《大氣科學(xué)基礎(chǔ)》課后習(xí)題PARTI1地球是目前所知太陽系中唯一有生命演化的高度文明的行星，它具有什么獨(dú)特條件？它的大氣演化有什么特點(diǎn)？2現(xiàn)代大氣的組成成分中，哪些成分對(duì)大氣熱力過程起作用？哪些對(duì)大氣化學(xué)、云、降水和大氣輻射起作用？最豐富的4種成分是哪些？哪種變化最大、它為什么重要？3從理想氣體方程pV=nRT出發(fā)，計(jì)算在壓強(qiáng)1013.25mb（1mb=100Pa）、溫度15oC時(shí)，1cm3的空氣中有多少氧氣分子？其中V為體積，n為摩爾數(shù)（mol），1mol物質(zhì)中的分子數(shù)為6.022×1023個(gè)，稱為阿福加德羅(Avogadro)常數(shù)，R=8.2145J?mol-1?K-14從干空氣和水汽的狀態(tài)方程推導(dǎo)濕空氣的狀態(tài)方程。并解釋在相同溫度和壓強(qiáng)下，為什么濕空氣比干空氣輕？5假設(shè)氣壓標(biāo)高為8km，在氣壓為500mb的高度上，1cm-3的空氣中有多少氧氣分子？并解釋為什么民航飛機(jī)要加壓？6地面溫度20oC，大氣從地面到10km高度的減溫率是6oC?km-1，隨后大氣變成逆溫，減溫率為-5oC?km-1。求大氣在15km高度處的溫度。7如果大氣密度不變，即為不可壓大氣，已知大氣厚度為10km，地面氣壓為1000mb，在哪個(gè)高度氣壓會(huì)變?yōu)?00mb？繪制這種情況下氣壓隨高度變化的圖像，并與課程中的等溫大氣進(jìn)行比較討論。8設(shè)想現(xiàn)在大氣中沒有臭氧層，按溫度垂直減溫率劃分大氣垂直結(jié)構(gòu)，請(qǐng)分層并為每層命名。就你所知，太陽系中的行星有這樣的大氣結(jié)構(gòu)嗎？9熱層幾百K的溫度是如何探測(cè)得到的？設(shè)想沒有航空服保護(hù)的正常人身處這樣的環(huán)境，會(huì)發(fā)生一些什么情況？10說明天氣和氣候的定義和區(qū)別，并指出下面哪些說話是天氣？哪些是氣候？（1）因?qū)W生多，到下課時(shí)，教室內(nèi)溫度升高到25oC；（2）中國(guó)北方的夏季現(xiàn)在變得越來越熱；（3）本站歷史最高日降水量為200mm；（4）北京明天天氣晴轉(zhuǎn)多云；（5）今天最高溫度達(dá)到35oCPARTII1藍(lán)色光的波長(zhǎng)為0.48m，它的頻率、波長(zhǎng)是多少？2假設(shè)地球大氣為一等溫氣層，溫度為Ta，它透過太陽輻射但吸收所有的熱紅外輻射。證明地表溫度為T=21/4Ta。如果地氣系統(tǒng)反射率為30%，太陽系數(shù)為1366W?m-2,求地表溫度。3大氣溫室和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的溫室（花坊）有什么不同？4為什么溫室效應(yīng)增強(qiáng)會(huì)使地表溫度增大，但它不能改變輻射平衡溫度？5如果地球上云量增多，輻射平衡溫度和地表溫度如何變化？6考慮長(zhǎng)波輻射時(shí)，可以忽略大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的散射效應(yīng)。波長(zhǎng)為的長(zhǎng)波輻射能（其輻射通量密度為Ein），在均勻且溫度為T的等溫大氣中沿某一直線路徑傳輸了微小距離，輻射能在這段距離內(nèi)的變化為。已知大氣吸收系數(shù)，寫出的表達(dá)式。7在高山上滑雪時(shí)，人們常常帶眼鏡，為什么？