气象学与气候学题库

答案：1、简述干洁空气的概念及其主要成分。(答案)

1、干洁空气是指大气中除去水汽、液体和固体微粒以外的整个混合气体，简称干空气。它的主要成分是氮、氧、氩、二氧化碳等，其容积含量占全部干洁空气的99.99％以上。其余还有少量的氢、氖、氪、氙、臭氧等。

2、虚温含义，它可直接测量吗? (答案)

2、在等压条件下，当干空气具湿空气密度时之温度即称为虚温，由此可知其代表干空气的温度，一般由Tv表示。定义虚温的用意在于，湿空气的分子量会随环境水气量改变而改变，使气体常数(R)成为变数，而较难正确计算出来。为使计算方便，所以利用干空气的气体常数来计算，因此定义虚温来代替湿空气的温度，如此就不用考虑变动的气体常数了，亦即可以处理掉复杂的水气效应，由此可知，虚温为水气的函数。因为实际观测环境大气所得的温度为湿空气温度，而所使用的气体常数为干空气气体常数(R)，所以实际上状态方程（P＝ρRT）(其中R=R*/md) 并不成立（因为其使用干空气气体常数(R)，而温度却用湿空气的），所以为使其成立需使用虚温(即干空气之温度)，如此才可使R与T均为干空气之值。由于虚温与实际观测之温度误差不算大(仍在允许的误差范围内)，因此目前大多数的人仍直接利用实际观测之温度来代替虚温。

Tv=T+W/6。其中T为实际大气温度，W为饱和混合比值。表示虚温与实际温度之差距，等于露点温度所在的饱和混合比数值的六分之一。

6、当气温为25 ℃，气压为 1080hPa，相对湿度f=65％时，求e（水汽压）、E（饱和水汽压）、d （饱和差）、a（绝对湿度）、q（比湿）。 (答案) 6、25℃时，饱和水汽压E=31.668,f=e/E,则e=fE=65%*31.668=20.5842

d=E-e=31.668-20.5834=11.0838,

a=289*e/T=289*20.5834/(25+273)=19.9625

q=0.622*e/P=0.0119

7、若相对湿度f，气压p不变，增温时，绝对湿度a和比湿q前后是否相同? (答案)

7、当温度升高时，饱和水汽压E要增大，而f不变，所以水汽压e也要增大，q是比湿，q=0.622e\P，P不变，e增大，所以q要增大。a是绝对湿度。即单位体积空气中所含的水汽量，也是增大的。

8、对流层的特征如何，为什么? (答案)

8、对流层有三个基本特征：

(1)气温随高度增加而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。高山常年积雪，高空的云多为冰晶组成，就是这一特征的明显表现。

(2)垂直对流运动：由于地表面的不均匀加热，产生垂直对流运动。对流运动的强度主要随纬度和季节的变化而不同。一般情况是：低纬较强，高纬较弱：夏季较强，冬季较弱。因此对流层的厚度从赤道向两极减小。

(3)气象要素水平分布不均匀：由于对流层受地表的影响很大，而地表面有海陆分异，地形起伏等差异，因此在对流层中，温度、湿度等的水平分布是不均匀的。

9、臭氧层形成过程及其作用怎样? (答案)

9、臭氧层的形成：臭氧层（ozone layer）是指大气中臭氧浓度较高的层次。一般指高度在

10-50km之间的大气层，也有指20－30km之间臭氧浓度最大的大气层。即使在浓度最大处，臭氧对空气的体积比也只有百万分之几，因此它在大气中是痕量成分。将它折算到标准状态（气压为

1013.25hPa，温度为273K），在整个大气层中，总累积厚度只有0.15-0.45cm。其含量虽少，却能吸收掉大部分的太阳紫外辐射，对人类和其他生物起着重要保护作用。臭氧吸收太阳紫外辐射而引起的加热作用，还影响着大气温度层结和环流。大气臭氧的形成过程，大致如下：氧分子吸收太阳辐射中波长小于2420A°的光量子而离解为氧原子，由此可形成一系列反应，其中最主要的反应过程是氧分子和氧原子在第三气体（M）的参与下形成臭氧。臭氧层的作用：（1）臭氧层阻挡了强紫外线辐射到地面，保护了地球上的生命。强紫外辐射有足够的能量使包括DNA在内的重要生物分子分解，增高患皮肤癌、白内障和免疫缺损症的发生率，并能危害农作物和水生生态系统，可以说，如果没有大气臭氧层的保护，这个世界就不能存在。

