2025年大学《应用气象学》专业题库- 大气湿度调节：水汽的平衡

2025年大学《应用气象学》专业题库——大气湿度调节：水汽的平衡考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在题后的括号内。每小题2分，共20分）1.下列哪个物理量定义为单位体积空气中实际含有水汽的质量？A.绝对湿度B.混合比C.饱和绝对湿度D.比湿2.在气温不变的情况下，增加空气中的水汽含量，其饱和水汽压将如何变化？A.增加B.减少C.不变D.先增加后减少3.空气的相对湿度等于100%时，意味着：A.空气中水汽含量达到最大值B.空气中水汽含量为零C.空气达到饱和状态，即将开始凝结D.空气绝对湿度达到最大值4.马格努斯公式主要用于估算什么温度范围内的饱和水汽压？A.极低温度B.常温及高温C.冰点附近温度D.沸点温度5.比湿与混合比的主要区别在于：A.比湿考虑了气压的影响，混合比不考虑B.比湿是单位质量湿空气中的水汽质量，混合比是单位质量干空气中的水汽质量C.比湿仅适用于未饱和空气，混合比适用于所有空气D.比湿的数值通常大于混合比6.以下哪种过程会使大气中的水汽含量增加？A.升华B.冷却凝结C.水汽扩散D.凝华7.水汽平衡方程ΣG=ΣS中，G通常代表：A.凝结的水汽通量B.蒸发的水汽通量C.凝华的水汽通量D.降水损失的水汽通量8.对于一个与外界有水汽交换的封闭容器，其内部水汽达到动态平衡时，描述正确的是：A.蒸发停止，凝结停止B.蒸发量仍大于凝结量C.蒸发量等于凝结量D.只有蒸发，没有凝结9.大气湿度对航空飞行的主要影响体现在：A.直接决定能见度B.影响飞机升力C.引起飞机结冰D.决定地面气压10.冬季，湖面结冰后，其上覆大气层的水汽平衡会发生变化，主要体现在：A.蒸发停止，水汽收入项为零B.凝结继续发生，水汽支出项增加C.水汽压保持不变D.饱和水汽压增大二、填空题（请将答案填写在横线上。每空2分，共20分）1.在一定气温下，湿空气的绝对湿度达到该温度下饱和绝对湿度时的相对湿度称为________。2.饱和水汽压是随着气温的升高而________的。3.水汽压是空气中水汽所具有的________力，其值等于同温度下饱和水汽压与相对湿度乘积。4.混合比是指单位质量干空气中所含水汽的质量，其单位通常是________或________。5.水汽平衡原理指出，在一段时间内，任何一个与外界有水汽交换的系统，其水汽的________与________之和必然相等。6.蒸腾是指植物通过叶片和茎秆向大气中散发的水汽，它包含了一部分________的水汽。7.影响饱和水汽压的主要因素是________，其次是气压。8.绝对湿度是指单位体积空气中实际含有水汽的质量，其单位通常是________。9.当空气的相对湿度小于100%时，我们称该空气为________空气。10.大气中的水汽主要来源于________、________和升华等过程。三、判断题（请将“正确”或“错误”填在题后的括号内。每小题2分，共20分）1.空气的混合比越大，其相对湿度一定越大。（）2.水汽压总是小于或等于同温度下的饱和水汽压。（）3.在气温不变的情况下，增加空气的绝对湿度，其饱和水汽压也相应增加。（）4.水汽平衡方程ΣG=ΣS只适用于水平衡研究，不适用于水汽平衡研究。（）5.相对湿度是衡量大气中水汽实际含量多少的物理量。（）6.升华是指固态水直接转化为气态水的过程，这个过程会消耗热量。（）7.比湿和混合比都是用来表示空气中水汽含量的参数，但它们的基准不同。（）8.当大气达到饱和状态时，蒸发和凝结过程仍然在进行，只是两者速率相等。（）9.马格努斯公式可以精确计算任何温度下的饱和水汽压。（）10.低层大气的湿度变化主要受地面水汽来源和天气系统的影响。（）四、简答题（每小题5分，共10分）1.简述相对湿度和混合比这两个湿度参数的区别与联系。2.为什么在气温降低时，空气更容易达到饱和状态并发生凝结？五、计算题（共30分）1.（10分）已知某地气温为25°C，此时空气的相对湿度为60%。试计算该空气的水汽压、饱和水汽压（可用马格努斯公式，取A=17.62，B=243.12）。