大气课后习题参考答案

第三章地球上的大气第1节大气的组成与垂直分层...................................................................................... - 1 -第2节大气受热过程...................................................................................................... - 7 -第3节大气热力环流.................................................................................................... - 15 -第三章测验 ................................................................................................................... - 23 -第1节大气的组成与垂直分层探究点题号大气的组成1、2、4、5、6、8、14、15、16大气的垂直分层3、7、9、10、11、12、13、17目要求)1．(综合思维)地球大气又称“氮氧大气”，是因为两者()A．占干洁空气成分的99%B．占大气成分的99%C．是生命活动必不可少的物质D．在其他天体上不存在答案 A解析氮和氧是大气的主要成分，在干洁空气成分中，氮和氧两者约占99%，故又称地球大气为“氮氧大气”。

2．(综合思维)大气中含量虽很少，却是天气变化重要角色的物质是()A．二氧化碳和臭氧B．氩和氖C．水汽和杂质D．氮和氧答案 C解析大气中的水汽和杂质含量很少，却是天气变化的重要角色。

3．(综合思维)无线电通信是利用了()A．对流层大气的特征B．平流层大气的特征C．臭氧层大气的特征D．电离层大气的特征答案 D解析电离层大气处于高度电离状态，存在着相当多的自由电子和离子，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用，故无线电通信是利用了电离层大气的特征。

第2课时大气运动(建议用时：40分钟)[合格过关练]坝上草原篝火晚会是最吸引人的旅游项目，参与晚会的游客发现，篝火火堆越大，烟气上升越高。

据此回答1～2题。

1．篝火火堆越大，烟气上升越高的主要原因是篝火附近( )A．风力大B．亮度大C．气温高D．气压高2．下图中能够反映篝火堆及其周边烟气运动情况的是( )A BC D1．C 2．B[第1题，点燃篝火，人为制造了同一水平面的温度差异，会形成小型的热力环流，篝火火堆越大，附近温度越高。

故C正确。

第2题，篝火堆中心温度高，气流上升；周边温度低，气流下沉。

近地面的空气就从气压较高的四周流向气压较低的篝火堆，高空空气则从气压较高的篝火堆上空流向气压较低的篝火堆周边上空，从而形成了热力环流，故选B。

](2021·山东潍坊高一期末)某气象团队在研究河北崇礼山区气象观测资料时发现，在观测到山谷风的日期，昼夜长短对崇礼山区不同季节山风与谷风时长有重要影响。

据此完成3～4题。

3．谷风持续时间最长的季节是( )A．春季B．夏季C．秋季D．冬季4．谷风盛行时( )A．暖空气沿坡面下沉B．冷空气沿坡面上升C．谷底常形成云雨D．山坡或山顶常形成云雨3．B 4．D[第3题，山谷风是山坡和谷地受热不均引起的，属于局地日变化的风系。

白天，同一高度山坡的温度高于山谷，风由山谷吹向山坡，为谷风。

因此，谷风主要发生在白天(即山坡温度高于山谷的时间段)。

夏季河北白昼时间为四季中最长，因此，谷风时间也最长。

B项正确。

第4题，白天山坡增温快，空气受热膨胀，沿坡面上升，因此沿坡面上升的气流为暖空气，故A、B项错误。

白天谷风沿山坡爬升，易在山坡或山顶形成云雨，谷底位置盛行下沉气流，不易成云致雨，C项错误，D项正确。

]读某地近地面和高空四点气压图，回答5～6题。

5．若近地面和高空四点构成热力环流，则流动方向为( )A．O→P→M→N→O B．P→O→M→N→PC．M→N→P→O→M D．N→M→O→P→N6．下图中能正确表示N地在垂直方向上的等温面与等压面的是( )A B C D5．A 6．A[第5题，气流总是由高压区流向低压区，则近地面由M流向N，高空由O 流向P；依据热力环流流动方向可判断，O、P分别位于N、M上空。

第二节气压带和风带课后·训练提升基础巩固读近地面主要风带示意图,完成第1~2题。

1.表示北半球西风带的是( )A.①B.②C.③D.④2.下图为三圈环流的局部图,图中甲、乙两风带分别对应的是( )A.甲—①,乙—②B.甲—③,乙—④C.甲—②,乙—④D.甲—①,乙—③答案:1.B 2.B解析:第1题,根据纬度位置和风向判断,①②③④四个近地面风带分别是东北信风带、北半球西风带、东南信风带、南半球西风带。

