气象学与气候学期末复习提纲（简答题）

简答题

1、 试推导虚温的公式，并说明虚温的意义，推导公式1-10,1-12。 【答】：如果以P表示湿空气的总压强，e表示其中水汽部分的压强（即前述的水汽压），则P-e是干空气的压强。干空气的密度（?d）和水汽的密度（Pw）分别是 ?d?P?ee ?w?

RwTRdT*式中Rw为水汽的比气体常数，Rw?R?w?8.31/18J/(g.K)?0.4615J/g.K（?w为

水汽分子量=18g/mol）。

?dR* Rw??.?1.608Rd

?w?w?d因为湿空气是干空气和水汽的混合物，故湿空气的密度?是干空气密度?d与水汽密度?w之和，即

???d??w?R*P?ee1.608(P?e)?ePe???(1?0.378) RdTRwT1.608RdTRdTP将上式右边分子分母同乘以(1?0.378可以略去不计，上式可写成

ee2），并考虑到e比P小得多，因而(0.378)很小，PPe) P??PeRdT(1?0.378)P P??RdT(1?0.378上式为湿空气状态方程的常见形式。如果引入一个虚设的物理量——虚温（T?），即 T??(1?0.378由于(1?0.378e)T Pe)T恒大于1，因此虚温总要比湿空气的实际温度高些。引入虚温后，湿空P气的状态方程可写成 P??RT?

虚温的意义是在同一压强下，干空气密度等于湿空气面密度时，干空气应有的温度。 推导公式1-10: q?0.622e P因为q?mwM*RT ；由气体状态方程PV??md?mw可得mw?eV?w(P?e)V?dPV?m?m?m?；；； ddw***RTRTRTeV?w*?eeRT所以 q?=w?0.622

eV?w(P?e)V?d?PP?R*TR*Te同理推导公式1-12：??0.622

P?eeV?wm?eeR*T?w?0.622 ??w?

(P?e)V?md?dP?eP?edR*T2、 推导T?= (1 + 0.61?) T，其中?为混合比。 【答】：因为 T??(1?0.378因为??0.622eee； )T；考虑到e比P小得多，所以?PPP?ee?， T??(1?0.378?)T?(1?0.61?)T P?e0.6223、 试述湿度的定义，及各种表示湿度的方法。

【答】：湿度的定义：湿度是表示大气中水汽量多少的物理量。

大气湿度常用下述物理量表示： ① 大气压和饱和水汽压

② 相对湿度：就是空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值（用百分数表

示）即：f?e?100%，相对湿度直接反映空气距离饱和的程度。 E③ 饱和差（d）：在一定温度下，饱和水汽压与实际空气中水汽压之差。 ④ 比湿：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气总质量（水汽质量加上干空气质量）

的比值。q?mwe；q?0.622。

md?mwPmw，md⑤ 水汽混合比：一团湿空气中，水汽质量与干空气质量的比值。????0.622e P?e⑥ 露点：在空气中水汽含量不变，气压一定下，使空气冷却达到饱和时的温度。露点

差越大，湿度越小。

4、 试述绝热变化与非绝热变化区别与联系。 【答】：区别：空气与外界有热量交换，称为非绝热变化；空气与外界没有热量交换，称为绝热变化。

联系：同一时间对同一空气而言，温度的变化常常是两种原因共同引起的。何者为主，则要看当时的具体情况。当空气团停留在某地或在地面附近作水平运动时，外界的气压变化很小，但受地面增热和冷却的影响却很大，因而气温的非绝热变化是主要的。空气团作升降运动时，虽然也和外界交换热量，但因垂直方向上气压的变化很快，空气团因膨胀或压缩引起的温度变化，要比和外界交换热量引起的温度变化大得多，因而气温的绝热变化是主要的。 5、 试推导干绝热和湿绝热直减率。

