2015年气象学与气候学习题答案 - cuit

第一章 引论

1、说明“天气”和“气候”的区别和联系，并指出下列问题中哪些是天气性的，哪些是气候性的。

（1）室外棒球赛因雨而被取消； （2）今天下午最高气温25℃ （3）我要移居昆明了，那里阳光明媚，四季如春。

（4）本站历史最高温度为43摄氏度； （5）成都明天天气阴有阵雨。 答：天气与气候既有联系又有区别： 区别：（1）概念不同

天气：某地在某一瞬间或某一段时间内，大气状态和大气现象的综合。

气候：在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下，某一地区多年间

大气的一般状况，既包括大气的平均状况，也包括极端状况。

（2）变化周期不同

天气：变化快，周期短；气候：变化慢，周期长。 联系：天气是气候的基础，气候是天气的总结和概括。

气候是在多年观测到的天气基础上所得出的总结和概括，是在一定时段内由大量天气过程综合而得出的长期大气过程， 二者之间存在着统计联系，从时间上反映 出微观与宏观的关系 判断：属于天气的为（1、2、5），属于气候的为（3、4） 2、（1）某一中纬度城市的海平面气温为10℃，探空资料显示大气温度直减率为6.5℃/km，对流层顶部气温为-55℃，试问其对流层顶的高度是多少？

（2）同一天赤道地区某地的气温是25℃，探空资料给出大气温度直减率为6.5℃/km，对流层顶高16km，那么对流层顶部的气温是多少？ 答：（1）已知：T0=10℃， γ=6.5℃/km，T=-55℃， 根据T= T0 +γZ → Z=10km （2）已知：T0=25℃， γ=6.5℃/km，Z=16km， 根据T= T0 +γZ → T=-79℃ 3、已知在0℃、10℃、20℃、30℃和40℃时水面的饱和水汽压分别为6.1hPa、12.3 hPa、23.9 hPa 、42.3 hPa 、73.9 hPa。假设一教室内气温为30℃，经测定其露点温度为10℃，那么该教室内空气的相对湿度是多少？ 答：

RH?ea12.3?????100%?29.1%es42.34、已知空气温度在13.4℃时，饱和差为4.2hPa，那么空气要冷却到多少度时才达饱和？ 答：已知t=13.4℃ e?6.11?es?15.4hPa17.27t?e?????hPa?6.11?exp()????t?8.63℃d?es?ea?????ea?es?d?????????????????hPaat?237.3?17.27t????t?237.3??6.11?e?17.27?13.4????13.4?237.3?

5、已知相对湿度f=40%,气温为15℃，大气压为p=1000hPa，求实际水汽压e、比湿q和水汽混合比γ。

e17.27?15答： RH?a????ea?RH?es?40%?6.11?exp()???6.82hPae15?237.3s

e6.82?q?0.622a???0.622?4.24?10?3g/g

P1000

e6.82 ???0.622a???0.622?4.27?10?3g/gP?ea1000?6.82

6、某湿空气气块的P=1000hPa，e=25hPa， t=32℃，其中干空气为3000g，试问：

（1）该气块中含有多少克水？

（2）若保持温度不变，气压增加到1020hPa，需要增加多少克水汽刚好使其达到饱和？ 答：思路1

emwmw25?0.01555???（1） ?q?0.622a???0.622P1000md?mw3000?mw

??mw?47.39g

（2）达到饱和时的比湿为： ea6.11?exp((17.27?32)/(237.15?32))?q?0.622???0.622?0.029 P1020 mwmw???????????????????????? md?mw3000?mw

??mw?89.6g?

所以 ?mw?89.6?47.39?42.21g

思路2

mm25（1） ???0.622ea???0.622?0.0159??w?wP?ea1000?25md3000

??mw?47.7g（2）达到饱和时的比湿为：

?es(t?32)?6.11?exp((17.27?32)/(237.15?32))?47.56

emm47.56 ??0.622a???0.622?0.03042??w?wP1020?47.56md3000

???mw?91.26g?