假设空气压力为标准大气压（1013.25hPa），试计算该空气的混合比（比湿）。（请列出公式和计算步骤）2.（10分）在一个体积为50立方米的水箱表面，空气温度为20°C，水汽压为1.2kPa。若水箱上方空气温度迅速升高到30°C，且空气不再与水箱有水汽交换。试计算：（1）20°C时该空气的饱和水汽压（可用马格努斯公式）。（5分）（2）20°C时水箱上方空气的绝对湿度。（5分）（3）温度升至30°C后，水箱上方空气的相对湿度。（5分）3.（10分）分析一个位于广阔水面上的小岛上空（假设大气层较稳定，垂直运动可忽略）在晴天无风条件下的一个昼夜的水汽平衡状况。简述白天和夜间水汽收支的主要变化过程，并解释为什么白天的相对湿度通常低于夜间。（请从蒸发、大气水汽含量、温度等方面进行阐述）---试卷答案一、选择题1.B2.A3.C4.B5.B6.C7.B8.C9.C10.A二、填空题1.饱和相对湿度2.增加3.气压4.克/千克，克/克5.收入，支出6.蒸腾7.温度8.克/立方米9.未饱和10.蒸发，渗透三、判断题1.错误2.正确3.错误4.错误5.错误6.正确7.正确8.正确9.错误10.正确四、简答题1.解析思路：区别在于基准不同，混合比以单位干空气质量为基准，混合比=水汽质量/干空气质量；比湿以单位湿空气质量为基准，比湿=水汽质量/湿空气质量。联系在于两者都反映了空气中水汽含量的多少，且在一定气压和温度下，可以通过干空气质量和温度计算相互换算。2.解析思路：饱和水汽压随温度升高而显著增大。当气温降低时，空气能够容纳的水汽量减少（即饱和水汽压降低），而空气中实际水汽压（或绝对湿度）变化较小或不变。当实际水汽压超过降低后的饱和水汽压时，空气达到饱和，多余的水汽就会凝结。五、计算题1.解析思路：先根据相对湿度和温度计算水汽压（e=Es*RH%，Es用马格努斯公式计算），再根据水汽压和温度计算饱和混合比（w*=621.97*e/(P-e)），最后用理想气体状态方程PV=nRT(或mRT=PV)求出干空气质量，再由混合比求出比湿（w=w**Mw/Md，Mw为水汽分子量，Md为干空气分子量，或直接用w=0.622*e/(P-e)）。计算步骤：Es(25°C)=17.62*25/(243.12+25)=3.17kPae=3.17*60%=1.90kPaw*=621.97*1.90/(1013.25-1.90)=1.17g/kgP=1013.25hPa=101325PaT=25+273.15=298.15KMd=28.97g/mol,Mw=18.02g/mol湿空气总质量m=PV/RT=101325*50/(287.05*298.15)≈59.0kg干空气质量md=m/(1+w*)=59.0/(1+0.00117)≈58.9kg比湿w=(59.0-58.9)/58.9=0.017g/g=17g/kg（注：计算中P单位需统一为Pa，R为干空气常数287.05J/(kg·K)）答案：水汽压1.90kPa，饱和水汽压3.17kPa，混合比（比湿）约17g/kg。2.解析思路：（1）用马格努斯公式计算30°C时的饱和水汽压Es(30°C)。（2）用理想气体状态方程计算20°C时的绝对湿度（绝对湿度=P/(R*T)*(w*/(1+w*)))，其中w*为20°C时的饱和混合比，可用步骤1的方法计算。（3）相对湿度=实际水汽压/Es(30°C)。计算步骤：(1)Es(30°C)=17.62*30/(243.12+30)=4.25kPa(2)20°C时：Es(20°C)=3.17kPa(同计算题1)w*(20°C)=1.17g/kg(同计算题1)绝对湿度=1.2kPa*1000Pa/kPa/(287.05J/(kg·K)*293.15K)*(1.17g/kg/(1+1.17g/kg))≈1.19kg/m³≈1.19g/m³(3)相对湿度=1.2kPa/4.25kPa=0.282=28.2%3.解析思路：白天，太阳辐射增强，地表温度升高，蒸发加剧，水汽输入大气增加。同时，气温升高，饱和水汽压增大，但空气水汽含量增加速度可能跟不上饱和水汽压增加速度，或者相对湿度因温度升高而降低。夜间，地表温度下降，蒸发减弱或停止，水汽输