第2题,由气流运动方向锋面雨以及图中标注的“南”“北”可知,甲、乙两风带位于南半球,分别是东南信风带和西风带。

读全球近地面气压带和风带局部示意图,完成第3~4题。

3.图中的M气压带是指( )A.赤道低压带B.北半球副热带高压带C.南半球副热带高压带D.副极地低压带4.下列关于图中M、N两气压带所反映的节气的叙述,正确的是( )A.M表示春分日B.N表示夏至日C.M表示夏至日D.N表示冬至日答案:3.B 4.D解析:第3题,先根据纬度判断M气压带为副热带高压带,再根据盛行风的偏转方向判断M气压带位于北半球。

第4题,图中M、N气压带均反映了北半球冬至日的气压带分布情况。

读气压带、风带移动规律示意图,完成第5~6题。

5.关于图甲所示季节各纬度带气流运动的说法,正确的是( )A.0°~10°主要盛行下沉气流B.10°~20°盛行东南风C.20°~30°盛行西北风D.30°~40°盛行西南风6.下列关于甲、乙两图反映的时间与季节的判断,正确的是( )A.甲表示3月份、春季B.乙表示7月份、夏季C.甲表示9月份、秋季D.乙表示1月份、冬季答案:5.D 6.B解析:第5题,读图甲可知,该地位于北半球,30°N~40°N受西风带影响,风向为西南风。

第6题,从图甲可知,该图表示北半球冬季,为1月份;图乙30°N~40°N受副热带高压控制,为北半球夏季,为7月份。

作业习题解答第一章 概 论1.1 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。

质量百分数为%51.75%100197.2801.28781.0%2=⨯⨯⨯=N ，%08.23%100197.2800.32209.0%2=⨯⨯⨯=O ；%29.1%100197.2894.3900934.0%=⨯⨯⨯=Ar ，%05.0%100197.2801.4400033.0%2=⨯⨯⨯=CO 。

1.2 解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。

按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。

故三种污染物体积百分数分别为： SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。

1.3 解：1）ρ（g/m 3N ）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=--c （mol/m 3N ）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。

2）每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg1.4 解：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12g μ=10.8g μ1.5 解：由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=2102369.0105.19102.22102422=⨯⨯⨯==--∝O p p M Hb O COHb ，COHb 饱和度%15.192369.012369.0/1/222=+=+=+=Hb O COHb Hb O COHb Hb O COHb COHb CO ρ1.6 解：含氧总量为mL 960100204800=⨯。

习题 1、由太阳常数S0'=1367 W/m 2,请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的辐5/u射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。

①辐射出射度（P66）:辐射通量密度（W/m2）任意距离处太阳的总辐射通量不变：j S = 4二rsFs - 4dSd0 £Fs 2~r s11 2 21.496 10 m 1367Wm8 26.96 108m6.316 107Wm，②2-4：r s F s=4汉 3.1415926域（6.96汉108m）2汉 6.316汉107Wm，= 3.84 1026W③6 2_2二Js。

3.1415926 6.37 10 m 1367Wm26：」s 3.8445 10 W= 4.53 1040答案：①6.3x107W/m2；②3.7X1O26W ;③4.5汇10」°,约占20亿分之一。

2、设大气上界太阳直接辐射（通量密度）在近日点时（d1=1.47 108km）为S,在远日点时（d2=1.52 108km）为S2,求其相对变化值'一'是多大。

答案：6.5% S1同 1（ 1）：S2S iS i4 二d；4~d l1.4721.5221—0.9353= 0.06473、有一圆形云体，直径为2km，云体中心正在某地上空1km处。

如果能把云底表面视为7C 的黑体，且不考虑云下气层的削弱，求此云在该地表面上的辐照度。

174W/m2云体：余弦辐射体+立体角根据：2兀cF T Lcosg」12 - T4Lcosv sin rd0 0又由绝对黑体有F T=；「T4"L所以此云在该地表面上的辐照度为-T41 _8 45.6696 10 7 273=174Wm‘4、设太阳表面为温度5800K的黑体，地球大气上界表面为300K的黑体，在日地平均距8离d0=1.50 >10 km时，求大气上界处波长’=10」m的太阳单色辐照度及地球的单色辐射出射度。

第一章1.2 解：由我国《环境空气质量标准》二级标准査得三种污染物日平均浓度限值如下：S02： 0.15mg/m 3, N02： 0.12mg/m 3, CO ： 4.00mg/m 3o 按标准状态下 In?干空气计算，其 i x 103摩尔数为 ----- =44.643mol 。

