气象学与气候学

1 第一章 引论 1、为什么对流层的高度因纬度而异？ 对流层对流运动的产生，主要由于地表不均匀受热。而地表所获得的热量因为纬度异而有不同，一般情况下，低纬强高纬弱，夏季强冬季弱。因此对流层高度由赤道向两极递减。同一纬度夏季厚度大冬季厚度小。

2、对流运动是怎样产生的？ 对流层的主要热源是地面，由于下垫面性质、纬度、季节等的差异造成地面不均匀受热，地面和高空产生气压差，进而产生对流运动。

3、为什么在对流层中上冷下热？ 因为对流层的主要热源是地面。对流层下部距离地面近，得到热量多；上部反之。 4、为什么云雨现象都集中在对流层？ ①由于地球引力作用，对流层集中了整个大气3/4的质量和几乎全部水汽； ②对流层垂直对流运动强烈，空气经对流和湍流运动，高低层空气进行热量交换，是地面的水汽、杂质等易于向上输送，进而成云致雨。

5、为什么平流层气温随高度增加而迅速上升？ 平流层受地面影响小，存在着大量臭氧吸收太阳辐射使温度升高，上层虽然臭氧层稀薄，但紫外线辐射强烈，因此温度随高度增加而上升。

6、为什么平流层大气稳定且天气晴朗？ ①水汽含量少；②气流平稳，空气垂直混合作用微弱。

7、高层大气中有一个与人类活动关系密切的层，叫什么？为什么？作用是什么？ 电离层。由于受强太阳辐射，产生带电离子和自由电子，使高层大气中产生电流和磁场，并反射无线电波 ，对人类通信等有很大影响。

第二章 太阳的热能和温度 第一节 太阳辐射 1. 概念: 太阳辐射, 太阳辐射光谱, 太阳常数. 太阳辐射：太阳以电磁波的形式向外传递能量。太阳辐射所传递的能量称为太阳辐射能。 太阳辐射光谱：太阳辐射中辐射能按波长的分布 。 太阳常数（I0）：在日地平均距离上，大气顶界垂直于太阳光线的单位面积上每分钟接受的太阳辐射，称为太阳常数，即 1367W／m2 。

2、太阳辐射光谱中能量是如何分布的? 太阳辐射主要是可见光，也有不可见的红外线和紫外线。在全部太阳辐 2

射能中，波长在占99%，且主要分布与可见光和红外线区，前者占50%，后者占43%，紫外线占7%。

3、为什么太阳辐射是短波辐射, 地面-大气系统是长波辐射? 因为太阳辐射波长主要集中在0.15—4μm之间，地面和大气辐射波长场集中在10—15μm之间，因而太阳辐射是短波辐射, 地面-大气系统是长波辐射。

4、大气对太阳辐射的吸收对太阳辐射有什么影响? 大气中吸收太阳辐射的成分主要是水汽、氧、臭氧、二氧化碳及固体杂质等。大气对太阳辐射的吸收有选择性，由于大气的主要吸收物质（臭氧、水汽）对太阳辐射的吸收带都位于太阳辐射光谱能量较小的两端区域，因此大气对太阳辐射的吸收对太阳辐射的减弱作用不大。

5、为什么天空有时是蓝色有时呈白色? 太阳辐射通过大气，遇到空气分子、尘埃等质点均会发生散射。若分子直径比波长短，则发生分子散射（蕾利散射），且波长越短散射越强。这种散射有选择性，因为太阳辐射中的蓝青光波长较短，容易被分子散射，因而雨后天晴天空呈蓝色。 若分子直径比波长长，则发生粗粒散射（米散射），这种散射无选择性，及辐射的各种波长均被散射。因此当空气中尘埃或雾粒较多时，一定范围内的长短波均被散射，因此天空呈灰白色。

6、太阳高度角的大小与到达地面的直接辐射有什么关系? 太阳高度角是影响太阳直接辐射的主要因素之一（另一个是大气透明度）。太阳高度角越大，等量的太阳辐射散布的面积越大，因而地面单位面积获得的辐射量小；太阳高度角越小，太阳辐射穿过的云层越厚，太阳辐射被减弱的越多，到达地面的越少。