8請(qǐng)找尋有關(guān)預(yù)防霜凍有哪些方法？原理是什么？PARTIII1濕空氣氣壓為1013.25hPa，在室溫20oC時(shí)1m-3的體積中含有10g水汽。求水汽壓、相對(duì)濕度、絕對(duì)濕度、混合比、比濕和露點(diǎn)溫度。2從很冷的室外進(jìn)入溫暖的室內(nèi)時(shí)，眼睛上會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象。為什么從溫暖室內(nèi)到很冷的室外，眼睛上卻沒有凝結(jié)？3平水面的飽和水汽壓是在純水和純水汽的情況下得到的，在實(shí)際情況下，常常是考慮濕空氣的飽和水汽壓。純水和純水汽中加入干空氣后，飽和水汽壓如何變化？4請(qǐng)解釋為什么露點(diǎn)溫度能反應(yīng)實(shí)際水汽含量，而相對(duì)濕度不能？5氣象臺(tái)站使用干濕球溫度表的測(cè)量值如何得到相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度？如果干濕球溫度表在觀測(cè)時(shí)，濕球紗布上使用的是稀鹽水，得到的相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度如何變化？6形成露和霜的天氣條件有哪些？為什么？7列舉一些霧，并解釋它們是如何形成的。在什么地方或時(shí)間我們能發(fā)現(xiàn)這些霧？8霧在夜晚生成，如果繼續(xù)冷卻，露點(diǎn)溫度怎么變化？9請(qǐng)推導(dǎo)濕空氣（干空氣和水汽組成）的狀態(tài)方程為，其中p、為濕空氣的氣壓和密度，，稱為虛溫。其中為水汽混合比。10如果濕空氣中包含有水汽和液態(tài)水滴，其中它們相對(duì)于干空氣的混合比分別為和，請(qǐng)推導(dǎo)虛溫PARTIV1云對(duì)地球氣候有什么作用？設(shè)想如果現(xiàn)在地球大氣中無云存在，地球環(huán)境將如何變化？2云的分類中4種基本云型名稱和意義是什么？3舉出每屬云的兩個(gè)顯著特征。4如何區(qū)分濃積云與積雨云、高積云和層積云、后卷積云和薄高積云、卷層云和卷積云？5觀測(cè)地平線附近云的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)哪些問題？有沒有避免的辦法？6在某地面氣象站，觀測(cè)測(cè)到午后天空出現(xiàn)積云，此時(shí)臺(tái)站氣溫為32oC，露點(diǎn)溫度為28oC，試估計(jì)云底高度。7一個(gè)垂直觀測(cè)的探測(cè)器離可以旋轉(zhuǎn)的云幕燈2500m，在夜間，探測(cè)器探測(cè)到其上空云底的云幕燈強(qiáng)光源照射的光點(diǎn)，同時(shí)測(cè)到云幕燈的仰角是30o，請(qǐng)確定云高。8用地球靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星觀測(cè)大氣現(xiàn)象，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？9衛(wèi)星紅外云圖和可見光云圖的原理是什么？如何用它們來識(shí)別云？你還希望從這些云圖上得到云的什么信息？10圖中4.6中陰影區(qū)是云在水平面的投影圖像，計(jì)算云的分?jǐn)?shù)維。PARTV1計(jì)算在干絕熱過程中，露點(diǎn)溫度隨高度增加是減小的。2證明在絕熱過程中，形成的對(duì)流云云底高度為（km），云底的溫度（稱為飽和溫度）為，其中、為地面觀測(cè)的氣溫和露點(diǎn)溫度。