大氣物理學(xué)學(xué)位考試大綱.doc

大氣物理學(xué) 大氣物理學(xué)是一門氣象專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)該課程是為了使學(xué)生了解和掌握大氣物理學(xué)各個方面的基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)理論，為學(xué)習(xí)專業(yè)課打下堅實基礎(chǔ)。本門課主要包括大氣的組成和結(jié)構(gòu)、大氣靜力學(xué)、大氣輻射、大氣熱力學(xué)等知識。第一章 行星大氣和地球大氣的演化一、要求：了解地球的演化和地球生命的起因，掌握地球大氣演化的三個階段。二、考試內(nèi)容（1） 行星大氣（2） 地球大氣的演化三、例題：（1）地球大氣的演化大體可分為 、 和 三個階段。四、作業(yè)：（1）行星大氣的演化主要決定于該行星距太陽的距離及重力場的強度，對嗎？為什么？（2）地球具有哪些獨特的條件，使它成為太陽系中唯一存在生命的星球？第二章 地球大氣的成分及其分布一、要求：了解空氣的主要成分、主要的氣象要素；掌握濕度的表示法、狀態(tài)方程、虛溫、水汽和大氣氣溶膠的作用等概念。二、考試內(nèi)容（1）干潔大氣（2）大氣中的水汽（3）大氣氣溶膠三、例題：（1）氣溫15.0，大氣壓力1015.0百帕，混合比0.01 ，求（a）飽和水汽壓，（b）水汽壓，（c）飽和差。（d）相對濕度，（e）絕對濕度，（f）比濕。（2）什么是大氣氣溶膠粒子？它在哪些大氣過程中有重要作用？如果假想大氣中完全不存在大氣氣溶膠，地球大氣環(huán)境會有什么變化？（3）計算氣壓為1000hPa，氣溫為27時的干空氣密度和在相同溫壓條件下，水汽壓為20 hPa時的濕空氣密度。（4）計算垂直密度梯度，在該高度上密度為1.0千克/米3，溫度為23.1，氣溫直減率為0.65/100米。如果空氣密度不隨高度變化，那么四、作業(yè)：（1）氣溫為3,相對濕度為30，求露點霜點及水汽密度。若大氣壓強為1005 hPa，求比濕。（2）計算垂直密度梯度，在該高度上密度為1.0千克/米3，溫度為23.1，氣溫直減率為0.65/100米。如果空氣密度不隨高度變化，那么 （3）簡述南極臭氧洞產(chǎn)生的原因。 （4）計算氣壓為1000百帕，溫度為7.0的飽和濕空氣的虛溫和虛溫差。第三章 大氣的分層和結(jié)構(gòu)一、要求：了解大氣的垂直分層結(jié)構(gòu)，掌握分層的方法、各層名稱和特點及大氣質(zhì)量計算方法。二、考試內(nèi)容（1）大氣分層（2）大氣質(zhì)量及其垂直分布三、例題：（1）設(shè)空氣密度隨高度變化為，試估計地球大氣的總質(zhì)量。其中的單位為米，（千克/米3）（2）已知地面氣壓p1000hPa，溫度 t =10，露點td = 5, 請求出其比濕q, 虛溫tv, 空氣密度r. 若溫度和比濕不隨高度改變，求850hPa等壓面離地面的高度z (gpm) =? 若在1000-850hPa的氣層中，比濕不隨高度變化，求出底面積為 1m2 氣柱中水汽總質(zhì)量mv ()（提示：先求空氣總質(zhì)量）。如果其全部凝結(jié)為液體水落至地面，則水層有多厚.（3）若高空某一層的氣壓是地面氣壓的一半，假設(shè)：地面到該層為等溫層，平均溫度為290k；地面氣溫是288k，而減溫率為6.5k/gpkm.請分別計算在以上兩種情況下該等壓面的高度。四、作業(yè)：（1）支配地球大氣中氣體成分隨高度分布的因素有哪些？地面上大氣與500km以上大氣有何不同？（2）已知大氣中氖的平均濃度是18ppmv，計算大氣中氖的總質(zhì)量。（3）計算“標準大氣”中海平面處的壓強標高和密度標高。（4）計算氣壓為1000hPa，氣溫為10C時干空氣的密度。在上述相同的氣壓和氣溫條件下，若空氣中的水汽壓為20hPa，計算此時濕空氣的密度和水汽密度，并作比較.第四章 大氣靜力學(xué)一、要求：了解標準大氣定義及其應(yīng)用；掌握靜力學(xué)基本方程及物理意義、各種壓高公式及氣壓場的基本型式。二、考試內(nèi)容（1）大氣靜力學(xué)方程（2）大氣模式（3）氣壓位勢高度公式（4）標準大氣（5）氣壓的時空分布三、例題：（1）設(shè)地面氣壓為1013百帕，溫度為0.0，試求在均質(zhì)大氣中3997米和7995米高度上的氣壓。（2）已知/100米，地面氣溫0.0，氣壓1000.0百帕，求多元大氣在3997米和7995米高度上的氣壓（百帕）。（3）試比較具有相同氣壓和溫度（978.0百帕和32.5）的飽和濕空氣和干空氣的氣壓階。（4）設(shè)等溫大氣溫度隨時間變化，但地面氣壓維持不變，試證明在等于均質(zhì)大氣高度，空氣密度也維持不變。