大氣物理 復(fù)習(xí)

大氣物理復(fù)習(xí)提綱電子工程學(xué)院湯志亞tangzhiya@考試題型一、選擇題，20題，30分二、簡答題，2題，20分三、證明題，1題，15分四、計算題，3題，35分第一講大氣概述大氣的演變第一代大氣、第二代大氣、現(xiàn)代大氣大氣的成分及分布：地球大氣是由多種氣體以及漂浮于其中的固態(tài)、液態(tài)等顆粒物質(zhì)組成的。氣體成分、干潔大氣、相變特征、空氣密度:、平均分子量水汽的特點及分布規(guī)律CO2、O3的作用及分布?xì)馊苣z及其在大氣中的作用大氣的垂直結(jié)構(gòu)對流層、平流層的特點大氣的狀態(tài)參數(shù)及其變化氣壓隨時間和空間變化情況三種溫標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換、氣溫隨時空變化情況逆溫層及其形成原因各種濕度參量的定義及計算氣體的狀態(tài)方程及計算大氣靜力學(xué)方程、適用條件、應(yīng)用氣壓場的基本形式及位勢高度例：求溫度為20℃和-20℃時，1立方米空氣中所含的最大水汽質(zhì)量，第一個比第二個大多少倍。解：分別求出溫度為20℃和-20℃時的飽和水汽壓則約大15.7倍。例：在熱帶沙漠常常溫度高達(dá)45℃或更高，而相對濕度卻抵達(dá)2%，而在極低，溫度降低到零下40℃或更低，相對濕度卻近100%，試問哪個地區(qū)絕對濕度大，大多少倍？解：分別求出溫度45℃與-40℃時的飽和水汽壓E與它們的實際水汽e則熱帶沙漠地區(qū)絕對濕度大，大約大7.7倍第二講大氣輻射描述輻射場的物理量輻射通量輻射通量密度輻射強(qiáng)度輻射的基本定理基爾霍夫定律普朗克定律史蒂芬-波爾茲曼定律維恩位移定律平方反比關(guān)系大氣的吸收光譜吸收光譜水汽、氧氣、臭氧、二氧化碳的吸收光譜大氣窗大氣對輻射的散射大氣散射和吸收的不同瑞利散射、米散射的特點利用散射的原理解釋天空為什么是藍(lán)色太陽輻射在大氣中的傳輸太陽常數(shù)太陽輻射在大氣上界的分布解釋地球、大氣和地氣系統(tǒng)的輻射平衡例：一立方體的黑體，每邊長10cm，如果把它加熱到727度，求此黑體放射的輻射能有多少瓦？解：立方體的表面積為：每單位表面積放射的輻射為：黑體放射的總的輻射能為：例：一個物體的輻射通量密度為w/m2，吸收率，試求其溫度為多少度？其輻射的最大能量對應(yīng)的波長是多少？解：根據(jù)基爾霍夫定律：其中：

為黑體的輻射通量密度。所以根據(jù)維恩位移定律：所以假定有一反射率為a的行星，其大氣由兩個等溫層組成，它們對太陽輻射的吸收均為零，對行星的反射率的吸收均為0.5，設(shè)行星表面具有黑體性質(zhì)。試證行星輻射的通量密度在頂層為1/3E，在底層為2/3E，在行星表面為5/3E，其中為行星向太空反射的輻射通量密度。證：按題意作圖X為行星表面反射的輻射通量密度，Z為底層放射的輻射通量密度，Y為頂層放射的輻射通量密度，a為反射率，對行星表面來說，其輻射能收支為對大氣上界而言，行星向太空放射的輻射等于大氣和行星表面向太空放射的輻射通量密度之和。(1)(2)對頂層而言，其輻射能收支為(3)代入（2）式，代入（1）式，有將（5）代入（2）將（4）（6）代入（3）有(3)(4)(5)(6)第三講大氣熱力學(xué)基礎(chǔ)干空氣和未飽和的濕空氣的絕熱過程干絕熱過程、干絕熱方程、干絕熱遞減率位溫的定義位溫的應(yīng)用抬升冷凝高度抬升冷凝高度的估算飽和濕空氣的絕熱過程假濕絕熱過程、假濕絕熱遞減率假相當(dāng)位溫、假相當(dāng)溫度T-lnP圖的應(yīng)用大氣靜力穩(wěn)定度及其判別方法厚氣層的靜力穩(wěn)定度判別方法：若有一未飽和濕空氣流經(jīng)一座高3000米的高山，已知