（2）臭氧层吸收的太阳紫外辐射能量使平流层大气增温，对平流层的温度场和大气环流起着决定性作用，如果平流层臭氧浓度下降，将引起平流层上部温度下降，平流层下部和对流层温度上升。因此，臭氧层对建立大气的垂直温度结构和大气的辐射

平衡起重要作用。臭氧层吸收了部分太阳辐射，估计能使地面的平均温度降低1~2度。

10、某地两时刻f，p相同，当TI>T2时，a，q是否相同? (答案)

10、f,P不变，当增温时，饱和水汽压要增大，而f,P不变，则水汽压也要增大，那么q=0.622*e/P ,q 将增大。所以，TI>T2，q增大，a不变。

11、简述静力学方程成立的条件、表达式及其物理意义。(答案)

11．大气静力学方程，表示了大气在铅直方向上所受的作用力达到平衡时，气压随高度变化的规律。若在静止大气中取一个单位截面积，铅直厚度为dz 的空气柱。由于是静止大气，所以空气无水平运动，只在垂直方向受到重力和气体压力的作用。大气静力学基本方程的物理意义就是在相对于地面呈静

止状态的大气中，单位质量空气所受到的重力与垂直气压梯度力处于平衡。所以大气静力学基本方程又称大气静力平衡方程，简称静压方程。其方程式是：dp/dz=-kg（k表示空气密度）分析静力学方程可得到以下几点结论：

(1).当dz>0时，dp<0，说明随高度的增加气压是下降的。

(2).任意高度处的气压等于从该高度向上到大气

上界的单位截面积垂直气柱的重量。

(3)．因g随高度的变化很小，所以气压随高度的增加而降低的快慢主要取决于空气的密度。密度大的气层，气压随高度的增加降低得快，密度小的气层，气压随高度的增加而降低得慢。

静力学方程是在假设大气处于相对静止的条件下

求得的，但实践证明，除了有强烈对流运动的山区或强对流天气系统以外，它可以相当准确地应用于运动大气。因此它在气象学中得到广泛应用。

12、什么是地面总辐射，与大气上界的太阳辐射相比有什么变化? (答案)

12、地球上某一点接受太阳的能量,一部分来自直接辐射，另一部分则是散射辐射,二者之和称为地面总辐射.大气上界的太阳辐射通过大气圈，然后到达地表。由于大气对太阳辐射有一定的吸收，散射和反射作用，使投射到大气上界的太阳辐射不能完全到达地面，所以在地球表面所获得的太阳辐射强度要小。

13、分别涂为黑白色但性质相同的两个物体，在露天下其夜间与白天的表面温度是否相同? (答案)

13、白天，白色物体的反照率高，黑色物体的反照率低，黑色物体比白色物体更能吸热，所以，白天，黑色物体比白天物体的温度高。晚上，没有了太阳辐射，白色物体和黑色物体的温度相同。

16、为什么云层存在会使白天气温降低，夜间气温升高? (答案)

16、白天云层存在，云层对太阳辐射有吸收，散射和反射作用，云层越厚，作用越强，那么到达地面的太阳辐射就小，使得白天气温降低；而在夜间，由于云层的存在，而不存在太阳辐射，云层越厚，大气逆辐射超强，地面可以得到热量的补偿，减少热量的损失，地面有效辐射小，所以，夜间的气温升高。

17、同为睛夜静风，清晨但较干燥地区夜间的降温幅度一般总比湿润地区大，这是为什么?(答案) 17、温室效应气体中有水，水汽对地面长波辐射也有较强的吸收能力，在晴夜静风情况下，干燥地区夜间保温作用就小，而湿润地区的水汽有保温作用，使得夜间的降温幅度不是很大。

19、大气中除贴地层γ，γd外，很少出现γ<γd 情况，为什么?(答案)

19、在对流层中，总的情况是气温随高度而降低，这首先是因为对流层空气的增温主要依靠吸收地

长波辐射，因此离地面愈近获得地面长波辐射的热能愈多，气温乃愈高。离地面愈远，气温愈低。其次，愈近地面空气密度愈大，水汽和固体杂质愈多，因而吸收地面辐射的效能愈大，气温愈高。愈向上空气密度愈小，能够吸收地面辐射的物质水汽、微尘愈少，因此气温乃愈低。整个对流层的气温直减率平均为 0.65 ℃/100m.实际上，在对流层内各高度的气温垂直变化是因时因地而不同的。对流层的中层和上层受地表的影响较小，气温直减率的变化比下层小得多。在中层气温直减率平均为0.5

