成信工《大气科学基础》课后习题

《大气科学基础》课后习题PARTI1地球是目前所知太阳系中唯一有生命演化的高度文明的行星，它具有什么独特条件？它的大气演化有什么特点？2现代大气的组成成分中，哪些成分对大气热力过程起作用？哪些对大气化学、云、降水和大气辐射起作用？最丰富的4种成分是哪些？哪种变化最大、它为什么重要？3从理想气体方程pV=nRT出发，计算在压强1013.25mb（1mb=100Pa）、温度15oC时，1cm3的空气中有多少氧气分子？其中V为体积，n为摩尔数（mol），1mol物质中的分子数为6.022×1023个，称为阿福加德罗(Avogadro)常数，R=8.2145J·mol-1·K-14从干空气和水汽的状态方程推导湿空气的状态方程。并解释在相同温度和压强下，为什么湿空气比干空气轻？5假设气压标高为8km，在气压为500mb的高度上，1cm-3的空气中有多少氧气分子？并解释为什么民航飞机要加压？6地面温度20oC，大气从地面到10km高度的减温率是6oC·km-1，随后大气变成逆温，减温率为-5oC·km-1。求大气在15km高度处的温度。7如果大气密度不变，即为不可压大气，已知大气厚度为10km，地面气压为1000mb，在哪个高度气压会变为500mb？绘制这种情况下气压随高度变化的图像，并与课程中的等温大气进行比较讨论。8设想现在大气中没有臭氧层，按温度垂直减温率划分大气垂直结构，请分层并为每层命名。就你所知，太阳系中的行星有这样的大气结构吗？9热层几百K的温度是如何探测得到的？设想没有航空服保护的正常人身处这样的环境，会发生一些什么情况？10说明天气和气候的定义和区别，并指出下面哪些说话是天气？哪些是气候？（1）因学生多，到下课时，教室内温度升高到25oC；（2）中国北方的夏季现在变得越来越热；（3）本站历史最高日降水量为200mm；（4）北京明天天气晴转多云；（5）今天最高温度达到35oCPARTII1蓝色光的波长为0.48m，它的频率、波长是多少？2假设地球大气为一等温气层，温度为Ta，它透过太阳辐射但吸收所有的热红外辐射。证明地表温度为T=21/4Ta。如果地气系统反射率为30%，太阳系数为1366W·m-2,求地表温度。3大气温室和农业生产中的温室（花坊）有什么不同？4为什么温室效应增强会使地表温度增大，但它不能改变辐射平衡温度？5如果地球上云量增多，辐射平衡温度和地表温度如何变化？6考虑长波辐射时，可以忽略大气对长波辐射的散射效应。波长为的长波辐射能（其辐射通量密度为Ein），在均匀且温度为T的等温大气中沿某一直线路径传输了微小距离，辐射能在这段距离内的变化为。已知大气吸收系数，写出的表达式。7在高山上滑雪时，人们常常带眼镜，为什么？8请找寻有关预防霜冻有哪些方法？原理是什么？PARTIII1湿空气气压为1013.25hPa，在室温20oC时1m-3的体积中含有10g水汽。求水汽压、相对湿度、绝对湿度、混合比、比湿和露点温度。2从很冷的室外进入温暖的室内时，眼睛上会出现凝结现象。为什么从温暖室内到很冷的室外，眼睛上却没有凝结？3平水面的饱和水汽压是在纯水和纯水汽的情况下得到的，在实际情况下，常常是考虑湿空气的饱和水汽压。纯水和纯水汽中加入干空气后，饱和水汽压如何变化？4请解释为什么露点温度能反应实际水汽含量，而相对湿度不能？5气象台站使用干湿球温度表的测量值如何得到相对湿度和露点温度？如果干湿球温度表在观测时，湿球纱布上使用的是稀盐水，得到的相对湿度和露点温度如何变化？6形成露和霜的天气条件有哪些？为什么？7列举一些雾，并解释它们是如何形成的。在什么地方或时间我们能发现这些雾？8雾在夜晚生成，如果继续冷却，露点温度怎么变化？9请推导湿空气（干空气和水汽组成）的状态方程为，其中p、为湿空气的气压和密度，，称为虚温。其中为水汽混合比。10如果湿空气中包含有水汽和液态水滴，其中它们相对于干空气的混合比分别为和，请推导虚温PARTIV1云对地球气候有什么作用？设想如果现在地球大气中无云存在，地球环境将如何变化？2云的分类中4种基本云型名称和意义是什么？3举出每属云的两个显著特征。4如何区分浓积云与积雨云、高积云和层积云、后卷积云和薄高积云、卷层云和卷积云？