2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣層中的空氣密度和溫度關(guān)系考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪個物理量定義為單位體積內(nèi)空氣的質(zhì)量？A.空氣壓力B.空氣密度C.空氣濕度D.空氣溫度2.根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，在氣壓不變的情況下，空氣溫度升高，其密度將如何變化？A.增加B.減少C.不變D.無法確定3.空氣因受熱膨脹而上升的過程中，其密度通常會如何變化？A.增加B.減小C.不變D.先增后減4.大氣靜力學(xué)方程主要描述了什么關(guān)系？A.空氣溫度隨高度的變化B.空氣密度隨壓力的變化C.大氣壓力隨高度的變化及其與溫度、密度的關(guān)系D.空氣濕度隨溫度的變化5.在國際標(biāo)準(zhǔn)大氣模型中，對流層內(nèi)空氣溫度隨高度升高而如何變化？A.持續(xù)升高B.持續(xù)降低C.先升高后降低D.先降低后升高6.以下哪個現(xiàn)象主要是由空氣密度差異和浮力引起的？A.水平風(fēng)B.垂直對流C.地轉(zhuǎn)偏向力D.氣壓梯度力7.氣壓高度表的工作原理基于以下哪個假設(shè)？A.空氣溫度恒定B.空氣密度恒定C.大氣靜力學(xué)方程成立D.空氣壓力隨高度線性變化8.在高空探測（探空）中，測量到的氣壓和溫度數(shù)據(jù)主要用于分析什么？A.地面風(fēng)向B.大氣垂直穩(wěn)定度C.地面氣壓變化趨勢D.大氣中的水汽含量9.熱力學(xué)第一定律在描述大氣過程時，通常不直接涉及哪個量？A.內(nèi)能變化B.溫度變化C.空氣密度變化D.做功10.使空氣密度顯著增加的主要途徑是？A.空氣冷卻B.空氣抬升C.空氣加濕D.氣壓降低二、填空題（每空2分，共20分）1.描述大氣狀態(tài)的基本狀態(tài)方程為________，它將壓力、密度和溫度聯(lián)系起來。2.空氣密度與溫度在壓力不變時成________比例關(guān)系。3.大氣靜力學(xué)方程的積分形式表明，在溫度遞減的氣層中，氣壓隨高度增加的速率會________（加快/減慢）。4.標(biāo)準(zhǔn)大氣模型規(guī)定，在對流層（0-11km），氣溫隨高度平均每增加1km下降約________°C。5.浮力的產(chǎn)生源于空氣的________差異，導(dǎo)致密度不同的空氣團(tuán)具有不同的垂直運(yùn)動傾向。三、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.已知某高度處空氣壓力為800hPa，溫度為-10°C。假設(shè)空氣成分和當(dāng)?shù)刂亓铀俣炔蛔?，利用理想氣體狀態(tài)方程（取R=287J/(kg·K)）計(jì)算該處空氣的密度。(注意：溫度需轉(zhuǎn)換為開爾文)2.假設(shè)空氣從地表（壓力1000hPa，溫度20°C）垂直抬升至500hPa高度。若此過程為干絕熱過程，請計(jì)算到達(dá)500hPa時空氣的溫度。(干絕熱遞減率取9.8K/km)3.一塊溫度為15°C、密度為1.2kg/m3的空氣塊被抬升至一個等壓面，在此等壓面上其溫度為-5°C。假設(shè)此過程為絕熱過程且空氣塊與外界無熱量交換。請判斷該空氣塊是受到了正浮力還是負(fù)浮力？簡要說明理由。（提示：計(jì)算抬升空氣塊與環(huán)境空氣的密度差異）四、簡答題（每題15分，共30分）1.簡述理想氣體狀態(tài)方程，并解釋其在理解大氣現(xiàn)象（如溫度對氣壓的影響）中的作用。2.解釋什么是大氣靜力穩(wěn)定度？試從空氣密度和溫度的垂直變化角度，說明為何溫度遞減率（lapserate）是判斷靜力穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.C5.B6.B7.C8.B9.C10.B二、填空題1.理想氣體狀態(tài)方程(或PV=ρRT)2.反3.加快4.6.5(或6.5/Km)5.密度三、計(jì)算題1.解：1)T(K)=T(°C)+273.15=-10+273.15=263.15K2)R=287J/(kg·K)3)P=800hPa=80000Pa4)理想氣體狀態(tài)方程:ρ=P/(R*T)5)ρ=80000Pa/(287J/(kg·K)*263.15K)≈1.096kg/m3答案：該處空氣密度約為1.096kg/m3。2.