3自由對(duì)流高度是氣塊從地面絕熱上升后，氣塊的溫度再一次等于環(huán)境溫度時(shí)的高度，在此高度以上，氣塊的溫度將大于環(huán)境的溫度，因而氣塊可以自由向上運(yùn)動(dòng)。如果已知?dú)鈮K的抬升凝結(jié)高度為，環(huán)境大氣的溫度遞減率為，其中，和為常數(shù)。證明氣塊的自由對(duì)流高度可表示為。4有一未飽和濕空氣團(tuán)經(jīng)過一高度為3km的山，在山腳濕氣團(tuán)的氣溫是20oC，露點(diǎn)溫度是12oC。已知=6oC?km-1，大氣環(huán)境溫度遞減率為8oC?km-1。（1）濕氣團(tuán)上升形成云，云底高度是多少？（2）在山頂處，濕氣團(tuán)和環(huán)境的溫度是多少？（3）大氣的靜力穩(wěn)定度如何？（4）如果在山的迎風(fēng)坡，空氣中凝結(jié)的水全部降落，求在山的背風(fēng)坡與迎風(fēng)坡山腳相同高度處的溫度和露點(diǎn)。5在夏日陸地上無云的日子，請(qǐng)定性描述一下從日出后24小時(shí)內(nèi)地面附近大氣穩(wěn)定度的變化。6以干空氣為例，根據(jù)（5.2.2）式和（5.2.3）式討論為什么會(huì)出現(xiàn)大氣穩(wěn)定度、中性和不穩(wěn)定情況？7畫圖說明飛機(jī)尾跡云的形成原因。8空氣下沉能形成云嗎？需要什么條件？9冷的空氣團(tuán)移到溫暖水面上，可能會(huì)出現(xiàn)什么類型的云？10收集至少3條看云識(shí)天氣的氣象諺語，并解釋諺語的依據(jù)。PARTVI1在同樣溫度條件下，水滴表面上的飽和水汽壓為什么比平水面的大，而冰面上的飽和水汽壓又比水面上的小?2什么是溶質(zhì)效應(yīng)和冰晶效應(yīng)？3說明暖云和冷云降水機(jī)制。4在相對(duì)干凈的空氣中，凝結(jié)核濃度為100km-3，地面溫度為30oC，形成的積云云底高度1000m，典型雨滴半徑為1mm。請(qǐng)通過計(jì)算，說明只有凝結(jié)過程，云滴能形成雨滴嗎？5在某一冷云中，冰核爭(zhēng)奪可用水量，形成了數(shù)密度為10km-3，半徑為5mm的球形冰雹。如果形成的冰雹數(shù)密度增大到104km-3，冰雹半徑是多少？6用干冰（固體CO2）和用AgI播云機(jī)制有何不同？7簡(jiǎn)述雪、凍雨、冰粒和冰雹的差異。8如果你在風(fēng)雪天氣中走失，根據(jù)本章學(xué)到的知識(shí)，你將如何地御風(fēng)寒？9解釋為什么測(cè)量降雪量與降雨量困難。10請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)測(cè)量降雪的儀器。它是如何工作的？PARTVII1在靠近地面3km內(nèi)，氣壓隨高度近似線性減小，即每上升100m，氣壓下降10hPa。請(qǐng)檢驗(yàn)之。2查閱相關(guān)書籍，請(qǐng)說明用水銀氣壓表測(cè)量氣壓可獲得本站氣壓，為什么要進(jìn)行儀器誤差、溫度差和重力差訂正？3把白貝羅定律應(yīng)用與南半球，如果和敘述？4垂直方向上氣壓梯度力要比水平方向上的氣壓梯度力大很多，但大氣運(yùn)動(dòng)的垂直速度卻比水平速度小得多。為什么？5說明氣溫差異能產(chǎn)生氣壓梯度，并最終形成風(fēng)。6試比較地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)的異同點(diǎn)。7計(jì)算在北緯30o、60o和90o處自由大氣中某高度處的地轉(zhuǎn)風(fēng)速。