气象与气候复习提纲

作业1.大气的上界有多高？在此高度内分为哪几层？对流层的主要特点有哪些？答：由于着眼点不同，大气上界有两种分法（普遍），一是着眼于大气中出现的某些物理现象，按此，大气上界大约为1200km；二是着眼于大气密度，按此大气上界大约为20003000km。大气圈可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。对流层的特点：气温随高度升高而降低；垂直对流运动显著；气象要素水平分布不均。2.高山常年积雪、云峰高耸，反映了哪一层的特点？为什么？答：反映了对流层的特点。在对流层中，气温随高度的增加而递减。高山常年积雪，是因为其高度已达到或低于积雪存在的温度，云峰耸立是因为随高度的升高，气流中的水汽不断凝结，产生云雾。3.已知10时，E为12.3hpa；18时，E为20.6hpa。某地上午8时气温为23，e为12.3hpa；次日8时气温为23，e为20.6hpa。求两天8时的Td ，用此说明Td的高低直接与什么因子有关。答：（露点）是指在空气中水汽含量，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度。第一天上午8时e为12.3hpa,而10时E为12.3hpa，所以第一天8时的Td为10。第二天上午8时e为20.6hpa,而18时E为20.6hpa，所以次日8时的Td为18。 Td的高低直接与空气中的水汽含量有关，水汽含量越多，露点越高（露点也是反映空气中水汽含量的物理量）。4.比较干、湿空气状态方程说明: (1)在同温同压下，干、湿空气的密度谁大谁小？(2)在同压下，空气愈潮湿、温度愈高，其密度将会减小还是增大？答：干空气状态方程P=T，湿空气状态方程为P=T（1+） (1)同温同压下，湿空气密度为r= 干空气密度为r=，由于 所以干空气密度大于湿空气密度 （2）空气中水汽压愈大，e越大 P=r，空气越潮湿，e越大，其密度越小。 5.大气对太阳辐射的散射有什么规律？用此解释雨后天空呈青蓝色、空中尘粒较多时天空呈灰白色。答：规律：散射只改变辐射方向，使太阳辐射以质点为中心向四方传播；分子散射（蕾利散射）：当质点直径小于波时长，波长愈短，散射能力愈强，该散射具有选择性，大气对长波光线的透明度较好，对短波光线的透明度很差；粗粒散射（米散射）：当质点直径大于波长时，发生粗粒散射，辐射的各种波长都同样地被散射，该散射无选择性。原因：太阳辐射通过大气时，由于空气分子散射的结果，波长较短的先被散射。由于雨后空气中灰尘少，空气散射以分子散射为主，波长较短的青蓝光先被散射，因此空中呈现青蓝色；当空气中尘埃较多时散射一般以粗粒散射为主，此时各种波段的阳光均被散射，使天空出现灰白色。6.太阳高度角是如何影响直接辐射的？答：（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少；（2）太阳高度角越小，太阳辐射穿过的大气层就越厚，大气对太阳辐射的削弱作用就越强，使到达地面的太阳辐射就越少。7.名词解释：太阳常数、大气窗口、大气逆辐射、地面有效辐射答：太阳常数：就日地平均距离而言，在大气上界，垂直于太阳光线的亿平方厘米面积内，1min内获得的太阳辐射能量。大气窗口：在波长为812um处，地面长波辐射最强，而大气对此波段的地面辐射吸收率最小，透明度最大，地面辐射有20通过这一窗口散向宇宙空间，这一窗口叫大气窗口。大气逆发射：大气辐射指向地面的部分。地面有效辐射（Fo）：地面放射的辐射（Eg）于地面吸收的大气逆辐射（Ea）之差。8.海陆增温和冷却过程有何差异？它导致什么重要结果？答：大陆受热快，冷却也快，温度升降变化大，海洋反之。 在同样的太阳辐射强度下，海洋所吸收的太阳能多与陆地所吸收的太阳能（陆面对太阳光的反射率大于水面）；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（陆地增温快的一个原因）；海面有充足的水源供给，以致蒸发量较大，失热较多使得水温不易升高；岩石与土壤的比热小于水的比热。