大气科学概论重点

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绪 论

1. *大气科学是研究地球大气中各种现象的演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门学科。

2. *大气科学的研究对象主要是覆盖着整个地球的大气圈，特别是地球表面的低层大气和地球的水圈、

岩石圈、生物圈、是人类赖以生存的主要环境。

3. *大气科学的内容可概括成四个方面：①地球大气的一般特征（如大气的组成、范围、结构等）；②

大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化；③解释大气现象，研究其发生、发展的规律；④如何

利用这些现象预测、控制和改造自然（如人工影响天气、大气环境预测和控制）。

4. 大气科学研究的特点：①研究大气科学不能仅限于大气圈；②大自然是大气科学研究的实验基地；

③国际合作是推动大气科学发展的必要途径。学科分支：主要为气象学和气候学。

5. 大气化学是研究大气组成和大气化学过程的学科。研究内容主要包括大气的化学组成及演变、大气

微量气体及其循环、大气气溶胶、大气放射性物质和降水化学等。

第一章 大气概述

一、问答题：

1.说明“天气”和“气候”的定义和区别，

答：天气描述的是一个特定时间与一个特定地点的大气状态和大气现象。气候是指在影响天气的各因子

（太阳辐射、下垫面性质、大气环流和人类活动等）长期相互作用下所产生的天气综合，不仅包括某些

多年经常发生的天气状况，还包括某些年份偶然出现的极端状况。也就是说，气候是在一定时段内由大

量天气过程综合平均得出的，它与天气之间存在着统计联系。

2.大气中二氧化碳成分增加的原因及其可能的后果是什么？

答：大气中二氧化碳成分增加的原因归因于化石燃料（如煤炭、石油、天然气等）燃烧量的不断加大。

后果是低层大气的温度会由此而升高，从而引起全球气候的变化。

3.为什么水汽和尘埃是大气的重要成分？

答：水汽是云和降水的源泉。水汽是唯一能在常态中以三种相态存在的物质（固态、液态、气态）随着

大气的垂直运动，空气中的水汽会发生凝结或凝华，形成雨滴或冰晶，进而产生云和降水。尘埃可以作

为大气中水汽凝结或冻结的核心，是形成云、雾和降水的重要条件；它们能吸收和散射太阳、大气和地

面的辐射，改变地球的辐射平衡；使大气能见度和空气质量变坏。

4.在同样的温压条件下，水汽密度、湿空气密度与干空气密度哪个最大？水汽密度与干空气密度之比等

于多少？

答：干空气密度大. 水汽密度与干空气密度之比等于287e/461(p-e)

二、名词解释：

1. 将地球分为三个主要部分：岩石圈、水圈、和大气圈。

2. 地球系统：岩石圈、水圈、大气圈和生物圈共同构成一个综合体，称之为“地球系统”。

3. 岩石圈为人们提供石油、天然气、煤炭、铀矿等能源，各种金属和非金属矿藏以及地下水资源；另

一方面也常给人类带来自然灾害，如地震、火山爆发、山崩、地滑、流水对地面的侵蚀、沙漠化、地面

沉降等灾害。

4. 水圈是由海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气圈中的水等组成的地球表层水体的

总称。

5. 水循环：水圈中的水分处于不停的运动状态，从海洋到空气、到陆地，再归于海洋，形成水循环。

通过水循环，水圈各水体中的水互相交换，不断更新各个水体的更新期相差很大，大气圈水的更新期最

短，约为8天，河水约为16天，土壤水约为1年，高山冰川为1600年，极地冰川长达1万年。

6. 地球系统中大气与海洋之间的关系尤为密切，通过海—气相互作用来影响大气环流、水循环和气候

变化。

7. 大气是由具有不同物理性质的各种气体以及悬浮其中的不等量固态和液态小颗粒组成的。

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8. 干洁大气：不含水汽和悬浮颗粒物的大气为干洁大气，简称干空气。