??mw?91.26?47.7?43.56g

第二次作业

1、未饱和气块的起始气压P0=1000hPa，温度T0=280K，比湿q=2.5×10-3g/kg，试计算在多 元大气中（γ=0.6℃/100m）,该气块绝热上升到600m处的水汽压和饱和水汽压。 答：根据多元大气压高方程，计算出600m高空处大气的压强为： 思路1

g 9.8?ZR?0.6/100?6000.287*1000*0.6/1001、注意在多元大气中忽略了水汽(1?)?1000(1?) PZ?P0的影响，因此R用干空气的比气T0280 体常数；2、注意R的单位，J/g.K，换算为国际单位J/kg.K ?????929.0hPa由于大气一般处于准静力平衡状态，气块的压强与周围大气的压强相等，因此气块的压强也为929.0hPa。

由于气块做干绝热过程，故依据泊松方程可得出600m处高空气块的温度T：

0.286 0.286??TPT929.0?? ??????????????T?274.2K?1.05℃T0?P0?280?1000?

故气块的饱和水汽压为：

es(t?1.05)?6.11?exp((17.27?1.05)/(237.3?1.05))?6.59hPa 根据比湿q的计算公式：

eeq?0.622????2.5?10?6?0.622???e?3.73?10?3hPa

P929

2、气压为950hPa、温度-3℃、水汽压为3.62hPa的未饱和湿空气的位温是多少？ 答：未饱和湿空气的露点温度是：

es?3.62?6.11?exp((17.27?t)/(237.3?t))?t??7.0℃

0.2860.286 ?1000??1000????T0???=???????????=???????? ?????℃P950???0?

3、初始温度为27℃的干空气微团，从1000hPa绝热上升到500hPa，它的终止温度为多少度 答：依据泊松方程得到：

0.2860.286

T?P?T?500??????????? ????T?246.17K=-26.98℃T0?P0?273.15+27?1000? 4、近地层一气块的气压、温度和比湿分别为1000hPa、25℃、16.3g/kg，受热影响作绝热上升，假如水汽含量不变，计算其凝结高度（即气块中水分发生凝结高度）。 在实际情况中未饱和湿空气在上升绝热过程中水汽含量是减少的，因此要依据凝结高度公式来计算。

设T0和Td0分别为起始高度气块的温度和露点，则气块干绝热上升的凝结高度Zc为： Zc?123?T0?Td?

起始状态时气块的水汽含量为： q?0.622e??????.3?10?3?0.622?e??e?26.21hPaP1000

依据饱和水汽压公式可计算出气块发生凝结时的温度（露点温度）为： es?26.21?6.11?exp((17.27?t)/(237.3?t))?t?21.85℃ 依据凝结高度公式计算可得凝结高度为：

Zc?123??T0?Td??123?(25?21.85)?387.45m

5、有一未饱和湿空气经一座高3000m的高山，已知湿空气在山脚处的温度t0=20℃，露点td=15,湿空气爬坡上升过程中可视为绝热过程（假设湿绝热直减率γm=0.5℃/100m，凝结出来的水全部下降掉），试问：

（1）凝结高度等于多少？

（2）在山顶处的温度等于多少？ （3）在背风山麓处温度等于多少？ 答：

（1）依据凝结高度公式可得：

Zc?123??T0?Td??123?(20?15)?615m

（2）未饱和湿空气从地表上升到615m处属于干绝热过程，故根据干绝热直减率可得615m处的气温为：

T615?T0????z??20?0.98/100?615?14.0℃

从615m处到山顶3000m过程认为气块始终处于饱和状态，因此属于湿绝热过程，依据湿绝热直减率可得山顶处的温度为：

Ttop?T0??m??z??14?0.5/100?(3000?615)?2.1℃

（3）从山顶往下运动属于干绝热过程，故背风山麓处的温度为：

Tbottom?T0????z??2.1?0.98/100?3000?31.5℃

6、若甲气象站的海拔高度为200米，测得气压为988hPa、温度-11℃，邻近的乙气象站气压为980hPa、温度-13℃，问乙气象站的海拔高度为多少？ 答：依据等温大气压高方程 PZ2?Z1?18400(1?t/273)log1 P2t的单位为摄氏度，且取两个高度?11?13988

上温度的平均值 Z2?200?18400(1?/273)log得： 2980 ??Z2?262.1m 7、某日登山活动中测得山脚、山顶的气压和温度分别为1000hPa、温度10℃和955hPa、5℃，试估算山有多高？

P答：依据等温大气压高方程 Z2?Z1?18400(1?t/273)log1

Z2?0?18400(1??Z2???????m10?51000/273)log2955P2