0.6 ℃/100m ，上层平均为0.650.75℃/100m.对流层下层（由地面至2km ）的气温直减率平均为0.3 0.4 ℃/100m.但由于气层受地面增热和冷却的影

响很大，气温直减率随地面性质、季节、昼夜和天气条件的变化亦很大。例如，夏季白昼，在大陆上，当晴空无云时，地面剧烈地增热，底层（自地面至300-500m高度）气温直减率可大于干绝热率（可达1.21.5 ℃/100m ）。

20、大气的特殊量T、Td、(T-Td)各有什么含义?(答案)

20、 T、Td、(T-Td)分别指气温、露点和温度露点差。在空气中水汽含量不变、使空气冷却到饱和时的温度，称露点温度，简称露点，用Td表示。空气中水汽含量愈高，露点愈高，反之亦然。在实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度比气温要低，即Td＜T。因此根据温度露点差（T-Td），可以大致判断空气距离饱和的程度。

21、大气保温作用与温室效应是一回事吗?(答案) 21、大气对短波辐射吸收比较小，而对长波辐射有一定的吸收，也有一定的反射。这一特性类似于温室的玻璃，它可以让太阳的短波辐射通过，但对长波辐射则是吸收的，因此温室内的温度可以比外边的高很多，但应指出，温室玻璃还有一个作用就是隔绝了温室内外的空气对流，从而保持温室内较高的温度，地球大气并没有这一作用，因此，大气保温作用和温室效应不是一回事。

22、静力不稳定与潜在不稳定有什么不同。(答案) 22、静力稳定度的特点，取决于气块在运动过程中的温度变化，也依赖于周围大气温度的铅直分布。若使受扰气块有继续远离原来位置的趋势,则称大气是静力不稳定的。.当气块只有上升到某一临界

高度后才呈现不稳定的大气，称为潜在不稳定。处于静力稳定状态的大气，若将该大气的气柱一直抬升到完全饱和时就呈现静力不稳定。

23、形成云雨的主要条件是什么，为什么会形成不同类型云雨。(答案)

23、形成云雨的主要条件是凝结核的存在，空气垂直上升所进行的绝热冷却使空气达到过饱和。在雨的形成过程中大水滴起着很重要的作用。由于空气垂直上升运动的形式和规模不同，形成云的状态、高度、厚度也不同。大气上升运动方式主要有：热力对流，动力抬升，大气波动，地形抬升。不同的云，由于其水平范围，云高，云厚，云中含水量，云中温度和升降气流等情况不同，因而降水的形态，强度，性质也随之而有差异。

24、地面蒸发快慢与哪些因子有关。(答案)

24、1）.蒸发面的温度蒸发面的温度愈高，蒸发过程愈迅速。因为温度高时，蒸发面上的饱和水汽压大，饱和差也比较大。这是影响蒸发的主要因素。2）空气湿度和风空气湿度愈大，饱和差愈小，蒸发过程缓慢；空气湿度愈小，饱和差愈大，蒸发过程迅速。无风时，蒸发面上的水汽靠分子扩散向外传递，水汽压减小很缓慢，容易达到饱和，故蒸发过程微弱。有风时，蒸发面上的水汽随气流散布，水汽压比较小，故蒸发过程迅速。3）蒸发面的性质在同样温度条件下，冰面饱和水汽压比水面饱和水汽压小，如果当时实有水汽压相同，冰面上的饱和差比水面小，因而冰面的蒸发比水面慢。由于海水浓度比淡水大（海水含有盐分），在温度相同的情况下，海水比淡水蒸发慢；清水蒸发比浊水慢，因为浊水吸热多，温度升高快。影响蒸发速度诸因素中，温度是经常起决定作用的因素，温度愈高，蒸发愈快；反之，愈慢。其次是风速，风速愈大，蒸发愈快；反之，愈慢。

25、气压为960hPa，气温为25 ℃，相对湿度为35％，求绝对湿度、比湿和虚温。(答案)

25、25℃时，饱和水汽压E=31.668,f=e/E,则

e=fE=35%*31.668=11.0838

a=289*e/T=289*11.0838/(25+273)=10.7491

q=0.622*e/P=0.0072

Tv=(1+0.378e/p)T= 299.3005

26、气温为10 ℃，相对湿度为 60％时，求露点温度。(答案)