9. 温室气体：二氧化碳起着使地面和空气增温的效应，因此称它为温室气体。

10. 臭氧的作用：通常称10—50千米这一层为臭氧层。臭氧能大量吸收太阳紫外线，而使臭氧层增暖，

影响大气温度的垂直分布，从而对大气环流和气候产生重要影响；另一方面，由于太阳的紫外辐射在高

空被臭氧挡住，地面上的生物就能免受紫外线的伤害。

11.大气中的水汽含量一般随高度的增加而明显减少；在同一地区，一般夏季的水汽含量多于冬季。水

汽是唯一能在常态中以三种相态存在的物质（固态、液态、气态）。

12. 气溶胶粒子：大气颗粒物是悬浮在大气中的各种固体和液体微粒，统称为大气气溶胶粒子。

*13. 大气污染：当由于人为和自然因素改变了大气的组成，致使人类和生态系统出现不良反应，破坏

了系统的平衡和协调，就称为大气污染。

14.简答题：大气污染引起的全球性环境问题有哪四个方面：①温室效应与全球气候变暖；②臭氧层的

破坏；③酸雨；④城市空气污染。

15.我国的自然灾害主要有干旱、洪涝、冰雹、低温冻害、林火、地震、山崩滑坡、泥石流、风沙害、

病虫害以及人类活动诱发的自然灾害等。其中干旱、洪涝等气候灾害所造成的经济损失占首位。

16.表征气体状态的四个宏观量，即气压P、体积V、温度T和质量m之间存在一定的关系—满足状态方

程。

*17. 气象要素：大气性状及其现象是用基本要素—气压、气温、湿度、风、云况、能见度、降水情况、

辐射、日照以及各种天气现象等来描述的，这些因子称为气象要素。

18. 饱和水汽压（E）：水和水汽达到动态平衡，蒸发停止，水汽达到饱和时的水汽压称为饱和水汽压。

饱和水汽压表示在一定温度下空气中水汽的最大容量，其值随温度的升高而增大。

*19.绝对湿度是指单位体积空气中所含的水汽质量。相对湿度是表示气块潮湿程度的物理量。 相对湿

度（f）：空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比值用百分比表示。

20. 露点温度：湿空气在水汽含量不变的情况下，等压降温至对水面而言达饱和时的温度，称为露点温

度。露点数值只与湿空气的含水量有关而与温度无关。将它作为一个湿度参量，这是露点的一个重要特

点。对冰面而言达饱和时的温度称为霜点。

21.风是指空气相对于地面的水平运动。风向是指风的来向。风速是指单位时间内空气相对于地面移动

的水平距离。

*22.气温的垂直分布：通常将大气分成对流层、平流层、中层、热层和外逸层等五层。

*23.对流层有四个特点：①气温随高度增加而降低，其降低的数值随地区、时间和高度等因素而变。每

上升100米降低0.65度。②大气密度和水汽随高度迅速递减，对流层几乎集中了整个大气质量的3/4

和水汽的90％。③有强烈的垂直运动。包括有规则的垂直对流运动和无规则的湍流运动，它们使空气

中的动量、水汽、热量以及气溶胶等得以混合交换。④气象要素的水平分布不均匀。由于对流层空气受

地表的影响最大，海陆分布、地形起伏等差异使对流层中的温度湿度等气象要素的分布不均匀。

*24.气压的高度分布：气压不仅随高度减小，而且其减小的速率随高度的增加而变小，愈到高空，气压

降低的速度愈慢，这是由于空气密度随高度的增加而减小所造成。气压随高度降低的速率与空气密度成

正比。

*25．气压阶（h）:垂直气柱中每改变单位气压（常指1hpa）s所对应的高度变化。

p

26.均质大气的密度随高度不变，但其温度是随高度递减的

27.等温大气压高公式，气温不随高度变化的大气称为等温大气。等温大气中气压随高度呈指数递减。

气温愈高，气压递减的速度愈慢。

28.位势米的定义：1位势米为质量1千克的空气上升1米时克服重力所作的功，即1位势米=-1。