，，試問（1）凝結(jié)高度等于多少？（2）在山頂處的溫度等于多少？（3）在背風(fēng)山麓處溫度等于多少？（注：取

，凝結(jié)的水全部下降掉）解：（1）直接帶入凝結(jié)高度公式：（2）設(shè)山頂處的溫度為

，凝結(jié)處高度為

。氣流在凝結(jié)高度以下是根據(jù)干絕熱直減率上升的，所以：在凝結(jié)高度以上氣流是根據(jù)濕絕熱直減率上升，所以山頂?shù)臏囟葹椋?）因設(shè)凝結(jié)的水全部下降掉，故在背風(fēng)波氣流是沿干絕熱下沉的，所以山腳處的溫度為：假設(shè)氣塊是絕熱等壓混合，且沒有發(fā)生凝結(jié)，故等壓絕熱過程就是等焓過程，可以采用態(tài)函數(shù)焓來計算。以下標(biāo)1和2分別表示兩個氣塊，有：某兩個位于等壓面的氣團(tuán)，其質(zhì)量、溫度、比濕、水汽壓和位溫分別為m1、T1、q1、e1、θ1和m2、T2、q2、e2、θ2，當(dāng)兩個氣團(tuán)絕熱等壓混合，混合后質(zhì)量為m，且沒有發(fā)生凝結(jié)，試求混合后的溫度、比濕、水汽壓和位溫。忽略水汽的影響，可得等壓絕熱混合溫度的簡化：因為：根據(jù)水汽壓和比濕的關(guān)系，有：任取單位體積氣塊，取鉛直向上方向為正，鉛直方向上的運動方程為：式中w為氣塊垂直運動速度，ρ為氣塊密度。假設(shè)環(huán)境空氣密度為

，由于處于靜力平衡，有：則氣塊的垂直加速度與其內(nèi)外密度差的關(guān)系為：某氣塊溫度為T，密度為ρ，其環(huán)境溫度為Te，密度為ρe，其重力加速度為g，試證明該氣塊在靜力平衡時的運動加速度為空氣密度與溫度高低以及所含的水汽多少有關(guān)，故常用其外內(nèi)外虛溫差來討論靜力穩(wěn)定度。根據(jù)準(zhǔn)靜力條件和狀態(tài)方程，有：分別為氣塊和同高度環(huán)境大氣的虛溫第四講大氣動力學(xué)基礎(chǔ)大氣動力學(xué)基本方程組及其近似分析地轉(zhuǎn)風(fēng)熱成風(fēng)梯度風(fēng)地轉(zhuǎn)偏差地轉(zhuǎn)適應(yīng)的尺度理論重力內(nèi)波產(chǎn)生原因及其氣象意義羅斯貝波產(chǎn)生機(jī)制及其特征地轉(zhuǎn)適應(yīng)機(jī)理只有風(fēng)場而沒有氣壓場假定風(fēng)場是西風(fēng)場在科氏力作用下產(chǎn)生北風(fēng)西風(fēng)場減弱空氣在南邊堆積，南邊出現(xiàn)高氣壓，北面出現(xiàn)低氣壓氣壓梯度力與科氏力達(dá)到平衡（地轉(zhuǎn)風(fēng)）只有氣壓場而沒有風(fēng)場南邊高氣壓北面低氣壓在氣壓梯度力作用下產(chǎn)生南風(fēng)南風(fēng)在科氏力作用下產(chǎn)生西風(fēng)分量西風(fēng)出現(xiàn)由北向南的科氏力氣壓梯度力與科氏力達(dá)到平衡（地轉(zhuǎn)風(fēng)）第六講云霧和降水水物理濕空氣達(dá)到飽和的途徑云霧形成的宏觀條件積狀云的宏觀特征層狀云、卷云的宏觀特征云降水的微觀特征云滴譜、雨滴譜、冰雹云粒子的均質(zhì)核化云粒子的異質(zhì)核化大氣凝結(jié)核什么是云中水循環(huán)次數(shù)？什么是降水效率？一般降水有哪兩個特點？降水量比上云內(nèi)含水量是云中水循環(huán)次數(shù)降水量比上入云水汽輸送量為降水效率一般云霧降水的降水量大于云內(nèi)含水量而小于入云水汽輸送量颮線、超級單體、多單體的特征零度層亮帶及其形成原因云滴的凝結(jié)增長降水物的降落與碰并微滴下落末速度碰并效率、碰撞效率、并合效率冰雹的干濕增長降水粒子的碰撞效率，和碰撞粒子的直徑之間的關(guān)系。碰撞的小水滴數(shù)和大水滴所掃過的幾何截面內(nèi)全部小水滴數(shù)（可能碰撞小水滴數(shù)）之比稱為碰撞效