7、请解释我国太阳总辐射量分布区域的原因? 我国太阳辐射总量最高在西藏，青海、新疆、黄河流域次之，长江流域与大部分华南地区很少。因为西北、华北属温带大陆性季风气候，晴朗干燥天气较多，日照时间长，因此辐射多；青藏高原海拔高，紫外线辐射多，因此辐射总量大；长江中下游属亚热带季风气候，云量多，对太阳辐射的削弱作用强，因此辐射总量少。

第二节 地面和大气的辐射 1. 地面有效辐射的多少与什么有关？ 地面放射的辐射与地面吸收的辐射之差成为地面有效辐射。实质是地表散失热量的多少。影响因子：地—气温差、空气湿度、空气透明度、云况、海拔、地面性质等。

2. 大气窗口及其作用是什么？ 大气在整个长波段，8—12μm,处吸收率最小，透明度最大，称为大气窗口。有 3

约20％的地面辐射由此射向宇宙空间，因此可利用红外辐射观测此波段的辐射强度，推断地表温度的变化。

3、大气的保温效应是什么？ 大气辐射指向地面的部分为大气逆辐射。大气逆辐射是地面因放射辐射而损耗的能量得到补偿，因此大气对地面有一定的保暖的作用，称为温室效应。

4、 为什么有云的夜晚比无云的夜晚暖？ 由于大气的温室效应，有云的夜晚使地面得到的大气逆辐射较多，因此有效辐射较小，地面散失的热量少，使温度较高。

5、 什么是地面辐射差额，具有什么特点？ 某段时间内单位面积地表所吸收的总辐射和其有效辐射的差值，称为地面辐射差额。地面辐射差额具有日变化和年变化。一般夜间为负，白天为正，夏季为正，冬季为负。其年振幅随纬度的增加而增大，同一纬度，陆地年振幅大于海洋。全球各纬度基本都为正，只有高纬度和某些高山地区为负值。就全球而言收入大于支出。

6、 地气系统辐射差额的存在有什么意义？ 就个别地区来看，地气系统辐射可正可负；就整个地-气系统看,多年平均为0，从而使全球达到辐射平衡。地气系统辐射差额分布不均，使高低纬受热不均，引起气压分布不均，导致大气运动，使高低纬间有水平的热量输送，进而产生大气环流。

第三节 大气的增温和冷却 1、为什么霜前冷，雪后寒，霜重见晴天？ 水汽在地面和地表物质上凝华形成霜。因为空气中的水汽在地表凝华时会释放出潜热，将空气的热量传给地面，从而使气温降低，因此霜前冷。雪是空气中的水汽在空中凝结形成，雪后融化时蒸发吸热，使气温下降。因为当地面迅速辐射冷却时才能凝华形成霜，只有情天才满足这一条件，因此霜重见晴天。

2、干绝热过程和湿绝热过程有什么不同？ 任一气块与外界无交换热量时的状态变化过程为绝热过程。当升降气块内部既没有水相变化又没有与外界热量交换过程时，称为干绝热过程。饱和空气绝热上升中，因饱和而发生冷却凝结，同时释放凝结潜热，加热气块的过程称为湿绝热过程。此过程涉及水汽凝结,但不考虑其他热量交换。

第四节 大气温度的时空变化 1. 气温的日变化特点是什么？ ① 一天内有一个最高值和一个最低值，最高值出现在午后14时左右，最低值出现在清晨日出前。 ② 日较差的大小与纬度、季节、和其他自然地理条件有关。日较差最大地区在副热带，向两极减小。 ③ 4

2、为什么最高气温在午后14时而非正午？ 正午太阳高度角最大，太阳辐射达最强，地表储存太阳辐射能而升温，到午后13点最高，再通过辐射、对流把地面的长波辐射传给大气，气温到14时达最高

3、 为什么阴天气温日较差比晴天小？ 阴天的云量比晴天多，由于云层对太阳辐射的削弱作用，白天地面得到的太阳辐射少，最高气温比晴天低；在夜间由于云层大温室效应，使地面散失的热量少，最低温反比晴天高。因此阴天温差小于晴天。