9.何谓非绝热变化、绝热过程、干绝热过程？答：非绝热变化：气团与外界通过热量交换而引起的空气内能的变化。绝热过程：气象学上，任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程。干绝热过程：当升、降气块内部既没有发生水相变化，有没有与外界交换热量的过程。10.有一山高1000m，如果一块含一定水汽尚未饱和的空气在山脚时温度为10，升到300m时开始饱和，到山顶水汽已全部凝结，并离开气块，剩下的干空气块从山顶下沉，问到山脚时温度是多少？（ m =0.5/100m）解：只有达到饱和时才用湿绝热。 上升到饱和时的气温为101/100m300m=7 到山顶时的气温为7-（1000m-300m）0.5/100m=6.5 下降到山脚时的温度为 6.5+1000m1/100m=16.511. 、 d、 m三者有何不同？为何 m总小于d ？答：不同：（1）d是干绝热直减率，指气块绝热上升单位距离时的温度降低值。（适用条件：干空气和未饱和湿空气，d=1/100m）（2）m是湿绝热直减率，指饱和湿空气绝热上升时的减温率（数值由具体情况而定）（3）指气温直减率，表示周围大气的温度遂高的的分布情况（多变性）原因：饱和湿空气绝热上升时，如果只是膨胀上升，应每上升100m减温1，但是，水汽饱和后，就要因冷却而发生凝结，释放潜热，加热气块，因此因膨胀而引起的减温率恒比干绝热减温率小，即m总小于d。=-= +，当饱和空气上升时dZ0，d0，则0,下降时，dZ0,则0，所以m总小于d。12. 设某饱和湿空气团在200m高处温度为18，且与周围大气温度相同。当其受力后，向上运动至500m高处，温度降为16.5。假设周围空气的温度直减率为0.65/100m，对于该空气团而言，大气层结是否稳定？为什么？答：大气层结稳定 该气团的直减率为=（18-16.5）/(500-200)100=0.5/100m 因为m时，不论空气是否达到饱和，大气总是处于稳定状态（绝对饱和）当 d时，为绝对不稳定。 当d0时,表示第i年该时段内降水量比同期平均降水量多;当D0时,则表示比同期平均降水量少。2. 降水相对变率 降水绝对变率与多年平均降水量的百分比,称为降水相对变率。用下式表示：Q=（D/R）100% (4-24)式中Q为某年的降水相对变率，D为降水绝对变率，R为同时段内几年的平均降水量。降水变率大小反映降水的稳定性或可靠性。一个地区降水丰富、变率小，表明水资源利用价值高。降水变率越大，表明降水愈不稳定，往往反映该地区旱涝频率较高。一般来说，纬度越高，距海越远，海陆差异越明显的地方，降水相对变率越大。如我国30N以南的地区降水相对变率较小，一般为10-15%，而华北平原则高达30-35%。19.不对称的温压场，高低压中心轴线到高空向哪一方偏离？为什么？答：地面低压中心轴线随高度升高不断向冷区倾斜，高压中心轴线随高度升高不断向暖 区倾斜。 原因：这种气压系统，中心轴线（同一气压系统在各高度上的系统中心的连线）不是铅直的，而发生偏斜。地面高压的暖区一侧的单位气压高度差（h）比冷区一侧大，随着高度的增加，高压中心将向暖区移动。地面低压的冷区一侧的单位气压高度差（h）比暖区一侧小，随着高度的增加，低压中心将向冷区移动。20.何谓气压梯度、水平气压梯度、气压梯度力、水平气压梯度力？答：单位距离间的气压差叫做气压梯度，气压差异表示气压分布不均匀程度的空间矢量。其方向多垂直于等压线或等压面，由高压指向低压；其大小等于气压随距离的变化率。水平气压梯度：气压梯度力：由于气压分布不均匀而作用于单位质量空气上的力, 其方向由高压指向低压。（由于水平面上存在着气压梯度而产生促使大气由高气压区流向低气压区的力）水平气压梯度力：21.何谓地转风、梯度风？试比较二者的异同点。答：地转风是指自由大气中空气的水平等速直线运动，是指无加速度、惯性离心力 不起作用情况下的运动。