位势米是表示能量的单位，几何米是几何高度的单位。

1.包围着地球的气体外壳称为地球大气。

2.生物圈是地球表层有生命活动的圈层，包括植物、动物和人类，并包括有生物存在的部分岩石圈、水

2

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圈和大气圈。

3.包围在地球表面、厚度约1000公里的大气层称为大气圈。

4.大气颗粒物是悬浮在大气中的各种固体和液体微粒。

5.表示空气冷热程度的物理量称为空气温度。

6.气压是指作用在单位面积上大气柱的重量。

7.空气湿度是表示大气中水汽含量多少的物理量。

8.水汽压是空气中所含水汽部分的压力。

9.气压的空间分布称为气压场。

10.等高面是空间高度相等的面。等压面是指空间气压相等的各点组成的面。

第二章 大气辐射学

一、 名词解释：

1.①辐射能：以辐射方式传递的能量。②辐射通量：它表示单位时间传递的辐射能。③辐射通量密度：

辐射通量密度是指单位时间内通过单位面积的辐射能。

2. 辐射：物质以电磁波的形式放射能量，称为辐射。宇宙中任何物质，只要它的温度高于绝对零度，

都能放射辐射能。

3.基尔霍夫定律：在热平衡条件下，一物体放射波长λ的辐射率和该物体对波长λ辐射的吸收率之比等

于同温度、同波长时的黑体辐射率。该定律的意义是：①对不同的物体辐射能力强的物体，其吸收能力

也强；辐射能力弱的物体，其吸收能力也弱。②对同一物体，如果在温度T时，它辐射某一波长的辐射，

那么在同一温度下它也吸收这一辐射；如果物体不吸收某波长的辐射，它也就不放射这个波长的辐射。

4.指数消弱定律：太阳辐射在大气中传输时因大气的吸收和散射会不断减弱，在辐射传输中，也称因散

射和吸收的衰减为消光。

5.到达地面的太阳辐射包括太阳直接辐射和天空辐射（即太阳散射辐射）两种。

6.透明系数随波长的加大而增大。对于干洁大气而言，长波辐射是透明的，而短波辐射是不透明的。

7.太阳直接辐射的大小主要是由太阳高度角和大气透明系数决定的。

8. 太阳常数：假设在大气上界日地平均距离处，放一块与太阳光垂直的平面，在这个平面上，每单位

时间、单位面积上所接受的太阳辐射能，称为太阳常数。

S0 = 1372 瓦 /平方米（Ｗ. M-2）

9. 天空辐射：到达地面的辐射除太阳直接辐射外，还有从天空各方向散射而来的太阳散射辐射。散射

辐射来自整个半球天空，又称天空辐射。

10.散射辐射一般比直接辐射弱，但有时散射辐射会大于直接辐射。

11.到达地面的太阳辐射包括太阳直接辐射和天空辐射（ 散射辐射）两种

12.天空辐射的大小取决于太阳高度角、大气透明系数、云量、海拔高度，并受地面反射率影响。

13. 地面总辐射：到达地表的太阳直接辐射与散射辐射之和称为地面总辐射。

14. 大气逆辐射：向下到达地面的大气辐射称为大气逆辐射。

15.地面能吸收太阳短波辐射，同时按其本身的温度不断向外放射长波辐射。

16.地面辐射通量密度主要取决于地面温度。

17.云对太阳辐射的作用主要是散射和反射。

18.大气对太阳辐射的直接吸收很小，它主要是通过吸收地面红外辐射而维持其温度的。

19.大气辐射的强弱既决定于大气温度，又决定于大气湿度和云况。温度愈高，水汽和液态水含量愈大，

则大气辐射也愈大。

20. 大气温室效应：大气对太阳辐射吸收很小，结果让大量的太阳辐射透过大气到达地面，而大气又强

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烈地吸收地面红外辐射而增热，并以大气逆辐射的方式返回一部分给地面，使得地面不致失热过多，大