已知這個(gè)高度上空氣密度是1.0kg?m-3，氣壓梯度為（-）=1.5×10-2hPa?m-1。8在北半球海平面處，沿著經(jīng)圈方向從30oN到45oN，氣壓升高1%，溫度沒有變化，維持在10oC。求平均地轉(zhuǎn)風(fēng)的大小和方向。9從地面到高空，風(fēng)如何變化？10根據(jù)文中提供的公式，寫出風(fēng)寒溫度（單位oC）隨實(shí)際氣溫（單位oC）和風(fēng)速（單位：m?s-1）的變化公式，并繪圖。PARTVIII1熱力環(huán)流是如何形成的？哪些天氣系統(tǒng)屬于熱力環(huán)流？2什么是焚風(fēng)？其產(chǎn)生的原因有哪些？3如果地球自傳方向與現(xiàn)在的相反，全球大氣環(huán)流會(huì)發(fā)生什么變化？4三圈環(huán)流模型與實(shí)際大氣環(huán)流在哪些方面不同？原因何在？5解釋北半球?qū)α鲗觾?nèi)出現(xiàn)西風(fēng)急流的原因。6什么是涌升流？它是如何形成的？7厄爾尼諾和拉尼娜事件發(fā)生過程中，大氣形勢(shì)和海洋狀況如何變化？8在45oN處，西風(fēng)帶西風(fēng)平均風(fēng)速為16m?s-1時(shí)，估計(jì)羅斯貝靜止波的波長(zhǎng)。如果實(shí)際波長(zhǎng)大于或小于靜止波長(zhǎng)，羅斯貝波將東進(jìn)還是西退？PARTIX1敘述氣團(tuán)的定義和氣團(tuán)形成的條件。不同氣團(tuán)的天氣情況如何？2內(nèi)吉龍的氣團(tuán)分類法是如何對(duì)氣團(tuán)進(jìn)行分類的？可細(xì)分為哪些類？3根據(jù)什么來識(shí)別鋒？各類鋒面（冷鋒、暖鋒、準(zhǔn)靜止鋒和錮囚鋒）的天氣狀況如何？4簡(jiǎn)繪理想的鋒面氣旋和反氣旋的垂直結(jié)構(gòu)，并畫出等壓面圖和水平流場(chǎng)示意圖，并作簡(jiǎn)要說明。5敘述鋒面氣旋的發(fā)展和消亡過程。它因何才能得以發(fā)展并加強(qiáng)？6敘述鋒面氣旋控制下某地的天氣狀況。7從渦度的概念說明大氣長(zhǎng)波的形成。8從發(fā)展中氣旋的輸送帶模式說明氣旋的天氣特征，并找一幅衛(wèi)星云圖加以比較。PARTX1如何判斷氣層是潛在不穩(wěn)定？2什么是CIN和CAPE，它們對(duì)雷暴的生成與發(fā)展有什么作用？3繪圖說明抬升凝結(jié)高度、自由對(duì)流高度和平衡高度。這三個(gè)高度的意義是什么？4觸發(fā)雷暴生成的空氣抬升機(jī)制有哪些？5什么是風(fēng)切？為什么強(qiáng)的風(fēng)切可以導(dǎo)致強(qiáng)雷暴？6普通雷暴單體的機(jī)構(gòu)及其影響下的天氣與超強(qiáng)單體的主要差異有哪些？7雷暴從西北方向移向當(dāng)?shù)?，另有風(fēng)速為10m?s-1的從東南方向吹來的氣流，地面附近溫度為30oC，如果你看到閃電10s后聽到雷鳴，不考慮氣流對(duì)聲音傳播速率的影響，雷鳴處距離你有多遠(yuǎn)？如果雷鳴處的垂直高度為2km，大氣減溫率為干絕熱減溫率，在地面距離雷鳴聲源正下方多遠(yuǎn)處以外聽不到雷鳴？8能產(chǎn)生龍卷的風(fēng)暴與一般風(fēng)暴有何差異？9說明在考慮龍卷風(fēng)的受力平衡時(shí)，科氏力是可以忽略的。10查閱相關(guān)資料，請(qǐng)說明如何防備雷暴和龍卷災(zāi)害。PARTXI1從溫度、風(fēng)和氣壓來說明北半球臺(tái)風(fēng)的空間結(jié)構(gòu)。南半球的臺(tái)風(fēng)與北半球的有何不同？