在这种运动中，只有水平气压梯度力和地转偏向力起作用。地转风是自由大气中水平气压梯度力和地转偏向力相平衡时的空气的水平运动。 自由大气中，当空气作曲线运动时，水平气压梯度力、地转偏向力、惯性离心力三个力达到平衡时的空气水平运动，称为梯度风。 （补充）地转风、梯度风与热成风的区别 地转风：在大尺度自由大气中（不考虑摩擦力的作用），空气质点所受的水平气压梯度力 （G）和水平地转偏向力（A）达到平衡时的匀速直线平衡运动，G=A。地转风的表达式：Vg=（9.8/f）/（H/n）式中f=2Sin是地转参数，（H/n）为高度梯度（相当于气压梯度）。地转风方向平行于等压线，在北半球，背地转风而立，高压在右，低压在左，南半球则相反，地转风速度大小与水平气压梯度成正比，即等压线越密（疏）地转风风速越大（小）。地转风风速还与地球纬度成反比。在中高纬地区，高空的实际风十分接近地转风，风压关系大体遵循上述地转风原理，这是中高纬地区在分析天气和预报天气中应遵循的原则。梯度风：当等压线呈弯曲时，空气质点运动不仅受G和A作用，还要受惯性离心力C的作用。当这三个力达到平衡时的圆周运动时，就称为梯度风。在北半球，高压内GC=A。即空气质点绕中心作顺时针旋转运动，在低压内A+C=G。即空气绕低压中心作逆时针旋转运动，这就是梯度风原理。热成风：是指上、下两层等压面上地转风的矢量差称为热成风（Vt）。这是一种与两个气层间温度分布不均匀有密切关系的。热成风的方向与气层间的平均等温线平行，背热成风而立，高温区在右侧，低温区在左侧。热成风的大小与气层间的水平温度梯度成正比。即等温线越密集（疏），热成风就越大（小），这就是热成风原理。应用热成风原理，可在实际工作中进行天气分析，如根据某站风随高度变化的情况 作温度平流的分析，当风随高度作逆时针方向旋转时，可判断这个气层间有冷平流，当风随高度作顺时针旋转时，则有暖平流。22.试述风压律。答：地转风方向与水平气压梯度力的方向垂直，即平行于等压线，在北半球背地转风而 立，高压在右，低压在左。南半球相反。23.摩擦层中风场与气压场的关系如何？为什么？ 答：关系：在北半球背风而立，高压在右后方，低压在左前方。 原因：地转风是气压梯度力和地转偏向力相平衡时，自由大气中空气作等速、直线的水平运动。地转风方向与水平气压梯度力的方向垂直，即平行于等压线。自由大气中风基本上是沿等压线吹的。24.大气环流形成的主要因素有哪些？ 答：（1）太阳辐射作用能量来源 （2）地球的自转作用使空气运动方向偏离气压梯度方向 （3）地标性质作用性质不同下垫面造成冷热源分布和山脉的机械阻滞（热力和动 力因素） （4）地面摩擦作用与地表的相对运动，地表起伏增大摩擦。25.何谓南亚季风环流圈？答： 南亚季风环流圈是夏季青藏高原是个热源，在75110E之间，气流从青藏高原上升，到高空折向南流，到低纬下沉，下沉气流在低空又流向青藏高原，组成一个与哈得莱环流圈的环流方向相反的闭合经向环流圈，称为南亚季风环流圈。26.锋附近的温度场、气压场和风场有何特征？答：（1）温度场特征：锋区的水平温度梯度比锋两侧的单一气团的温度梯度大得多。这一特征说明锋面是大气斜压性集中带，是大气位能积蓄区。锋区温度场在天气图上表现为等温线非常密集，而且同锋面近于平行。由于锋面在空间总是处于倾斜状态，使各等压面上的等温线密集区位置随高度升高不断向冷区一侧偏移。因而，高空锋区位于地面锋的冷空气一侧，锋伸展的高度越高，锋区偏离地面锋线越远。锋区附近，因为锋的下部是冷气团，上部是暖气团，所以自上而下出现逆温现象，称为锋面逆温。 （2）气压场：锋面两侧是密度不同的冷暖气团，因而锋两侧的气压倾向是不连续的，当等压线横穿锋面是便产生折角，折角尖端指向高压一方，降落在低压槽中。 （3）风场：1、锋附近的风场是同气压场相适应的。地面锋既然处于低压槽内，依据梯度风原理，锋线附近的风场应该具有气旋性切变，尤其近地面大气，由于磨擦作用，风向和风速的气旋性切边都很明显。2、锋附近的高度变化状况需视锋的性质而有不同。