气的这种作用犹如花房的保暖作用，称为大气温室效应，简称大气效应。

21. 气温年较差：一年中月平均气温最高值与最低值之差，称为气温年较差。

1.各种物体之间通过辐射来交换热量，称为辐射热交换。

2.当物体放出的辐射等于吸收的辐射，它的热状态保持不变，此时称为辐射平衡。

3.太阳辐射通量密度或辐射率随波长的分布称为太阳辐射光谱。

4.散射是指每一个散射分子或散射质点将入射的辐射重新向各方辐射出去的一种现象。

5.地面由于吸收太阳总辐射和大气逆辐射而增加热量，同时又向外放射长波辐射而损失热量。地面收入

辐射能减去支出，所得辐射能的差值称为地面辐射差额。

6.把地面和大气看成一个整体，对此整体所计算的辐射差额，称为地气系统的辐射差额。

第三章 大气温度、湿度和稳定度

一、 词解释：

1.高度对气温的影响：因为气温随高度平均按0.65度℃（100M）-1递减率下降，高度增加，气温将降

低。

2.干绝热过程：是指在绝热过程中，气块内的水汽始终未达到饱和、没有相变发生的过程。

3.未饱和湿空气绝热上升时，每升高100米其温度下降0.98℃；同理，每下降100米，温度升高1℃。

4.干绝热（温度）递减率：在静力平衡大气中，未饱和湿空气在绝热上升（或下降）过程中，由于外界

气压变化引起体积的膨胀（或压缩），其温度也随之发生变化。这种作干绝热升降运动的气块的温度随

高度的变化率γd=-dt/dt称为干绝热递减率。

5.位温：是气块沿干绝热过程移动到1000hpa时所具有的温度，以θ表示。

6.热流量方程的另一种表达形式：①在绝热过程中，由于dQ=0，因此dθ=0，θ等于常数。也就是说，

干绝热过程中位温θ是保守量，干绝热过程就是等θ过程。②对于非绝热过程，可以由位温的变化来判

断气块的热量收支。当位温增加时，气块有热量收入；位温降低时，有热量放出。

7.影响地面气温的因子除各地接收到的太阳辐射不同外还有：①水、陆加热率差异；②洋流影响；③高

度；④地理位置。（填空）

8.水的相变：①潜热；②蒸发；③凝结；④融解和冻结；⑤升华与凝华。

9. 蒸腾：除了从土壤、湖泊、河流蒸发以外，还有一些渗入地表的水被植物吸收，然后它们又被释放

进入大气，这一过程称为蒸腾。

10.焚风是气流过山后在背风坡形成的干热风。它有可能使植物、庄稼枯死，森林出现火灾，焚风是自

然界中存在的一种假绝热过程。

11.大气热力学图解主要用来描述大气的绝热过程，常用的热力学图解有温度-对数压力图、温熵图、斜

埃玛图、假绝热图等。

12.水汽、水和冰三相共存，称为三相点。

13.在上升过程中，气层顶部和底部的温差加大，使原稳定层结变为不稳定层结。这种由整层空气抬升

而发展起来的不稳定，称为对流性不稳定或位势不稳定。

14.判断静力稳定度的方法气块法：假设气块垂直运动满足以下假定；①气块作垂直运动时，周围的环

境大气仍保持静力平衡状态；②气块与周围环境之间无混合，即不发生质量和热量的交换；③在任一时

刻气块的气压与同高度环境空气的气压相等，符合准静力条件。

15.气层的不稳定能量：不稳定能量的类型不仅与气层的温度层结有关，还与空气的湿度有关。在相同

的温度层结下，若上升气块的初始湿度较大，则凝结高度和自由对流高度就较低，在气层ｑｏ-ｑ1之

间容易形成真潜不稳定；若上升气块湿度较小，凝结高度和自由对流高度就越高，容易出现假潜不稳定；

如空气湿度太小，凝结高度更高，气块的状态曲线将会全部位于层结曲线左侧，形成绝对稳定型，可见，

低层湿度越大，越有利于对流的发展。

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16.气层在抬升并逐步到达饱和的过程中，气层顶与底的温差减小，由等温变为逆温，层结变得更稳定，

则称该气层为对流性（或位势）稳定。

1.位温梯度：是指位温的直梯度，它表示位温的直分布。

2.等温线：即某平面上气温相等的各点的连线。

3.地球系统水分的无止境的循环称为水循环。

4.潜热是指加热后不产生温度变化的热量。

5.从液态到气态的转化过程叫蒸发。

6.凝结是指水汽转变成液态水的过程。

7.融解是固态转变为液态的过程

8.冻结是液态转变为固态的过程。

9.升华是用来描述固态直接转化为气态的过程。

10.凝华是水汽直接转化为固态的过程。

11.系统与外界无热量交换的过程叫绝热过程。

12.如果饱和气块继续上升，其绝热过程就称为湿绝热过程。

二、问答题：

1.试述陆面增温与冷却的关系，它与海面增温和冷却的关系有何区别？

答：①在同样的太阳辐射强度下水面要大于陆面吸收的太阳能，因为陆面对太阳辐射的反射率大于水面，

然而，由于陆面不透明，水面相当透明，它允许部分太阳辐射穿透一定深度；再加上陆面为固体，热量

主要依靠传导向下传播，而液态水具有流动性，能以更有效的方式传递热量，以致地表能够急剧增温，

而水面的水温不易增高。②水的比热平均要比陆地大三倍，对于等量的水、陆两面，上升相同温度时水

比陆地要吸收更多的热量。③水面的蒸发大于陆面的蒸发，导致水体失热过多，水温不易升高。以上三

种因子使得水体增温缓慢，能储存更多的热能，同时其冷却也比陆地缓慢。

2.说明水循环的具体过程。

答：水循环是由太阳能驱动的庞大系统，其中大气充当了连接海洋与大陆的重要作用。来自海洋和大陆

的水不断地蒸发进入大气，风使含有水汽的空气作远距离输送，直至云和降水形成；降入海洋的降水已

结束它的一个循环周期，总之，水循环是水从海洋到大气，由大气到大陆，再由陆地回到海洋的持续运

动。这种水循环运动是保持我们行星表面水分分布的关键，它与所有的大气现象有着错综复杂的关系。

3.空气上升时为何会冷却？又为何会发生凝结？

答：空气上升时水分子运动加剧、逃逸液态水表面而成为气体。只有温度较高的那些分子能从水表面逸

出，因为水转化成水汽需要吸收热量，所以空气上升时会膨胀冷却。因为空气上升到凝结高度水汽含量

达到饱和时会形成云，云是由小水滴组成，水汽转变成液态水必须释放凝结潜热发生凝结。

4.海平面气温分布的基本特征：

①等温线（尤其在南半球）趋向于接近东西向排列，同时温度从赤道向极地降低。

②海陆加热率差异和洋流影响使冬季北半球等温线在大陆上向赤道方向凸出，海洋上向极地方向凸出，

而夏季相反。

③人们将各经线上具有最高气温的各点的连线，称为赤道。

④赤道附近的气温年变化很小，随着纬度的增加，年变化幅度也增大。

5.假如有一块空气受外力作用产生垂直运动，当外力除去后会出现什么情况？

答：①若气块逐渐减速，趋于回到原位，这时气块所处的气层，对于该气块而言是稳定的；②若气块仍

按原方向加速运动，则大气是不稳定的；③若气块既无回到原位、又无继续向前的趋势，既被推到哪里

就停在哪里，则称这大气为中性气层。

6.怎样判断大气静力稳定度：

①γ＞γd对于干空气和饱和湿空气都是不稳定的，称为“绝对不稳定”