四、作業(yè)：（1）畫出均質(zhì)大氣、等溫大氣和多元大氣的溫度、壓強、密度的垂直變化曲線示意圖，并分析比較。（2）根據(jù)標準大氣的規(guī)定，求氣壓分別為1000hPa、500hPa和100hPa處單位氣壓高度差。（3）計算當氣壓為1000.0百帕，溫度為40.0和-40.0時的地表附近的氣壓階。（4）計算均質(zhì)大氣的氣溫直減率。第五章 地面和大氣中的輻射過程一、要求：掌握輻射的基本知識、熱輻射的基本定律、太陽輻射在大氣中的衰減方式及規(guī)律、太陽常數(shù)、大氣保溫效應(yīng)；了解大氣逆輻射、地面有效輻射和能量平衡等概念。二、考試內(nèi)容（1）輻射的基本概念（2）輻射的物理規(guī)律（3）地球大氣與輻射的相互作用（4）太陽輻射在地球大氣中的傳輸（5）地球大氣系統(tǒng)的長波輻射（6）地球、大氣及地氣系統(tǒng)的輻射平衡三、例題：（1）若視大氣為一薄層，它對太陽輻射的吸收率為0.1，對地球輻射的吸收率為0.8，設(shè)地球表面具有黑體性質(zhì)，試計算地球表面和大氣的輻射平衡溫度。（2）若太陽常數(shù)增加5%，那么太陽表面的有效溫度將增加多少呢？（3）當日地距離為一個天文單位時，試求在赤道和極地的太陽輻射日總量的最大值和最小值。（4）波長為0.6328的氦氖激光束輸出了毫瓦能量，它以與云層法線成30度的方向通過厚度為10米的云。若忽略散射影響，則測得射出功率為1.57576和0.01554毫瓦，試求容積消光系數(shù) 和垂直光學(xué)厚度 四、作業(yè)：（1）由太陽常數(shù)=1367 W/m2，請計算：太陽表面的輻射出射度；全太陽表面的輻射通量；整個地球得到的太陽輻射通量占太陽發(fā)射輻射通量的份數(shù)。（2）一立方體的黑體，每邊長10厘米，如果把它加熱到727度，求此黑體放射的輻射能有多少瓦？（3）一個物體的輻射通量密度為1396.5瓦/米2，吸收率為0.8，試求其溫度等于多少度？（4）設(shè)有一束平行光線與鉛直方向成60度的角度入射并通過厚100米的氣層，已知氣層的平均氣體密度為0.1千克/米3，氣層對某波長的吸收系數(shù)為10-2米2/千克，試計算某波長通過氣層的光學(xué)厚度、大氣質(zhì)量數(shù)、透明度。第六章 大氣熱力學(xué)基礎(chǔ)一、要求：掌握大氣的熱力學(xué)基本定律；了解可逆的飽和絕熱過程和假絕熱過程；了解干、濕絕熱過程和方程，掌握抬升凝結(jié)高度、位溫、假相當位溫等概念；掌握判定穩(wěn)定度的方法及影響大氣層結(jié)變化的因子；了解對流性不穩(wěn)定、逆溫層等概念；熟練地使用T-lnP圖分析大氣。二、考試內(nèi)容（1）應(yīng)用于大氣的熱力學(xué)基本定律（2）大氣中的干絕熱過程（3）可逆的飽和絕熱過程和假絕熱過程（4）大氣熱力學(xué)圖解（5）絕熱混合過程（6）等壓冷卻過程（7）溫濕參量（8）大氣的靜力穩(wěn)定度（9）整層氣層升降時穩(wěn)定度的變化（10）逆溫層三、例題：（1）空氣微團的初始溫度為15，從1000百帕處絕熱抬升，求在抬升凝結(jié)高度上的微團溫度。若微團進一步抬升200百帕，求它的最終溫度，在抬升過程中凝結(jié)出多少液態(tài)水？（2）標出LCL、CCL及LFC的高度，分析地面氣塊絕熱上升時不穩(wěn)定能量的垂直分布情況，確定大氣層屬于哪種穩(wěn)定度。當天最高氣溫要達到多少度才有可能出現(xiàn)熱雷雨？判斷1000900hPa及850800hPa是否對流性不穩(wěn)定？為什么？（3）在400百帕處，空氣微團溫度為230開，試問它的位溫等于多少？若微團絕熱下降到600百帕處，溫度為多少？（4）近地層濕空氣微團的氣壓、溫度、濕度分別為1000百帕、25、16.3千克，試計算凝結(jié)高度。四、作業(yè)：（1）氣流在 p = 950hPa 時, t = 14C, q = 0.008。氣流遇山坡被抬升，山頂壓強為700hPa，過山后下沉。若凝結(jié)出的水分70在爬坡途中降落，求背風面950hPa處氣流的溫度，比濕及位溫，假相當位溫。（2）試把泊松方程變?yōu)槌?shù)的形式。（3）在1000百帕高度上有一未飽和濕空氣微團，當它上升到500百帕高度時，溫度由原來290開增加為295開，試問未飽和濕空氣微團每上升100米吸收多少焦耳的熱量？（4）已知空氣微團P=990百帕，求：a. 在該狀態(tài)的b. 該空氣微團上升到凝結(jié)高度時的c. 該空氣微團從初態(tài)絕熱上升到凝結(jié)高度的過程中，其對外做（比）功為多少？教 材： 盛裴軒，毛節(jié)泰等編著：大氣物理學(xué)（16章），北京大學(xué)出版社，2003