4、 为什么一年中气温最大值在大暑而非夏至？ 由于地面储存热量的原因，气温出现最高值的那天不是太阳辐射最强的夏至，而是比这一时段落后1—2个月。

5、 为什么北半球1月等温线比7月密集？ 1月太阳直射点在南半球，北半球高纬度地区不仅太阳高度低，且白昼时间短；低纬地区太阳高度角较高且白昼较长，因此1月份温差大；7月份太阳直射点在北半球，高纬地区虽然太阳高度角小，但白昼时间长，低纬地区太阳高度角大但白昼时间短，因此7月份的温差小。所以1月等温线比7月密集。

6、 为什么北半球7月南北温差比冬季小？（同上） 7、为什么北半球夏季陆地上的等温线凸向极地？ 同一纬度夏季陆地气温高于海洋。北半球海陆分布差异明显，因此陆地上的等温线凸向极地。

8、 辐射逆温是如何形成的,条件是什么? 由于地面强烈辐射冷却形成的逆温称为辐射逆温。在晴朗无云或少云的夜间，地面很快辐射冷却，近地面气层随之降温。离地面越近降温越多，离地面越远降温越少，因此形成了自地面开始的逆温。 条件：晴朗无云或少云的夜间，无风或微风。

9、 用图解释乱流逆温的形成过程? 由于低层空气湍流混合而形成的逆温称湍流逆温或乱流逆温。P57

第三章 大气中的水分 1.用分子运动论说明蒸发,凝结和饱和过程(E和e) 水在表面动能超过脱离液面所需的功的水分子，有可能克服周围水分子的吸引或相互碰撞，运动方向不断改变，其中有些向水面飞去而重新落入水中。单位时间内跑出水面的水分子比落回水中的水分子多，系统中的水就有一部分变成了水汽，即蒸发过程，反之为凝结过程。有可能在同一时间内，跑出水面的水分子与落回水中的水汽分子恰好相等，即水和水汽之间达到了两相平衡，这种平衡叫做动态平衡，动态平衡时的水汽称为饱和水汽。 . e e>E出现凝结（过饱和） 5

2. E的大小和哪些因素有关？ E为饱和水汽压，e为实际水汽压。与温度、蒸发面性质、蒸发面形状有关。

3.为什麽冰晶与水滴,大小水滴,冷暖水滴间利于水分转移.？ 冰晶与水共存时，可知冰晶的E小于水滴的E，当实际水汽压介于二者之间时，就会产生冰水之间的转移现象，水滴应因蒸发不断减小，冰晶因凝结不断增大，即冰晶效应。其他同理。

4. 说明云滴增大和降水的形成过程。 云体上升绝热冷却或有云外水汽输入时，使云内空气中的水汽压大于饱和水汽压，因此云滴能够凝结增长（63页凝结增长）。云滴增大加上冲并过程形成雨滴降落即降水。P74、75

5.大气中水汽凝结条件有哪些? 有凝结核存在，实际水汽压大于饱和水汽压。 使空气达到过饱和即实际水汽压大于饱和水汽压的途径：①通过蒸发使空气中水汽增加，实际水汽压大于饱和水汽压；②通过冷却作用，减小饱和水汽压，使其小于实际水汽压。

6、地面凝结物和空中凝结物可分为几类？分别简述其主要特征。 地面凝结物——露和霜：傍晚或夜间，由于地面辐射冷却，使近地面空气层降温之露点以下，当露点高于0℃时形成露，低于0℃时形成霜。 雾凇：形成玉树枝等地物迎风面上的白色疏松的微小冰晶或冰粒。分为晶状雾凇和粒状雾凇。P68 雨凇：形成于地面或地物迎风面上的透明或毛玻璃状的紧密冰层。由于过冷却雨滴降到低于0℃地物上冻结而成。P68 空中凝结物——雾:悬浮于近地面空气中的大量水滴或冰晶。分为辐射雾、平流雾、蒸发雾、上坡雾、锋面雾等。P69 云：空气中有凝结核，空气过饱和而凝结。对云来说，其过饱和主要有空其垂直上升进行绝热冷却形成。使空气上升的形式有热力对流、动力抬升、大气波动、地形抬升。分类：层状云（雨层云、高层云、卷云），波状云（层积云、高积云、卷积云），积状云（淡积云、浓积云、积雨云）P70