CPdTi?RTidPi?0Pi上式两边同除以dZ【答】：干绝热直减率：

CPdTidPi

?RTidZPidZdTiRTidPi?dZCPPidZ?Pi?P?ρRT,??dPidP???ρgdZdZdTiRTi?ρgdZCPρRTgTi?CPT?γd?T?绝对温标中i?1T1.005J1.005?1000g?(m/s2)?m?CP??g?Kg?Kg9.8m/s20.98K1oC?γd????CP1005m2/(s2?K)100m100m

湿绝热直减率：1g饱和湿空气中含有水汽qsg，绝热上升，凝结了dqsg水汽，所释放出的潜热为：dQ??Ldqs ，L表示水汽的凝结潜热, 负号表示当有水汽凝结得到热量时，水汽减少 。

?Ldqs?CPdT?RTCpdT?RTdPPdP?LdqsPRTdPLdT??dqsCPPCPdTigTiLdqs???dZCPTCPdZdTiLdqs???d?dZCPdZ

类似于求干绝热直减率γd的推导Ldqs?dT???i???d?CPdZ?dZ?mLdqs?m??d?CPdZ6、如何有效地判断大气的稳定度？ 【答】：大气是否稳定，通常用周围空气的温度直减率（γ）与上升空气块的干绝热直减率（γd）或湿绝热直减率（γm）的对比来判断。对于干绝热的情况：

Ti?TgT?气块的温度Ti?Ti0??d?Z;周围的温度T?T0???Z;Ti0?T0 a? a?g???dT?Z（γ－γd）的符号，决定了加速度a与扰动位移△Z的方向是否一致，亦即决定了大气是否稳定。

当γ＜γd，若△Z＞0，则a＜0，加速度与位移方向相反，层结是稳定的； 当γ＞γd，若△Z＞0，则a＞0，加速度与位移方向一致，层结是不稳定的； 当γ=γd，a=0，层结是中性的。 总之：1) r越大，大气层结越不稳定;

2) rrd时, 无论空气是否饱和，都是不稳定的，绝对不稳定;

4) rm

7 、为何地球放出长波辐射，太阳放出短波辐射？ 【答】：由维恩位移定律：太阳为黑体，黑体单色辐射极大值所对应的波长（λm）是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。

黑体单色辐射强度极大值所对应的波长与其绝对温度成反比，即λmT=C

物体的温度愈高，其单色辐射极大值所对应的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其辐射的波长则愈长。

因为太阳温度高，地球吸收太阳辐射的能量，温度低；所以地球放出长波辐射，太阳放出短波辐射。

8、大气环流形成的主要因素有哪些？ 【答】：①太阳辐射作用：太阳辐射对大气系统加热不均是大气产生大规模运动的根本原因，而大气在高纬度间的热量收支不平衡是产生和维持大气环流的直接原动力。

②地球自转作用：在地转偏向力的作用下，气流在北半球气流偏右转。使极地流向赤道的气流转成东风；使赤道流向极地的气流转成西风；经圈环流变成了纬向环流。因而地球自转是全球大气环流形成和维持的重要因子。

③地表性质作用：由于海陆本身的物理性质不同，同一味的的海陆间存在热力差异。冬季陆地是冷源，海洋是热源；夏季相反。进而海陆间形成压力差，导致空气在海陆出现季节性流动---季风。海路和地形的共同作用，不仅使低层大气环流变得复杂化，而且也使中高层大气环流有在特定地区出现平均槽、脊的趋势。

④地面摩擦作用:地面摩擦作用是大气环流中纬向环流与经圈环流形成和维持的重要因素。大气环流的形成和维持，除上述因子外，还同大气本身的特殊性质有关。 9、为什么地球气候带基本呈纬向分布，但又不完全与纬线平行？ 【答】：受太阳辐射影响，地球气候带呈纬向分布；受大气环流、海陆分布、地形、海拔高度影响，地球气候带又不完全与纬线平行。

10、北半球冬、夏季500hPa大气环流有哪些显著特点？ 【答】：在北半球对流层中，高层的平均水平环流形式是西风带上存在着大尺度的平均槽、