大气物理 复习

1、 大气物理复习提纲大气物理复习提纲电子工程学院电子工程学院 汤志亚汤志亚考试题型 一、选择题，20题，30分 二、简答题，2题，20分 三、证明题，1题，15分 四、计算题，3题，35分第一讲大气概述 大气的演变第一代大气、第二代大气、现代大气 大气的成分及分布：地球大气是由多种气体以及漂浮于其中的固态、液态等颗粒物质组成的。气体成分、干洁大气、相变特征、空气密度:、平均分子量水汽的特点及分布规律CO2、O3的作用及分布气溶胶及其在大气中的作用 大气的垂直结构对流层、平流层的特点 大气的状态参数及其变化气压随时间和空间变化情况三种温标之间的转换、气温随时空变化情况逆温层及其形成原因各种湿度参量

2、的定义及计算 气体的状态方程及计算 大气静力学方程、适用条件、应用 气压场的基本形式及位势高度例：求温度为20和-20时，1立方米空气中所含的最大水汽质量，第一个比第二个大多少倍。 解：分别求出温度为20和-20时的饱和水汽压则约大15.7倍。7.5 20237.3 206.11 1023.37EhPa207.5-20237.3-20-6.11 101.25EhPa（）20323.37217217=17.3 /273+20eag mT2020203-1.25217217=1.1 /273-20eag mT202020-15.7aa2020例：在热带沙漠常常温度高达45或更高，而相对湿度却抵达2

3、%，而在极低，温度降低到零下40或更低，相对湿度却近100%，试问哪个地区绝对湿度大，大多少倍？ 解：分别求出温度45与-40时的饱和水汽压E与它们的实际水汽e 7.5 45237.3 456.11 1096.24EhPa热2%=1.925eEhPa热热31.93217217=1.31 /273+45eag mT热热热7.5-40237.3-406.11 100.18EhPa（）极100%=0.18eEhPa极极30.18217217=0.17 /27340eag mT极极极7.7aa热极则热带沙漠地区绝对湿度大，大约大7.7倍 第二讲 大气辐射 描述辐射场的物理量辐射通量辐射通量密度辐射强度

4、 辐射的基本定理基尔霍夫定律普朗克定律史蒂芬-波尔兹曼定律维恩位移定律平方反比关系 大气的吸收光谱吸收光谱水汽、氧气、臭氧、二氧化碳的吸收光谱大气窗 大气对辐射的散射大气散射和吸收的不同瑞利散射、米散射的特点利用散射的原理解释天空为什么是蓝色 太阳辐射在大气中的传输太阳常数太阳辐射在大气上界的分布 解释地球、大气和地气系统的辐射平衡例：一立方体的黑体，每边长10cm，如果把它加热到727度，求此黑体放射的辐射能有多少瓦？ 220.160.06Sm448425.67 102737275.67 10/bFTWm3.402bFSW解：立方体的表面积为：每单位表面积放射的辐射为：黑体放射的总的辐射能为

5、：例：一个物体的辐射通量密度为w/m2，吸收率 ，试求其温度为多少度？其辐射的最大能量对应的波长是多少？ TTbTFFkTbF4TTTbTFkFkT4()TTFTKk2884mTmK2884mmT解：根据基尔霍夫定律：其中： 为黑体的辐射通量密度。所以根据维恩位移定律：所以Tk假定有一反射率为a的行星，其大气由两个等温层组成，它们对太阳辐射的吸收均为零，对行星的反射率的吸收均为0.5，设行星表面具有黑体性质。试证行星辐射的通量密度在顶层为1/3E，在底层为2/3E，在行星表面为5/3E，其中为行星向太空反射的辐射通量密度。证：按题意作图 X为行星表面反射的辐射通量密度，Z为底层放射的辐射通量密

6、度，Y为顶层放射的辐射通量密度，a为反射率，对行星表面来说，其辐射能收支为 11122XYZSaYZE对大气上界而言，行星向太空放射的辐射等于大气和行星表面向太空放射的辐射通量密度之和。 1142XZYE(1)(2)对顶层而言，其辐射能收支为 112042XZY(3)代入（2）式， 13YE代入（1）式，有 1746XEZEEZ将（5）代入（2） 1 7114 623EZZEE将（4）（6）代入（3）有 53XE(3)(4)(5)(6)第三讲 大气热力学基础 干空气和未饱和的湿空气的绝热过程干绝热过程、干绝热方程、干绝热递减率位温的定义位温的应用抬升冷凝高度抬升冷凝高度的估算 饱和湿空气的绝热