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②γ＜γm对于干空气和湿空气都是稳定的，称为“绝对稳定”。

③γm＜γ＜γd对于干空气是稳定的，对湿空气为不稳定，称为“条件性不稳定”。

④γ=γd对干空气为中性，对湿空气为不稳定。

⑤γ=γm对干空气是稳定的，对饱和湿空气是中性层结。

（γ为层结曲线，γd为干绝热线，γm为湿绝热递减率）

6. 解释水、陆加热率差异：

答：①对太阳辐射的吸收、反射和透射率差异导致太阳能在陆面和水面分布厚度的不同。②水的比热平

均要比陆地大三倍。③水面的蒸发大于陆地的蒸发，导致水体失热过多，水温不易升高。各种因子综合

使得水体增温缓慢，能储存更多的热能，同时其冷却也比陆地缓慢。

7. 对流的强弱取决于哪三个条件？

答：①大气层结的不稳定度。气层愈不稳定，或正不稳定能量面积愈大，愈有利于对流发展。②水汽条

件。低层空气湿度愈大，凝结高度愈低，愈有利于对流发展。③必须有促使空气抬升的外力。外力愈大，

愈有利于对流的产生和发展。

第四章 大气运动

一、名词解释：

1.地转偏向力（柯氏力）：非惯性坐标系空气所受的惯性力（虚拟力）。产生柯氏力的条件：①是坐标系

随地球运动，②是空气微团相对于该旋转坐标系有运动，即速度V≠0。

2. 偏向力：柯氏力只能改变空气运动的方向，不能改变其速率，所以称它为偏向力。

3. 地转风：自由大气中，水平气压梯度力与科氏力平衡下形成的水平匀速直线运动称为地转风。

4.梯度风是水平气压梯度力、水平科氏力和离心力相平衡下的无切向加速度的空气水平运动。

5. 热成风：由于水平温度所引起的上、下气层之间的地转风矢量差，称为热成风。

6.热成风平行于气层的平均温度等值线，在北半球，背热成风而立，右手为高温区，左手为低温区。

7.地转风随高度变化的原因：地转风取决于水平气压梯度，因此，水平气压场随高度的变化就是地转风

随高度变化的原因。那么，又是什么原因造成水平气压场随高度的变化呢？主要是由水平温度梯度引起

的。

8.湍流是这样一种不规则运动，其流场的各种特征是时间和空间的随机变量，因此其统计平均值是有规

律的。

9.大气边界层一般可分为两层：近地层和摩擦层上层。

10.地面摩擦力对风的影响：摩擦力的影响使风速减小。在中纬度地区，陆地上的地面风速约为对应的

地转风速的35%—45%，海洋上为地转风速的60%--70%。

在中纬地区，内陆摩擦力大，夹角α约为35°－45°；海洋上摩擦力小，α为15°-20°。

在北半球气旋中，空气按反时针方向向低压中心辐合，在反气旋中，空气按顺时针方向向外辐散。

11. 地转偏差：不考虑摩擦作用时，实际风与地转风的矢量差称为地转偏差。

12.对流通常是指热力作用引起的垂直运动，它的特点是范围小，发生、发展的时间短，垂直运动的速

度较大，能引起阵性降水、雷暴、冰雹和龙卷等不稳定天气。

13.热力对流：当气块比周围空气暖时，气块获得上升加速度，产生上升运动；当气块比周围空气冷时，

气块将获得下降加速度，产生下沉运动。这就是热力对流。

14.系统性垂直运动通常是指由于水平气流的辐合、辐散、锋面强迫抬升及地形抬升等动力作用引起的

大范围上升或下沉运动。其特点是垂直速度小、持续时间长，能造成大范围层云和连续性降水，对天气

的形成和演变产生很大影响。

15.系统性垂直运动速度的确定：①空气的垂直运动是由水平气流的辐合辐散所引起，实质上是由地转

偏差的散度所造成。②地转运动近似为水平无辐散运动。

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16.环流是描述流体某一个有限面积旋转的总趋势，其定义为流体质量速度矢量的环流积分，既速度的

