对人体的损害程度。 如长时间滞留在这种环境中，人体会吸入有害物质，消耗营养，造成机体内损，极易诱发或加重疾病。尤其是一些患有对环境敏感的疾病，如支气管哮喘、肺炎等呼吸系统疾病的人，会出现正常的血液循环阻碍，导致心血管病、高血压、冠心病、脑溢血等。知识点：云雾形成的宏观条件及一般特征，参见第十一章P29110地面从大气中获得的水汽凝结物，总称为降水，它包括两部分，一是大气中水汽直接在地面或地物表面及低空的凝结物，如霜、露、雾和雾淞，又称为水平降水；另一部分是由空中降落到地面上的水汽凝结物，如雨、雪、霰雹和雨淞等，又称为垂直降水。但是单纯的霜、露、雾和雾淞等，不作降水量处理。在我国，国家气象局地面观测规范规定，降水量仅指的是垂直降水，水平降水不作为降水量处理。形成降水的条件有3个：一是要有充足的水汽；二是要使气块能够抬升并冷却凝结；三是要有较多的凝结核。影响降水的因素：（1）海路位置；（2）地形；（3）大气环流。11晴朗的天空为什么是蓝色的？大气对辐射散射具有削弱作