一般而言，锋区是水平温度梯度很大的区域，通过锋面的热成风应该很大，即风的垂直切边很大。27.何谓锋的生消？ 答：锋生指锋的生成或加强的过程，锋消指锋的消失或减弱的过程。锋生消得标志是冷暖气团间水平温度梯度的大小和变化。28.何谓前倾槽、后倾槽、垂直槽？答：前倾槽是指在对流层中, 槽线随高度的升高向前进方向倾斜，高空槽线位于低空槽线或地面锋之前的槽。一般表现为短波西风槽，持续时间较短。前倾槽在移动过程中，槽后的干冷空气叠置于低层槽前的暖湿空气之上，增加了气柱的对流不稳定度。夏半年，前倾槽是激发我国东部地区强对流天气的重要天气系统之一；冬半年，槽后天气多晴朗少云，但常伴有大风和沙尘。 当温度槽落后于高空槽时，低压槽中槽线随高度的倾斜方向与槽移动方向相反，即在西风带中槽线随高度偏移在西侧的低压槽，称为后倾槽。它随着温度槽位置的前移而断续加深和发展，槽前盛行上升气流，易产生稳定性云系和降水。随着倾斜度的减小，槽前雨区随之减小。 当温度槽与高空槽相重合时，低压槽线不随高度而偏移，近于一个垂直面内，称为垂直槽。这时高空槽已发展到最盛阶段，天气也发展得最强盛。29.绘图并说明一个发展成熟的锋面气旋的结构及各部位所对应的天气特征。暖锋锋前降水，冷锋锋后降水30.何谓梅雨？梅雨期的天气特征怎样？答：每年初夏，宜昌以东，2634N之间的江淮流域，阴雨连绵，降水频繁，雨量充沛，此时正是江南梅子黄熟季节，故称“梅雨”。 主要天气特征：多阴雨天气，日照少，空气潮湿，风速较小，天气闷热，降水多属连续性，多大雨和暴雨。梅雨期主要的降水天气系统是梅雨锋、切变线和西南低涡。31.寒潮是由什么天气系统带来的天气过程？答：在冬季，强烈的冷高压活动带来强冷空气的侵袭。给流经地区造成剧烈降温、霜冻、大风等灾害性天气。降温，（24小时内）常达10度以上，降水，产生在冷锋附近。在北方多吹西北风，中部偏北风，南方为东北风。寒潮的发生原因：侵入中国的寒潮，主要是在北极地带、俄罗斯的西伯利亚以及蒙古人民共和国等地暴发南下的冷高压。这些地区，大多是分布在北极地带，冬季长期见不到阳光，到处被冰雪覆盖着，停留在那些地区的空气团好像躺在一个天然的大冰窖里面一样，越来越冷、越来越干，当这股冷气团积累一定的程度，气压增大到远远较南方高时，就像贮存在高山上的洪水，一有机会，就向气压较低的南方泛滥、倾泻，这就形成了寒潮。寒潮带来的结果：受到寒潮侵袭的地方，常常是风向迅速转变，风速增大，气压突然上升，温度急剧下降，同时还可能下雨、下雪，出现霜和冰冻现象。寒潮南下，在中国西北和内蒙古及北方地区常有大风沙天气。在淮河以北地区一般表现为少雨，偶尔有降雪。过淮河后，降水机会增多。在中国冬季，寒潮一般是每隔38天出现一次，但比较强大的寒潮，平均每年有4次左右。大致出现在10月底至翌年1月下旬，个别年份在2月下旬也有寒潮发生。当寒潮向南方大规模流动时，暖空气也随之“节节败退”，因此所经过的地区，首先要受到暖空气的影响，温度显著升高。如果所经过的地区原来就已经在暖气团控制下，那么在寒潮前面暖空气不断输送之下，也会出现温度猛烈升高的天气。因而经常在寒潮之前要暖和一两天。 寒潮侵入中国的的路径：侵入中国的寒潮并不是每次都一样，这要看北极地带和西伯利亚的冷空气哪一部分气压最高，中国哪一部分气压最低。另外还受中国的高山峻岭阻挡的影响。32.北太平洋西部地区台风移动路径主要有哪几条？答：（1）西移路径：当北太平洋高压脊呈东西走向，而且强大、稳定时，或北太平洋副高不断增强西伸时，台风从菲律宾以东洋面向西移动，经过南海在我国海南岛或越南一带登陆； （2）西北路径：当北太平洋高压脊呈西北-东南走向时，台风从菲律宾以东洋面向西北方向移动，穿过琉球群岛，在我国江浙或横穿台湾海峡在浙、闽一带登陆。这条路径对我国影响范围较大，尤其华东地区； （3）转向路径：北太平洋副高东退海上时，台风从菲律宾以东海区向西北方向移动，然后转向东北方向移去，路径呈抛物线型。对我国东部沿海地区以及日本影响较大。 33.气候的形成和变化受哪些因子的制约