7、过程假湿绝热过程、假湿绝热递减率假相当位温、假相当温度 T-lnP图的应用 大气静力稳定度及其判别方法 厚气层的静力稳定度判别方法：若有一未饱和湿空气流经一座高3000米的高山，已知 ， ，试问（1）凝结高度等于多少？（2）在山顶处的温度等于多少？（3）在背风山麓处温度等于多少？（注：取 ，凝结的水全部下降掉）0.5/100mm0020,15 ,1000tphPa解：（1）直接带入凝结高度公式：00123123 20 15615cZtm（2）设山顶处的温度为 ，凝结处高度为 。气流在凝结高度以下是根据干绝热直减率上升的，所以：3000tcZt20 1 6.1513.85cZdcttZ 在凝结高

8、度以上气流是根据湿绝热直减率上升，所以山顶的温度为3000=-30006152cZmtt （3）因设凝结的水全部下降掉，故在背风波气流是沿干绝热下沉的，所以山脚处的温度为：03000300032dtt假设气块是绝热等压混合，且没有发生凝结，故等压绝热过程就是等焓过程，可以采用态函数焓来计算。以下标1和2分别表示两个气块，有：1122111112222201 0.861 0.86ppdppdHmhmhhcTTcqTThcTTcqTT1 1221 1 12220.861 0.86mTm Tm qTm q TTmq某两个位于等压面的气团，其质量、温度、比湿、水汽压和位温分别为m1、T1、q1、e1、

9、1和m2、T2、q2、e2、2，当两个气团绝热等压混合，混合后质量为m，且没有发生凝结，试求混合后的温度、比湿、水汽压和位温。 1 122m qm qqm忽略水汽的影响，可得等压绝热混合温度的简化：因为：1 122mTm TTm根据水汽压和比湿的关系，有：1 12 2mem eem1 122mmm任取单位体积气块，取铅直向上方向为正，铅直方向上的运动方程为：1dwpgdtz式中w为气块垂直运动速度，为气块密度。假设环境空气密度为 ，由于处于静力平衡，有：eeegz edwgBdt则气块的垂直加速度与其内外密度差的关系为：某气块温度为T，密度为，其环境温度为Te，密度为e，其重力加速度为g，试证

10、明该气块在静力平衡时的运动加速度为eeTTdwgdtT空气密度与温度高低以及所含的水汽多少有关，故常用其外内外虚温差来讨论静力稳定度。根据准静力条件和状态方程，有：evveTT,vveT T分别为气块和同高度环境大气的虚温vevveTTdwgdtTevveTTTTeeTTdwgdtT第四讲 大气动力学基础 大气动力学基本方程组及其近似分析 地转风 热成风 梯度风 地转偏差 地转适应的尺度理论 重力内波产生原因及其气象意义 罗斯贝波产生机制及其特征地转适应机理 只有风场而没有气压场假定假定风场风场是西是西风场风场在科在科氏力氏力作用作用下产下产生北生北风风西风场减弱西风场减弱空气在南边堆积，空气

11、在南边堆积，南边出现高气压，南边出现高气压，北面出现低气压北面出现低气压气压梯气压梯度力与度力与科氏力科氏力达到平达到平衡（地衡（地转风）转风） 只有气压场而没有风场南边高气压南边高气压北面低气压北面低气压在气压梯度力在气压梯度力作用下产生南风作用下产生南风南风在科氏力作用下南风在科氏力作用下产生西风分量产生西风分量西风出现西风出现由北向南的科氏力由北向南的科氏力气压梯度力与科氏力气压梯度力与科氏力达到平衡（地转风）达到平衡（地转风）第六讲 云雾和降水水物理 湿空气达到饱和的途径 云雾形成的宏观条件 积状云的宏观特征 层状云、卷云的宏观特征 云降水的微观特征 云滴谱、雨滴谱、冰雹 云粒子的均质核化 云粒子的异质核化 大气凝结核什么是云中水循环次数？什么是降水效率？一般降水有哪两个特点？ 降水量比上云内含水量是云中水循环次数 降水量比上入云水汽输送量为降水效率 一般云雾降水的降水量大于云内含水量而小于入云水汽输送量 飑线、超级单体、多单体的特征 零度层亮带及其形成原因 云滴的凝结增长 降水物的降落与碰并微滴下落末速度碰并效率、碰撞效率、并合效率 冰雹的干湿增长降水粒子的碰撞效率，和