5观测地平线附近云的时候，会出现哪些问题？有没有避免的办法？6在某地面气象站，观测测到午后天空出现积云，此时台站气温为32oC，露点温度为28oC，试估计云底高度。7一个垂直观测的探测器离可以旋转的云幕灯2500m，在夜间，探测器探测到其上空云底的云幕灯强光源照射的光点，同时测到云幕灯的仰角是30o，请确定云高。8用地球静止气象卫星和极轨气象卫星观测大气现象，各有什么优缺点？9卫星红外云图和可见光云图的原理是什么？如何用它们来识别云？你还希望从这些云图上得到云的什么信息？10图中4.6中阴影区是云在水平面的投影图像，计算云的分数维。PARTV1计算在干绝热过程中，露点温度随高度增加是减小的。2证明在绝热过程中，形成的对流云云底高度为（km），云底的温度（称为饱和温度）为，其中、为地面观测的气温和露点温度。3自由对流高度是气块从地面绝热上升后，气块的温度再一次等于环境温度时的高度，在此高度以上，气块的温度将大于环境的温度，因而气块可以自由向上运动。如果已知气块的抬升凝结高度为，环境大气的温度递减率为，其中，和为常数。证明气块的自由对流高度可表示为。4有一未饱和湿空气团经过一高度为3km的山，在山脚湿气团的气温是20oC，露点温度是12oC。已知=6oC·km-1，大气环境温度递减率为8oC·km-1。（1）湿气团上升形成云，云底高度是多少？（2）在山顶处，湿气团和环境的温度是多少？（3）大气的静力稳定度如何？（4）如果在山的迎风坡，空气中凝结的水全部降落，求在山的背风坡与迎风坡山脚相同高度处的温度和露点。5在夏日陆地上无云的日子，请定性描述一下从日出后24小时内地面附近大气稳定度的变化。6以干空气为例，根据（5.2.2）式和（5.2.3）式讨论为什么会出现大气稳定度、中性和不稳定情况？7画图说明飞机尾迹云的形成原因。8空气下沉能形成云吗？需要什么条件？9冷的空气团移到温暖水面上，可能会出现什么类型的云？10收集至少3条看云识天气的气象谚语，并解释谚语的依据。PARTVI1在同样温度条件下，水滴表面上的饱和水汽压为什么比平水面的大，而冰面上的饱和水汽压又比水面上的小?2什么是溶质效应和冰晶效应？3说明暖云和冷云降水机制。4在相对干净的空气中，凝结核浓度为100km-3，地面温度为30oC，形成的积云云底高度1000m，典型雨滴半径为1mm。请通过计算，说明只有凝结过程，云滴能形成雨滴吗？5在某一冷云中，冰核争夺可用水量，形成了数密度为10km-3，半径为5mm的球形冰雹。如果形成的冰雹数密度增大到104km-3，冰雹半径是多少？6用干冰（固体CO2）和用AgI播云机制有何不同？7简述雪、冻雨、冰粒和冰雹的差异。8如果你在风雪天气中走失，根据本章学到的知识，你将如何地御风寒？9解释为什么测量降雪量与降雨量困难。10请设计一个自动测量降雪的仪器。它是如何工作的？PARTVII1在靠近地面3km内，气压随高度近似线性减小，即每上升100m，气压下降10hPa。请检验之。2查阅相关书籍，请说明用水银气压表测量气压可获得本站气压，为什么要进行仪器误差、温度差和重力差订正？3把白贝罗定律应用与南半球，如果和叙述？4垂直方向上气压梯度力要比水平方向上的气压梯度力大很多，但大气运动的垂直速度却比水平速度小得多。为什么？5说明气温差异能产生气压梯度，并最终形成风。6试比较地转风和梯度风的异同点。7计算在北纬30o、60o和90o处自由大气中某高度处的地转风速。已知这个高度上空气密度是1.0kg·m-3，气压梯度为（-）=1.5×10-2hPa·m-1。8在北半球海平面处，沿着经圈方向从30oN到45oN，气压升高1%，温度没有变化，维持在10oC。求平均地转风的大小和方向。9从地面到高空，风如何变化？10根据文中提供的公式，写出风寒温度（单位oC）随实际气温（单位oC）和风速（单位：m·s-1）的变化公式，并绘图。PARTVIII1热力环流是如何形成的？哪些天气系统属于热力环流？2什么是焚风？其产生的原因有哪些？3如果地球自传方向与现在的相反，全球大气环流会发生什么变化？4三圈环流模型与实际大气环流在哪些方面不同？原因何在？5解释北半球对流层内出现西风急流的原因。6什么是涌升流？它是如何形成的？