解：1)溫度遞減率=(T1-T2)/(z2-z1)=ΔT/Δz2)ΔT=-9.8K/km*(500hPa/100hPa)*(1km/8.5km/100hPa)=-9.8*5/8.5≈-5.76K3)T2=T1+ΔT=20°C-5.76°C≈14.24°C答案：到達(dá)500hPa時空氣的溫度約為14.24°C。3.解：1)空氣塊初始狀態(tài)：T1=288.15K,ρ1=1.2kg/m32)空氣塊末狀態(tài)：T2=268.15K(假設(shè)末狀態(tài)與初始狀態(tài)有相同成分和壓力下的密度ρ2)，ρ2未知3)環(huán)境空氣末狀態(tài)：T_env=-5°C=268.15K,ρ_env未知(假設(shè)與環(huán)境有相同成分和壓力下的密度ρ_env)4)計(jì)算ρ2：使用理想氣體方程比例關(guān)系P/ρ1=R*T1和P/ρ2=R*T2=>ρ1/T1=ρ2/T2=>ρ2=ρ1*T2/T1=1.2kg/m3*268.15K/288.15K≈1.11kg/m35)計(jì)算ρ_env：使用理想氣體方程比例關(guān)系P/ρ1=R*T1和P/ρ_env=R*T_env=>ρ1/T1=ρ_env/T_env=>ρ_env=ρ1*T_env/T1=1.2kg/m3*268.15K/288.15K≈1.11kg/m36)比較密度：空氣塊末密度ρ2≈1.11kg/m3，環(huán)境空氣末密度ρ_env≈1.11kg/m3。7)浮力判斷：由于抬升后的空氣塊密度(ρ2)與環(huán)境空氣密度(ρ_env)接近，密度差接近于零，因此浮力接近于零。更準(zhǔn)確地說，如果ρ2略小于ρ_env，則為正浮力；略大于則為負(fù)浮力。在此近似計(jì)算中，兩者相等，可視為無浮力或浮力極小。若要判斷穩(wěn)定度，需比較其環(huán)境溫度遞減率?？諝鈮K經(jīng)歷干絕熱冷卻，其環(huán)境溫度（假設(shè)與抬升前同）為20°C，末溫為-5°C，其環(huán)境溫度遞減率≈(20-(-5))/(0-500/100)=25/5=5K/km<干絕熱遞減率(9.8K/km)，因此該氣塊處于穩(wěn)定層結(jié)中，其密度略大于（或等于）環(huán)境，受到負(fù)浮力（或無浮力）。答案：該空氣塊受到的浮力接近于零（或負(fù)浮力）。理由：計(jì)算表明抬升后的空氣塊密度與環(huán)境空氣密度近似相等，在穩(wěn)定層結(jié)中，密度較大的空氣塊傾向于下沉，受負(fù)浮力。四、簡答題1.解析：理想氣體狀態(tài)方程為PV=ρRT，其中P為壓力，V為體積，ρ為密度，R為特定氣體常數(shù)，T為絕對溫度。該方程表明在給定氣體成分和溫度下，壓力與密度成正比；在給定氣體成分和壓力下，密度與溫度成反比；在給定氣體成分和體積下，壓力與溫度成正比。在大氣科學(xué)中，該方程用于：計(jì)算未知的大氣參數(shù)（如給定P,T求ρ）；理解大氣壓力隨高度變化的根本原因（P減小主要是因?yàn)棣褱p小，而ρ減小又與T變化有關(guān)）；解釋溫度對氣壓的影響（如溫度升高，空氣膨脹，密度減小，導(dǎo)致同高度氣壓降低）；作為更復(fù)雜大氣模型的基礎(chǔ)。它是連接宏觀氣象觀測（氣壓、溫度）與微觀空氣性質(zhì)（密度）的關(guān)鍵紐帶。2.解析：大氣靜力穩(wěn)定度描述的是大氣垂直運(yùn)動受到的阻礙程度。一個氣塊被抬升或下降時，其受力情況決定了大氣是穩(wěn)定、不穩(wěn)定還是中性。垂直運(yùn)動涉及空氣密度的變化。當(dāng)氣塊溫度與其周圍環(huán)境空氣溫度不同時，會因浮力產(chǎn)生垂直運(yùn)動：*若氣塊溫度高于周圍環(huán)境（同壓面），則密度較小，受到正浮力，傾向于繼續(xù)上升（不穩(wěn)定）。*若氣塊溫度低于周圍環(huán)境（同壓面），則密度較大，受到負(fù)浮力，傾向于繼續(xù)下沉（穩(wěn)定）。*若氣塊溫度等于周圍環(huán)境（同壓面），則密度相等，浮力為零，傾向于停止運(yùn)動（中性）。大氣靜力學(xué)方程（dP=-ρgdz或P=ρgH）描述了在垂直方向上，氣壓隨高度變化的速率與空氣密度和重力加速度的關(guān)系。在給定的氣壓和溫度分布下，氣壓隨高度的變化是固定的。溫度的垂直分布（即溫度隨高度的遞減率，lapserate）直接決定了某高度處氣塊的溫度與其環(huán)境溫度的對比：*如果溫度遞減率小于干絕熱遞減率，意味著在相同高度下，環(huán)境空氣冷卻得比干絕熱上升的氣塊慢，抬升的氣塊更容易變得比環(huán)境暖（ρ更?。瑑A向于