26、10℃时，饱和水汽压E=12.271,f=e/E,则

e=fE=60%*12.271=7.3626

当饱和水汽压这7.3626时，由表可得Td=3℃

27、比较云和雾。

27、云和雾的形成都是水汽由未饱和达到饱和。一是增加空气中的水汽，二是降温。一般来说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。而雾出现在贴地气层中，是接地的云。雾的形成有两个基本条件，一是近地面空气中的水蒸气含量充沛，二是地面气温低。

其实云、雾本是同类，并没有本质上的差别，只是由于他们所处的位置不同，才有云和雾之分。例如，当云层较低时，云底会淹没高山之顶，可是位于山顶上的人却说，这里弥漫着浓密的大雾。有时山腰里被大雾所笼罩，可是平地上的人却又说，这是一条白色的云带缭绕在山腰之中。因为人们通常是生活在地面，因此总是从站在地面的位置来区分云或雾：笼罩在地面或海面的是雾；离开地面和海面的，不管它有多高，都是云。因此可以说，云是空中之雾，雾是地面、海面之云。两者之间并没有不可逾越的鸿沟。清晨茫茫大雾，日出后不久，常常被抬

升到空中而成为灰白色的云层；而当一股暖锋移来的时候，云层又往往会越降越低，有时终于碰到地面和海面，就成为茫茫大雾。

简单地说，云和雾都是悬浮在空气中的细微的小水滴或小冰晶。它们都是由空气中的水汽遇冷凝结而成的。我们知道，空气含水汽的能力是有一定限度的，达到最大限度时，就称为水汽饱和。但水汽饱和要随气温的变化而变化，气温越高，空气中所能容纳的水汽也越多。例如，在１立方米的空气中，气温在４℃时，最多能容纳水气的量是６.３６克；气温在２０℃时，１立方米的空气中最多就可以含水汽１７.３０克。如果空气中所含的水汽多于一定温度条件下的饱和水汽量时，多余的水汽就会凝结出来，于是，看不见的水汽就变成能看得见的细微的小水滴（当温度低于０℃时，则形成小冰晶）。这些小水滴或小冰晶的体积非常小，它们的平均半径只有几个微米，重量很轻，能够被空气中的上升气流托住，因此能够悬浮在空气中成为云或雾。

28、为什么水平气压梯度力是大气运动的主要推动力。(答案)

28、水平气压梯度力：当空间存在着气压梯度时，空气便受到沿气压梯度方向的作用力，作用在单位质量空气上的力称为气压梯度力。因为气压梯度可以分解为水平气压梯度和铅直气压梯度，因而气压梯度力也可分解为水平气压梯度力和铅直气压梯

度力。铅直气压梯度力与重力基本相平衡，水平气压梯度力便成为驱动空气水平流动的原动力。

29、等压面上气压处处相等，为什么还能描绘水平气压分布。(答案)

29、大气层内，空间气压值相同的各点所组成的面。等压面是一个凹凸不平的曲面，其起伏状况可表示等压面附近水平面上气压的高低分布状况。每一等压面有一定的压强数值。气象上常以500、700、850百帕的等压面作为主要等压面。

30、重力位势高度与几何高度有什么区别，为什么要用重力位势高度？(答案)

30、重力位势：与地球重力场相配合的位势。它等于单位质量相对于某标准而（习惯上指平均海平面）的位能，在数值上等于使单位质量在从平均海平面上升到该质量所在高度的过程中为了克服重力所作的功。

等高线的数值是高度单位，但不是几何高度，而是位势高度。所谓位势高度，就是把单位质量的物体从海平面上升到某高度时克服重力所作的功来表示的高度，其单位是位势米。我国从1950年1月1日开始使用位势米这个高度单位。现在广播电台所说的500百帕等压面的位势高度是指500百帕等压面距海平面的位势。500百帕高度为什么不用几何高度，而用位势高度表示？这是因为天气学理论主要是建立在流体力学和热力学基础上的，用位势高度表示在计算上有很多方便。其实，几何高度Z和位势高度h在数值上相差不大但概念上完全不同，一个是长度单位，一个是能量单位。31、比较对流云与层状云的生长条件，形态。(答案)

31、层状云往往是由暖而潮湿的空气沿着一定的坡度大规模地从冷空气的背面斜着滑升，致使其中的水汽达到饱和凝结而形成的一种均匀的像幕布一样铺满天空的云层。这种云层一般厚度不太大，因而不能形成大雨，最多只能下均匀的小雨或毛毛雨。对流云的形成总是与不稳定大气中的对对流上升运动相联系。一般为孤立、分散、底部平坦、顶部凸起状。