故三种污染物体积百分数分别为：22.41.3解V SO 2= 150*1 O'6, Q=22000m 3/h(1) C m =(l 50* 10-6*22000*64)/(22.4*22000)=0.429* 10_3kg/m 3C M = C m *22.4=9.6*10-3kg/m 3 C v =0.015%(2) m SO 2=( 150* 10'6*22000*24*64)/22.4* 10=226.29 kg/d1.7解由题意知：n(H +)= 1 O'4'5-1 O'65=( 10 °5-1 O'25)* 1(y 4=0.31307*1 O'4 mol/L n(Ca(OH)2)= 1 /2n(H +)=O.156535*10'4mol/L n(CaCO 3)= n(Ca(OH)2)= 0.156535* lO^mol/L m 石灰石= (0.156535* 1 O'4* 100*0.4* 10) /88%=0.7115*104kg=7.115t第二章2.5解由题意可知，空气过剩系数a=1.5(1)燃烧1kg 煤所需要的理论空气量为：V a ° = V Oi 0/0.21 = (1.866+ 5.556w” +0.699叫-0.7vv o )/0.21=(1. 866X0. 705+5. 556X0. 037+0. 699X0. 006-0. 7X0. 047) /0. 21 =7. 11 (m 3)SO 2：O.15X1Q-3 64 x 44.643 =0.052ppm,NO 2： 0.12x10』 46 x 44.643=0.058ppmCO ：4.00x10-328 x 44.643=3.20ppm o则所需的实际空气量为v=6z v o=l.5X7.11=10. 67 (m3)d山于标准状况下，理论湿烟气量为V f° = 1.866w c +11.11 +1.24(1/X + %)+0.699%+0.79匕°+0.8林=1. 866X0. 705+11. 111X0. 037+1. 24(7. 11 X0. 01+0. 09)+0. 699X0. 006+0. 79X 7.11+0.8X0. 009=7. 55 (m3)当空气过剩系数为1・5时，完全燃烧的湿烟气量为V f=V f°4- (cz-1) V a°+1.24(a-l)V a°d a=7. 55+0.5X7. 11+1.24X0.5X7. 11X0.01=11. 15 (m3)则湿烟气屮，SO?的体积分数为：(6X0.9/32)X (224/1000)/11. 15=3. 39X10-4(2)标准状态下湿烟气中粉尘的浓度为10. 6%X60%X 10711. 15=5704. 04 (mg/m3)(3)烟气中NO的体积为(0. 9%X1000X50%/14) X (22. 4/1000) =0. 0072 (m3)则湿烟气川NO的体积分数为0. 0072/11. 15=6. 46X10 4(4)It煤中所含S的摩尔质量为106X0. 6%/32=187. 5 (mol)当nca/n s=l. 7时，燃烧It煤所需要的Ca的摩尔最为nca=l. 7X187. 5=318. 75 (mol)则燃烧It煤所需的石灰石量为318. 75X40/35%二3. 64X10’ (g)2.7解(1)过剩空气系数可以以下式计算为：=1/[1-79(0. 08-0. 5X0. 02)/21(1-0. 08-0. 11-0. 02- 1 2 0 *1 0 ~6)] =1. 5（2）在测定状态下，气体的摩尔体积为PM T2 _ 101325X22.4X443刁= 38.58（厶/加引）「叵一273x93.31xl(P取1Y烟气进行计算，则SO?为120X10_6ni3,湿烟气中SO2排放浓度为[120X10^X64X(1-8%)]/ (3 8. 5 8 X 10 3 ) =0. 1 9 9g/m3(3)标况下，干烟气的体积流量为：[5663.37X22.4 (1 -8%) ]/ 3 8 .5 8 X60=1. 8 1 5 X10' (m3/h)(4)标准状态下干烟气屮颗粒物浓度为30X3 8. 5 8/ [22.4 (1-8%)] =56.16 (g/m3)2.8解C10H20NX的式量是140+14X,质量分数C=, H二，N=Va0==Vf0=l. 866Wc+ll. 111WH+0. 79 Va0+0. 8WN=Vf二VF0+ ( a -1) VaO+1. 24 ( a -1) Va0da=NO 的体积分数*1000/14) *(22.4/1000) *50%]/ Vf<=230*10-5得x=0. 051438106 所有N (%) = (14*0. 052)/(12*10+1*20+14+0. 052)=0. 51% 2.14 解CO 转化率二30-2. 2/30*100%二92. 67%NOx 转化率二4. 5-0. 5/4. 5*100%=8& 89%附加题：第二早：3・5解： 粒径为0.4um,常压下肯宁汉修正系数 C U = = 1 + 6.21X 10-4T/^/, =1 + 6.21X 10_4X 387.5/0.4«1.6 希、w (0.4xl0-6)2x2310x9.81xl,6 . , .. in _5 , 所以 Vs= = ------- - - - ------------- -------------- ---------- 7?7/5 = 1.43x10 - mis18/z 18x2.26xl0'5 H =Uj = 4.29x10"加5粒径为40umV d 細g vs = --- ----- = 18“(40X 10-6)2X 2310X 9.81, NNOO ,------------------- m / s = 0.088/?? / s 18x2.26xl0-5Re ?=———=■ P 0.91x8.91x10—2 X40XKT 6八一彳= ------------------------ ---------- =0.144 2.26x10-5H = 2.67m粒径为400umdovRe 3 = = 279.8 //= 7.98m3・9解：粒径为25/zm,应处于Stokes 区域，考虑忽略坎宁汉修正：dlp n °叫=』Zg=3・69xlO-2〃/$。

