第二章-大气热能和温度
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气象学与气候学思考题第一章引论1.气候系统气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈、和生物圈在内的,能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理体系。
2.大气圈可分为哪些层?对流层有何重要特征?大气圈可分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层。
对流层的特征:①气温随高度的增加而降低。
②垂直对流运动显著。
③气象要素水平分布不均。
3.什么叫露点、降水、降水量?①在空气中水汽含量不变,气压一定下,使空气冷却到饱和时的温度,称为露点温度,简称露点(T d)。
其单位与气温相同。
②降水是指从天空降到地面的液态或固态水,包括雨、毛毛雨、雪、雨夹雪、霰、冰粒和冰雹等(但露不属于降水)。
③降雨量是指降水落到地面后(固态降水则经融化后),未经蒸发、渗透、流失而在水边面上积聚的深度,降水量以毫米为单位。
4.写出干空气状态方程并阐明其意义。
①干空气状态方程为P=pR d T,其中第二章大气的热能与温度1.什么叫太阳常数?就日地平均距离来说,在大气上界,垂直于太阳光线的1cm2面积内,1分钟内获得的太阳辐射能量,称太阳常数,用I0表示,多取I0=1370W/m2.2.什么叫太阳辐射光谱?其能量是如何分布的?①太阳辐射中辐射能按波长分布,称为太阳辐射光谱。
②太阳辐射能量主要分布在在可见光区,占太阳辐射总量的50%,其次是红外区,占总能量的43%,而紫外区的太阳辐射能很少,只占总能量的7%。
3.大气对太阳辐射的削弱方式有哪几种?为何雨后天晴时的天空特别蓝?①大气对太阳辐射的削弱方式有吸收、散射、反射三种。
②雨后天晴时的天空特别蓝是因为空气中杂质、水汽等凝结物少,基本上是属于分子反射,而太阳辐射中青蓝色波长较短,容易被大气散射。
4.为何有云的夜晚气温比较高?有云的夜晚气温比较高是因为云能强烈吸收地面辐射并且能反射回地面,也就是大气的逆辐射,因此,当天空有云,特别是浓密的低云时,逆辐射就更强了。
5.写出泊淞方程,并说明其物理意义。
第二章大气的热能和温度第一节太阳辐射第二节地面辐射和大气辐射第三节地球热量平衡第四节大气的增温和冷却第五节大气温度随时间的变化第六节大气温度的空间分布一、辐射的基本知识(一)辐射(二)辐射光谱(三)辐射差额﹙R﹚二、太阳辐射(一)辐射以电磁波的形式向外不停地放出能量,这种传递能量的方式叫辐射,而传递出来的能量称为辐射能。
太阳、地面和大气间能量交换的波长范围0.15-120 μm 。
太阳辐射波长范围很广,但其能量的绝大部份集中在0.15-4 μm之间,习惯称短波辐射。
地面、大气间(简称地-气系统)波长3-120 μm ,习惯称长波辐射。
(气象上通常以4 μm 作为长短波的界限)(二)辐射光谱表示辐射能随波长的分布。
(三)辐射差额﹙R﹚在某一段时间内物体的辐射收支差值,称为辐射差额。
当物体的:收入大于支出,辐射差额为正,物体温度升高;收入小于支出,辐射差额为负,温度降低。
收入等于支出,差额为零,温度无变化。
此时为辐射平衡状态。
二、太阳辐射太阳辐射光谱和太阳常数太阳辐射在大气中的减弱到达地面的太阳辐射地面对太阳辐射的反射(一)太阳辐射光谱太阳辐射中的辐射能随波长的分布称为太阳辐射光谱。
(二)太阳常数在日地平均距离(1.5亿km)处的大气上界、垂直于太阳光线的平面、每分钟每平方厘米面积上得到的太阳辐射能量值,该数值称为太阳常数,用I。
表示。
据测算:I0=1367W/㎡(三)太阳辐射在大气中的减弱大气的吸收作用大气的散射作用云层对太阳辐射的反射(四)到达地表的太阳辐射经大气削减后到达地表的太阳短波辐射由直接辐射和散射辐射两部分组成。
二者之和为到达地表的太阳辐射总量,常称为太阳总辐射。
直接辐射由平行光形式直接投射到地面上的太阳辐射。
影响直接辐射值大小、强弱的两个最主要因素:大气透明度和太阳高度角(h⊙)。
大气透明度好,到达地表的直接辐射量多,反之则少。
太阳高度角(h⊙)愈小,太阳辐射强度愈弱,单位时间、单位面积地表上获得太阳辐射热能(直接辐射)愈少;相反愈多。
农业气象学第二章温度第一节热量交换方式一、辐射热交换是地面与大气之间热交换的主要方式,也在空气和空气之间进行二、分子传导是土壤中热交换的主要方式;三、流体流动热交换1.对流热力对流; 由热力原因引起的,通常发生在低层气温剧烈增高或高层温度冷却时动力对流:由动力作用而引起的,通常发生在空气水平运动遇山时被迫抬升时2.乱流:当地面受热不均匀,或空气沿粗糙不平的下垫面移动时,常出现一种小规模、无规则的升降气流或空气的涡旋运动3.平流:大范围空气的水平运动四、潜热交换:通过相变转移热能的方式第二节土壤温度一.地表的热量收支R = Q(1 - r)- F = P+ Qs+ LEQs:土壤热通量 LE: 潜热热通量 L : 汽化热 P : 乱流交换热通量二、土壤热特性土壤热特性包括:容积热容量: 单位体积的物质,温度变化 1℃所需吸收或放出的热量.导热率: 当土壤温度垂直梯度为1℃/m时,单位时间通过单位截面积上的热量。
导温率:土壤的导热率与容积热容量之比。
单位:m2·s-1三.土温的变化(一)土壤表面温度的日变化1.日变化规律:最低值出现在日出前,最高值出现在13时左右2.影响土温日较差因素:1)太阳高度角:辐射日变化大,日较差也越大.2)土壤热特性:λ大的土壤ΔT较小; Cm大的土壤,温度日较差较小.3)土壤颜色:深色ΔT日>浅色ΔT日4) 地形:凹地ΔT日>平地ΔT日>凸地ΔT日5)天气:晴天ΔT日>阴天ΔT日(二) 土壤表面温度的年变化:土壤表面月平均平均最高温度一般出现在7~8月,最低出现在1~2月.(三)温度在土壤中传播规律1)土层深度按算术级数增加,而土壤温度的振幅按几何级数减小.2)最高和最低温度出现的时间随深度增加而落后,其落后的时间与土壤深度成正比.大约深度每增加10cm,最高和最低温度出现的时间落后2.5~3.5小时.(四)土壤温度的垂直分布1 日射型:土壤温度随浓度的增加而降低。