大氣物理學(xué)學(xué)位考試大綱

精選大氣物理學(xué)大氣物理學(xué)是一門(mén)氣象專(zhuān)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(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)理論， 為學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 本門(mén)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(shí)。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(gè)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(gè)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(yáng)的距離及重力場(chǎng)的強(qiáng)度，對(duì)嗎？為什么？2）地球具有哪些獨(dú)特的條件，使它成為太陽(yáng)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(duì)濕度，（e）絕對(duì)濕度，（f）比濕。歡迎下載精選2）什么是大氣氣溶膠粒子？它在哪些大氣過(guò)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(huì)有什么變化？3）計(jì)算氣壓為1000hPa，氣溫為27℃時(shí)的干空氣密度和在相同溫壓條件下，水汽壓為20hPa時(shí)的濕空氣密度。（4）計(jì)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T?z四、作業(yè)：（1）氣溫為3℃,相對(duì)濕度為 30％，求露點(diǎn)霜點(diǎn)及水汽密度。 若大氣壓強(qiáng)為 1005hPa，求比濕。（2）計(jì)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

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?3）簡(jiǎn)述南極臭氧洞產(chǎn)生的原因。4）計(jì)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(chēng)和特點(diǎn)及大氣質(zhì)量計(jì)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zzz的單0e8000，試估計(jì)地球大氣的總質(zhì)量。其中位為米， 0 1.27（千克/米3）歡迎下載精選（2）已知地面氣壓 p＝1000hPa，溫度 t=10℃，露點(diǎn)td=5℃,①請(qǐng)求出其比濕 q,虛溫tv,空氣密度 .②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)=?③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(kgm2)（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 (cm).3）若高空某一層的氣壓是地面氣壓的一半，假設(shè)：①地面到該層為等溫層，平均溫度為290k；②地面氣溫是288k，而減溫率為6.5k/gpkm.請(qǐng)分別計(jì)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(jì)算大氣中氖的總質(zhì)量。3）計(jì)算“標(biāo)準(zhǔn)大氣”中海平面處的壓強(qiáng)標(biāo)高和密度標(biāo)高。4）計(jì)算氣壓為1000hPa，氣溫為10C時(shí)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(jì)算此時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)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(shì)高度公式歡迎下載精選4）標(biāo)準(zhǔn)大氣5）氣壓的時(shí)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 0.65℃/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(shí)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(huà)出均質(zhì)大氣、等溫大氣和多元大氣的溫度、壓強(qiáng)、密度的垂直變化曲線示意圖，并分析比較。2）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算當(dāng)氣壓為1000.0百帕，溫度為40.0℃和-40.0℃時(shí)的地表附近的氣壓階。4）計(jì)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(guò)程一、要求：掌握輻射的基本知識(shí)、熱輻射的基本定律、太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減方式及規(guī)律、太陽(yáng)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)律歡迎下載精選（3）地球大氣與輻射的相互作用（4）太陽(yáng)輻射在地球大氣中的傳輸（5）地球—大氣系統(tǒng)的長(zhǎng)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(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率為0.1，對(duì)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(jì)算地球表面和大氣的輻射平衡溫度。2）若太陽(yáng)常數(shù)增加5%，那么太陽(yáng)表面的有效溫度將增加多少呢？3）當(dāng)日地距離為一個(gè)天文單位時(shí)，試求在赤道和極地的太陽(yáng)輻射日總量的最大值和最小值。（4）波長(zhǎng)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(guò)厚度為 10米的云。若忽略散射影響，則測(cè)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(yáng)常數(shù) S0=1367W/m2，請(qǐng)計(jì)算：①太陽(yáng)表面的輻射出射度；②全太陽(yáng)表面的輻射通量；③整個(gè)地球得到的太陽(yáng)輻射通量占太陽(yáng)發(fā)射輻射通量的份數(shù)。（2）一立方體的黑體，每邊長(zhǎng) 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(gè)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(guò)厚 100米的氣層，已知?dú)鈱拥钠骄鶜怏w密度為 0.1千克/米3，氣層對(duì)某波長(zhǎng)的吸收系數(shù)為 10-2米2/千克，試計(jì)算某波長(zhǎng)通過(guò)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(guò)程和假絕熱過(guò)程； 了解干、歡迎下載精選濕絕熱過(guò)程和方程， 掌握抬升凝結(jié)高度、 位溫、假相當(dāng)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(duì)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(guò)程3）可逆的飽和絕熱過(guò)程和假絕熱過(guò)程4）大氣熱力學(xué)圖解5）絕熱混合過(guò)程6）等壓冷卻過(guò)程7）溫濕參量8）大氣的靜力穩(wěn)定度9）整層氣層升降時(shí)穩(wěn)定度的變化10）逆溫層三、例題：1）空氣微團(tuán)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(tuán)溫度。若微團(tuán)進(jìn)一步抬升200百帕，求它的最終溫度，在抬升過(guò)程中凝結(jié)出多少液態(tài)水？2）標(biāo)出LCL、CCL及LFC的高度，分析地面氣塊絕熱上升時(shí)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。①當(dāng)天最高氣溫要達(dá)到多少度才有可能出現(xiàn)熱雷雨？②判斷1000～900hPa及850～800hPa是否對(duì)流性不穩(wěn)定？為什么？3）在400百帕處，空氣微團(tuán)溫度為230開(kāi)，試問(wèn)它的位溫等于多少？若微團(tuán)絕熱下降到600百帕處，溫度為多少？（4）近地層濕空氣微團(tuán)的氣壓、溫度、濕度分別為 1000百帕、25℃、16.3千克，試計(jì)算凝結(jié)高度。歡迎下載精選四、作業(yè)：（1）氣流在p=950hPa時(shí),t=14C,q=0.008。氣流遇山坡被抬升，山頂壓強(qiáng)為700hPa，過(guò)山后下沉。若凝結(jié)出的水分70％在爬坡途中降落，求背風(fēng)面950hPa處氣流的溫度，比濕及位溫，假相當(dāng)位溫。Rcp（2）試把泊松方程T(P)cp變?yōu)閜Vcv常數(shù)的形式。T0P0（3）在1000百帕高度上有一未飽和濕空氣微團(tuán)，當(dāng)它上升到500百帕高度時(shí)，溫度由原來(lái)290開(kāi)增加為295開(kāi)，試問(wèn)未飽和濕空氣微團(tuán)每上升100米吸收多少焦耳的熱量？（4）已知空氣微團(tuán)P=990百帕，t25℃，10℃，求：a.在該狀態(tài)的,q,qs,f,Zg,se,sw,e,E,TV.該空氣微團(tuán)上升到凝結(jié)高度時(shí)的p,T,f,,se.該空氣微團(tuán)從初態(tài)絕熱上升到凝結(jié)高度的過(guò)程中，其對(duì)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)（1~6章），北京大學(xué)出版社，2003參