2.1 已知重油元素分析结果如下：C：85.5% H：11.3% O：2.0% N：0.2% S：1.0%，试计算：1）燃油1kg所需理论空气量和产生的理论烟气量；2）干烟气中SO2的浓度和CO2的最大浓度；3）当空气的过剩量为10%时，所需的空气量及产生的烟气量。

解：1kg燃油含：重量（g）摩尔数（g）需氧数（g）C 855 71.25 71.25H 113－2.5 55.25 27.625S 10 0.3125 0.3125H2O 22.5 1.25 0（1）理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg设干空气O2：N2体积比为1：3.78，则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg重油。

即474.12×22.4/1000=10.62m3N/kg重油。

烟气组成为CO271.25mol，H2O 55.25+11.25=56.50mol，SO20.1325mol，N23.78×99.1875=374.93mol。

理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg重油。

即502.99×22.4/1000=11.27 m3N/kg重油。

（2）干烟气量为502.99－56.50=446.49mol/kg重油。

SO2百分比浓度为%07.%10049.4463125.=⨯，空气燃烧时CO2存在最大浓度%96.15%10049.44625.71=⨯。

3）过剩空气为10%时，所需空气量为1.1×10.62=11.68m3N/kg重油，产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m3N/kg重油2.2 普通煤的元素分析如下：C65.7%；灰分18.1%；S1.7%；H3.2%；水分9.0%；O2.3%。

（含N量不计）1）计算燃煤1kg所需要的理论空气量和SO2在烟气中的浓度（以体积分数计）；2）假定烟尘的排放因子为80%，计算烟气中灰分的浓度（以mg/m3表示）；3）假定用硫化床燃烧技术加石灰石脱硫。

四章 大气扩散浓度估算模式4.1 污染源的东侧为峭壁，其高度比污染源高得多。

设有效源高为H ，污染源到峭壁的距离为L ，峭壁对烟流扩散起全反射作用。

试推导吹南风时高架连续点源的扩散模式。

当吹北风时，这一模式又变成何种形式？ 解：吹南风时以风向为x 轴，y 轴指向峭壁，原点为点源在地面上的投影。

若不存在峭壁，则有]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2),,,(222222'zz y z y H z H z y u Q H z y x σσσσσπρ+-+---= 现存在峭壁，可考虑ρ为实源与虚源在所关心点贡献之和。

实源]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22222221z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---= 虚源]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22222222z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπρ+-+----= 因此]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2222222z z y zy H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---=+ ]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[2222222zz y z y H z H z y L u Q σσσσσπ+-+---- =]}2)(exp[]2)(]}{exp[2)2(exp[)2{exp(222222222z z y y zy H z H z y L y u Q σσσσσσπ+-+----+- 刮北风时，坐标系建立不变，则结果仍为上式。

4.2 某发电厂烟囱高度120m ，内径5m ，排放速度13.5m/s ，烟气温度为418K 。

大气温度288K ，大气为中性层结，源高处的平均风速为4m/s 。

试用霍兰德、布里格斯（x<=10H s ）、国家标准GB/T13201－91中的公式计算烟气抬升高度。

1.已知某种无烟煤的收到基水分含量为5.0%,干燥基灰分含量为 26%,干燥无灰基元素分析结果如下:C 91.7%,H 3.8%, O2.2%,N 1.3%, S1.0%.求该种煤的收到基组成和干燥基组成.解:收到基的组成为水分:5%; 灰分:95%×26%=24.7%; 干燥无灰基的比例为:1-5%-26%=70.3%;因此C: 91.7%×70.3%=64.47%; H: 3.8%×70.3%=2.67%; O: 2.2%×70.3%=1.55%;N: 1.3%×70.3%=0.91%; S: 1.0%×70.3%=0.7%干燥基的组成为: 灰分: 26%;干燥无灰基的比例为:1-26%=74%;因此:C: 91.7%×74%=67.86%; H: 3.8%×74%=2.81%; O: 2.2%×74%=1.63%; N: 1.3%×74%=0.96%; S: 1.0%×74%=0.74%2.已知重油的元素分析如下(质量百分比)：C 85.5％；H 11.3%；O 2.0％；N 0.2%；S 1.0％；试计算燃油1kg所需要的理论空气量。