切向分量沿某一闭合曲线的线积分。

17. 绝对环流加速度：气压梯度力引起的环流变化，气压梯度力与地球转动无关，由它造成的环流加速

度称为绝对环流加速度。

18.涡度是描述流体个别质点旋转运动的微观量，涡度可以用两种方法来定义。一种是定义涡度为速度

的涡度，另一种定义是根据涡度与环流的关系。

19.涡度是是矢量，其方向由右手旋转法则确定：反时针旋转为正，顺时针旋转为负。

20.正压大气：如果大气密度的空间分布只是气压的函数，称这样的大气为正压大气。

21.斜压大气：密度分布不完全由气压分布所决定，还与其他气压要上要素有关的大气称为斜压大气。

22.大气环流是指大范围的大气运动状态或某一时段的变化过程。

23.影响大气环流的因子，也就是形成和影响大气运动的因子，它包括太阳辐射、地球自转、地球表面

的不均匀性、地面摩擦力以及大气本身的尺度和物理特性等几个基本因子。

24.近地面形成的三个纬向风带：极地东风带、中纬度西风带和低纬度信风带，以及四个气压带---极地

高压带、副极地低压带、副热带高压带与赤道辐合带。

1.在静力平衡下，作用于自由大气水平运动的各种力相互平衡时，运动速度保持不变的运动称为平衡运

动。

2.空气作水平曲线运动时有两种情况，一种是围绕曲率中心作逆时针旋转，这时的梯度风称为气旋式梯

度风；另一种是围绕曲率中心作顺时针旋转的是反气旋式梯度风。

二、问答题：

1.把大气中的主要运动系统分成哪几类？

答：①大尺度系统—水平尺度空间为几千km，垂直空间占整个对流层，生命史约5天以上，水平风速

为每秒十几m，垂直速度为1—5cm·sˉ¹。②中尺度系统—水平尺度空间为几百km，垂直空间占大部

分对流层，生命史约1--5天，水平风速为5—20m·sˉ¹，垂直速度为10cm· sˉ¹。③小尺度系统—

水平尺度为几十km，垂直尺度为几—十几km，生命史约十几小时，风速可达10—25m·sˉ¹，垂直速

度为每秒几十cm。④微尺度系统—水平和垂直范围约为几km，生命史仅几个小时，垂直速度很强，可

达每秒几米，水平风速的变化范围比较大。从以上分类可以看到：尺度越大，则生命史越长，垂直速度

越小；水平尺度越小，生命史则越短，垂直速度也越大。

2.用斜压大气中的绝对环流原理来解释海陆风。

答：在沿海地区低层大气中，白天风常从海上吹向陆地，夜间风从陆地吹向海洋，这就是海陆风，它是

由海陆下垫面热力差异而形成的一种中尺度地方性环流。白天，陆地增温快，从而陆地上空的密度小，

低层大气由海面吹向陆地的风，即海风，高层气流方向相反；到夜晚，由于陆地散热快于海洋，沿海地

区大气中将出现与白天相反的力管场，形成低空由陆地吹向海洋的陆风。

第五章 云、雾和降水物理学基础

一、 名词解释：

1.锋面云系：锋面云系降水是中、高纬度大气降水的主要源泉。

2.形成云的一般过程分为两类：一是冷却过程、二是既降温又增加水汽的过程。

3.冷却过程分为两类：一是绝热冷却过程、二是非绝热冷却过程。

4.绝热冷却过程：空气绝热上升引起的冷却，对云的形成起着重要作用。

5.大气中绝热上升运动具体形式有：①气块沿斜面的爬升；②对流运动；③波状运动。

6.非绝热冷却过程：主要是指辐射冷却过程。

7.既降温又增加水汽的过程：①垂直混合；②水平混合。

8.雷暴云形成的过程：①形成阶段；②成熟阶段；③消散阶段。

9.云的微物理特征：①云的相态；②云滴尺度和数密度；③滴谱；④含水量。

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10.层状云包括：Cs、As、St、Ns、Fs。它主要是由系统性垂直上升运动、湍流混合和辐射冷却等原因