7厄尔尼诺和拉尼娜事件发生过程中，大气形势和海洋状况如何变化？8在45oN处，西风带西风平均风速为16m·s-1时，估计罗斯贝静止波的波长。如果实际波长大于或小于静止波长，罗斯贝波将东进还是西退？PARTIX1叙述气团的定义和气团形成的条件。不同气团的天气情况如何？2内吉龙的气团分类法是如何对气团进行分类的？可细分为哪些类？3根据什么来识别锋？各类锋面（冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋）的天气状况如何？4简绘理想的锋面气旋和反气旋的垂直结构，并画出等压面图和水平流场示意图，并作简要说明。5叙述锋面气旋的发展和消亡过程。它因何才能得以发展并加强？6叙述锋面气旋控制下某地的天气状况。7从涡度的概念说明大气长波的形成。8从发展中气旋的输送带模式说明气旋的天气特征，并找一幅卫星云图加以比较。PARTX1如何判断气层是潜在不稳定？2什么是CIN和CAPE，它们对雷暴的生成与发展有什么作用？3绘图说明抬升凝结高度、自由对流高度和平衡高度。这三个高度的意义是什么？4触发雷暴生成的空气抬升机制有哪些？5什么是风切？为什么强的风切可以导致强雷暴？6普通雷暴单体的机构及其影响下的天气与超强单体的主要差异有哪些？7雷暴从西北方向移向当地，另有风速为10m·s-1的从东南方向吹来的气流，地面附近温度为30oC，如果你看到闪电10s后听到雷鸣，不考虑气流对声音传播速率的影响，雷鸣处距离你有多远？如果雷鸣处的垂直高度为2km，大气减温率为干绝热减温率，在地面距离雷鸣声源正下方多远处以外听不到雷鸣？8能产生龙卷的风暴与一般风暴有何差异？9说明在考虑龙卷风的受力平衡时，科氏力是可以忽略的。10查阅相关资料，请说明如何防备雷暴和龙卷灾害。PARTXI1从温度、风和气压来说明北半球台风的空间结构。南半球的台风与北半球的有何不同？2比较台风的中纬度锋面气旋的主要特征的差异。3比较台风和龙卷风的平均尺度和强度，你认为哪个破坏力更强，为什么？4热带的天气特征是什么？与中纬度的天气有何不同？热带天气中哪些条件适合台风生成？5台风形成的4个必要条件是什么？列举一些初始扰动形成的例子。6科幻小说中的超级台风，最大风速超过声速。请分析说明这样的超级台风不可能出现。7简述台风的生命史。根据网络上提供的气象卫星图片，尽量找到一个比较全面的台风生命史的例子。8简述台风形成的对流理论，它有哪些不足？9台风的灾害体现在哪些方面？台风对人类有益处吗？10影响我国的台风路径有哪些？请查阅文献书籍或网页，列举至少一个不同路径的台风。PARTXII1臭氧洞是如何形成的？有什么危害？2什么是光化学烟雾？简述其成因和危害。3酸雨是怎样造成的？酸雨的危害有哪些？4为什么说酸雨、臭氧洞和温室效应是全球性的环境问题？5防治大气污染有哪些途径？6在一天中，烟囱污染物扩散随大气稳定度是如何变化的？7什么是气象分析？为什么需要气象分析？8天气预报的主要方法有哪些？9数值天气预报是如何实现的?为什么这种预报有时会失败？PARTXIII1现代的气候概念是什么？气候系统包括哪些部分？2什么是正反馈和负反馈过程？与人的健康或人的身体有关的正、负反馈过程各举一例。3气候系统有哪些重要的反馈过程？哪些具有不确定性？4如何进行气候重建、主要使用了哪些资料和技术？5过去的100年（20世纪）气候是如何变化的？6小冰期在哪个时候发生？导致小冰期发生的可能原因是什么？7影响气候变化的因子主要有哪些？8如何获得未来气候的变化？未来全球变暖可能造成哪些影响？9全球变暖在哪些方面对地球有益？10考古发现一木雕，用仪器测量获得其14C衰减变化为每克碳每分钟平均有12次计数值，而现代一棵活着的树则为15次计数值。请确定木雕制作的时间。PARTXIV1说明分子散射与粒子散射的主要差异。2空气分子、爱根核、霾粒子、雾滴、云滴和雨滴的平均半径（单位）分别为10-4、10-2、0.1、1、10和103。它们对于0.5的可见光的散射属于瑞利散射、米散射或几何光学散射中的哪种？3说明在对流层内，在平均状况下，大气的折射率梯度主要决定于气压梯度。4华、22o晕和彩环都是圆环形光学现象，它们在特征和形成原因上有何不同？5