燃烧1kg所需要的理论氧气量为:(71.25+28.25-0.625+0.3125)mol=99.1875mol燃烧1kg所需要的理论空气量为:99.1875×4.78mol=474.12mol转化为体积为:V a=474.12×22.4×10-3m3/kg=10.62 m3/kg3. 已知重油的元素分析如下(质量百分比)：C 85.5％；H 11.3%；O 2.0％；N 0.2%；S 1.0％；试计算(1)燃油1kg所产生的理论烟气量;(2)干烟气中二氧化硫的浓度和二氧化碳的最大浓度;(3)当空气过剩系数为10%时,所需的空气量和产生的烟气量.解：(1)燃烧后产生的理论烟气量为:(71.25+56.5+0.0714+0.3125)+99.1875×3.78=503.06mol转化为标态下的体积:V f=503.06×22.4×10-3=11.27m3N(2)燃烧1kg重油产生的干烟气量为503.06-56.5=446.56mol烟气中SO2的最大浓度为:Φso2=0.3125/446.56=700×10-6烟气中SO2的最大浓度为:ΦC o2=71.25/446.56=15.96%(3)所需空气量为Va=10.62×(1+10%)=11.68 m3N产生的烟气量为V f=11.27+10.62×10%=12.33 m3N4.某锅炉燃用煤气的成分如下(体积百分比):H2S:0.2%;CO2:5%;O2:0.2%; CO:28.5%;H2:13%; CH4:0.7%;N2:52.4%.已知空气的水分体积百分数为 1.493%,α=1.2,试求燃烧实际需要的空气量和燃烧时产生的烟气量.理论需氧量为：（3-2+142.5+65+14）=222.5mol/kmol煤气=0.2225 m3N /m3N煤气实际需要的干空气量为:222.5×4.78×1.2=1.276 m3N /m3N煤气转化为湿空气: Va=1.276/(1-0.01493)= 1.296m3N /m3N煤气燃烧后产生的烟气量为: V f =(4+50+285+130+21+524)×10-3+1.296-0.2225=2.087 m 3N /m 3N 煤气5 已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数k g =2.74×10-7kmol/(m 2·s ·kPa),液膜吸收系数k l =6.94×10-5m/s,亨利系数H=1.5kmol/(m 3·kPa)。

作业习题解答第一章 概 论1.1 解：按1mol 干空气计算，空气中各组分摩尔比即体积比，故n N2=0.781mol ，n O2=0.209mol ，n Ar =0.00934mol ，n CO2=0.00033mol 。

质量百分数为%51.75%100197.2801.28781.0%2=⨯⨯⨯=N ，%08.23%100197.2800.32209.0%2=⨯⨯⨯=O ；%29.1%100197.2894.3900934.0%=⨯⨯⨯=Ar ，%05.0%100197.2801.4400033.0%2=⨯⨯⨯=CO 。

1.2 解：由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下：SO2：0.15mg/m 3，NO2：0.12mg/m 3，CO ：4.00mg/m 3。

按标准状态下1m 3干空气计算，其摩尔数为mol 643.444.221013=⨯。

故三种污染物体积百分数分别为： SO 2：ppm 052.0643.44641015.03=⨯⨯-，NO 2：ppm 058.0643.44461012.03=⨯⨯- CO ：ppm 20.3643.44281000.43=⨯⨯-。

1.3 解：1）ρ（g/m 3N ）334/031.1104.221541050.1N m g =⨯⨯⨯=-- c （mol/m 3N ）3334/1070.6104.221050.1N m mol ---⨯=⨯⨯=。

2）每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10－3kg=891kg1.4 解：每小时沉积量200×（500×15×60×10－6）×0.12g μ=10.8g μ1.5 解：由《大气污染控制工程》P14 （1－1），取M=2102369.0105.19102.22102422=⨯⨯⨯==--∝O p p M Hb O COHb ， COHb 饱和度%15.192369.012369.0/1/222=+=+=+=Hb O COHb Hb O COHb Hb O COHb COHb CO ρ1.6 解：含氧总量为mL 960100204800=⨯。