所形成。

11.层状云的宏观特征：一是系统性垂直运动形成的层状云；二是湍流混合形成的层状云。

12.波状云主要由大气中的波动、湍流、细胞环流和辐射冷却而形成。经常观测到的波状云有卷积云、

高积云和层积云等。

13.对流云：积状云是大气对流运动的产物，故又称对流云。

14.雾是水汽凝结（华）物悬浮于大气边界层内接地，使水平能见度降至1千米以下的一种天气现象。

能见度＞1km或以上为轻雾。

15.雾分成气团雾和锋面雾两种。一、气团雾包括：（1）冷却雾：（辐射雾，平流雾，上坡雾）。（2）蒸

发雾：（海洋雾，河湖上的秋季雾）。（3）地方性雾：（都市雾，混合雾）。二、锋面雾包括：（1）锋前雾，

（2）锋际雾，锋后雾。

16.辐射雾是地面辐射冷却使贴地气层变冷而形成的雾。

17.辐射雾形成的有利条件是：①晴朗的夜间，有强烈的地面有效辐射；②近地面气层水汽含量充沛。

③低层有微风和一定强度的湍流；④有稳定的温度层结。辐射雾的出现表示天气晴好。

18.辐射雾的特征是：①有明显的日变化和年变化。辐射雾一般在夜间生成，日出前后最强，上午8—10

时左右消散。②与地理环境有密切的关系。

19.平流雾：有暖湿空气平流到冷的下垫面上，经冷却而形成的雾，称为平流雾。

20.形成平流雾的有利条件是：①移来的空气与下垫面之间存在较大的温度差别；②移到冷下垫面的空

气水汽含量多，相对湿度大；③风速适中，这样可源源不断地输送水汽，而且能发展一定强度的湍流，

使雾达到一定的厚度。④层结比较稳定。

21.平流雾的宏观特征表现在以下几方面：①日变化不明显，年变化较明显。一日中任何时间均可出现

或消散，一年中春夏多，秋冬少。②海上平流雾持续时间长，有时持续几天。③平流雾的厚度可从几十

米到两千米，水平范围可达数百千米以上，平流雾的强度也比辐射雾大。

22.上坡雾是空气沿山坡上升，由于绝热冷却而形成的雾。

23.蒸发雾是冷空气流经暖水面上，由于暖水面的蒸发，使冷空气达到饱和、产生凝结而形成的雾。蒸

发雾又可分为海洋雾和河湖上的秋季雾两种。

24.锋面雾通常出现在暖锋过境前后，常伴锋面一起移动。它们可进一步分为锋前雾、锋际雾、锋后雾。

25.大气中一般不会由同质核化凝结过程形成水的胚滴。不过，好在大气中存在大量的杂质—气溶胶粒

子，它们可能充当异质核化凝结过程中的凝结核。

26. 异质核化凝结：为了区分纯水汽在同质核上的同质核化凝结，将水汽在异质核上的凝结，称为异质

核化凝结。

27.冷云中冰晶一般通过两种过程生成：水汽的直接凝华，或由过冷液滴冻结成冰晶。

28冰晶的生成可通过冰晶的同质核化和冰晶的异质核化两种。

29.冰晶的同质核化：在没有任何杂质的情况下，形成冰晶的过程称为冰晶的同质核化过程。它又可分

为：①类似于同质核化凝结过程，仅靠水汽分子相互碰撞聚合而成冰晶，称之为冰晶的同质核化凝华过

程；②过冷小水滴的水分子向冰状结构变化而形成同质冰晶的过程，称为冰晶同质核化冻结过程。

30. 冰晶的异质核化过程可分为三种：异质核化凝华、异质核化冻结、接触核化冻结。

31.暖云是指云体温度都在0℃以上、由液态云滴组成的云。 *冷云是指云体温度在0℃以下、常常是过

冷水滴，冰晶和水汽共存。

32.重力碰并是由重力原因造成的碰撞和合并过程，称为重力碰并。 *.暖云中，云滴的增长主要通过凝

结和重力碰并过程。

33.上升气流愈强，过饱和度愈大，凝结增长速度愈大。

34.暖层状云降水：层状云的厚度较小，上升气流弱，含水量少，因此云滴的增长较慢，生成水滴较小。

35.雹云是产生降雹的云，它是强烈发展的积雨云。具有垂直厚度大、上升气流强、含水量丰富以及负

8

.

温层厚度大等特点。

36.传播雹云：这些单体呈有组织的排列，新的单体不断地在雹云的右侧出现，而老单体在云体的左后

侧消亡。这种过程使雹云有规律向右前方传播移动，因此也称为“传播雹云”