2比較臺(tái)風(fēng)的中緯度鋒面氣旋的主要特征的差異。3比較臺(tái)風(fēng)和龍卷風(fēng)的平均尺度和強(qiáng)度，你認(rèn)為哪個(gè)破壞力更強(qiáng)，為什么？4熱帶的天氣特征是什么？與中緯度的天氣有何不同？熱帶天氣中哪些條件適合臺(tái)風(fēng)生成？5臺(tái)風(fēng)形成的4個(gè)必要條件是什么？列舉一些初始擾動(dòng)形成的例子。6科幻小說中的超級(jí)臺(tái)風(fēng)，最大風(fēng)速超過聲速。請(qǐng)分析說明這樣的超級(jí)臺(tái)風(fēng)不可能出現(xiàn)。7簡(jiǎn)述臺(tái)風(fēng)的生命史。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上提供的氣象衛(wèi)星圖片，盡量找到一個(gè)比較全面的臺(tái)風(fēng)生命史的例子。8簡(jiǎn)述臺(tái)風(fēng)形成的對(duì)流理論，它有哪些不足？9臺(tái)風(fēng)的災(zāi)害體現(xiàn)在哪些方面？臺(tái)風(fēng)對(duì)人類有益處嗎？10影響我國(guó)的臺(tái)風(fēng)路徑有哪些？請(qǐng)查閱文獻(xiàn)書籍或網(wǎng)頁，列舉至少一個(gè)不同路徑的臺(tái)風(fēng)。PARTXII1臭氧洞是如何形成的？有什么危害？2什么是光化學(xué)煙霧？簡(jiǎn)述其成因和危害。3酸雨是怎樣造成的？酸雨的危害有哪些？4為什么說酸雨、臭氧洞和溫室效應(yīng)是全球性的環(huán)境問題？5防治大氣污染有哪些途徑？6在一天中，煙囪污染物擴(kuò)散隨大氣穩(wěn)定度是如何變化的？7什么是氣象分析？為什么需要?dú)庀蠓治觯?天氣預(yù)報(bào)的主要方法有哪些？9數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是如何實(shí)現(xiàn)的?為什么這種預(yù)報(bào)有時(shí)會(huì)失??？PARTXIII1現(xiàn)代的氣候概念是什么？氣候系統(tǒng)包括哪些部分？2什么是正反饋和負(fù)反饋過程？與人的健康或人的身體有關(guān)的正、負(fù)反饋過程各舉一例。3氣候系統(tǒng)有哪些重要的反饋過程？哪些具有不確定性？4如何進(jìn)行氣候重建、主要使用了哪些資料和技術(shù)？5過去的100年（20世紀(jì)）氣候是如何變化的？6小冰期在哪個(gè)時(shí)候發(fā)生？導(dǎo)致小冰期發(fā)生的可能原因是什么？7影響氣候變化的因子主要有哪些？8如何獲得未來氣候的變化？未來全球變暖可能造成哪些影響？9全球變暖在哪些方面對(duì)地球有益？10考古發(fā)現(xiàn)一木雕，用儀器測(cè)量獲得其14C衰減變化為每克碳每分鐘平均有12次計(jì)數(shù)值，而現(xiàn)代一棵活著的樹則為15次計(jì)數(shù)值。請(qǐng)確定木雕制作的時(shí)間。PARTXIV1說明分子散射與粒子散射的主要差異。2空氣分子、愛根核、霾粒子、霧滴、云滴和雨滴的平均半徑（單位）分別為10-4、10-2、0.1、1、10和103。它們對(duì)于0.5的可見光的散射屬于瑞利散射、米散射或幾何光學(xué)散射中的哪種？3說明在對(duì)流層內(nèi)，在平均狀況下，大氣的折射率梯度主要決定于氣壓梯度。4華、22o暈和彩環(huán)都是圓環(huán)形光學(xué)現(xiàn)象，它們?cè)谔卣骱托纬稍蛏嫌泻尾煌?