1.云是潮湿空气在上升过程中膨胀冷却，使空气中的水汽达到饱和及过饱和时，在凝结核上凝结成云滴，

或（和）由冰核作用经冻结和凝华生成冰晶而形成的。当云中的云滴增长到足够大时，就会从空中降落

而产生降水。

二、问答题：

1.云的形成条件：

答：云滴是大气中水汽含量达到饱和时生成的。使大气中水汽由未饱和达到饱和有两种途径：一是降低

空气温度，二是增加空气中的水汽。在水汽含量不变的情况下，当气块温度下降时，由于饱和水汽压值

随温度降低，就可能达到饱和。云主要是靠潮湿空气在上升运动过程中，气块绝热膨胀降温，达到饱和

而生成的。因此充足的水汽和上升运动是形成云的必要条件。

2.形成云雾的基本过程有那些？

答：一是冷却过程，二是既降温又增加水汽的过程。

3.按云的物理特征进行分类有哪几种？

答：①按云的物理过程和动力特征，分为积状云以及层状云和波状云；②按云体温度分为暖云和冷云；

③按云的微结构特征，分为水云、冰云和混合云。

4.大气的冷却过程有几种？

答：大气中的冷却过程主要分为两类：绝热冷却和非绝热冷却过程。

5.层状云的微物理特征：

答：锋面云系As—Ns的相态很复杂。它既包括水云区和冰云区，也包括由水滴和冰晶组成的混合区。

在混合区内滴谱分布很窄，平均半径约为3.5µｍ。由于这类云的形成与天气条件密切相关，因此，它

不仅相态多种多样，而且其微结构也随时间而迅速变化。

6.形成大气波动的主要原因有几种？

答：有两种：不连续界面上形成的重力波，以及气流越山引起的地形波。

7.我国全年总云量的分布特点是什么？

答：四川、贵州地区为大值区，例如成都全年平均总云量达8.4成，贵州达8.2成。一般说来，35°N

以南云量较多；35°N以北云量较少。

8.饱和水汽压与水面曲率和溶质的关系如何？什么是Kohler曲线？

答：饱和水汽压E表示在一定温度下空气中水汽的最大容量，其值随温度的升高而增大。

9.何谓冰晶效应？

答：由于同温度下冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压。在三相共存的混合云中，当水汽接近于水面饱

和状态时，对冰面已是过饱和状态，冰晶很快增长。若云中没有外来水分补充，则冰晶表面上有水汽不

断凝华，而水滴表面有水汽不断蒸发，直至液态水完全耗尽为止。这种水分从大量过冷水滴不断转移到

少数冰晶上去的效应称为冰晶效应。

10.说明冷云降水机制和暖锋降水机制。

答：冷云降水有二种，冰晶效应和混合降水。暖云降水也有二种，水汽凝结增长和重力碰撞。

11.说明人工降水、消雾、消云和抑制冰雹的原理和方法。

答：人工降水：主要是根据不同云层的物理特性，向云中播撒干冰、碘化银、水滴、盐粉或溶液等催化

剂，使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水，以达到增雨和抗旱的目的。

消雾、：用人工方法（播撒催化剂、加热或扰动混合等方法）使雾滴降落地面或蒸发消散的措施。雾按

其物态性质的不同，可分为暖雾、过冷雾和冰雾三种。

.

消云：原理和方法同消雾，用冷云催化剂消冷云，用吸湿性和水滴消暖云。

抑制冰雹：有两类：一是在雹云中引入人工冰核或在云底引入大量吸湿性核以增加雹胚，一类是爆炸法。

12.用干冰和用碘化银催化过冷云降水的成冰机制有何不同？

答：干冰是致冷剂，使局部云体剧烈冷却而产生冰晶。

碘化银是人工冰核，使云体能产生大量的成核率和冰晶。

1.形成云雾的基本过程有那些？

答：一是冷却过程，二是既降温又增加水汽的过程。

第六章 天气和天气预报

一、名词解释：

1. 天气现象是指某瞬时内大气中各种气象要素和自然现象空间分布的综合表现。

2. 气团：这种水平方向上物理属性比较均匀的大范围空气称为气团。

3. 气团的变性：气团形成以后，当它离开源地移到另一地区时，由于下垫面的性质以及物理过程的改

变，使气团的物理属性发生变化，这种气团原有物理属性的改变过程称为气团的变性。

4.锋是指分隔冷暖两种不同性质气团之间的狭窄过渡区，它具有一定的厚度，在空间呈倾斜状态，随高

度它向冷气团一侧倾斜。锋的下方为冷气团，上方为暖气团。

5.锋的分类：①冷锋；②暖锋；③准静止锋；④锢囚锋。

6.副热带高压是常年存在的永久性气压系统，不过其强度和位置冬夏有很大差别。

1.把各地区同一时刻观测到的气象要素，用国际规定的天气符号，按统一的格式填写在空白的地图上，

这就是天气图。

2.凡是气团温度高于流经地区下垫面温度的，称为暖气团。反之称为冷气团。

3.冬半年通常受极地大陆气团、热带海洋气团和北极气团的影响，它的源地在西伯利亚和蒙古地区，因

而称之为西伯利亚气团。

4.夏半年热带大陆气团常影响我国西部地区，它持久控制的地区，常会出现严重干旱和酷暑。来自印度

洋的赤道气团（又称季风气团）。

5.气旋是指在同一高度上中心气压低于四周的水平涡旋。在北半球，空气作逆时针旋转。

6.反气旋是指在同一高度上中心气压比四周高的水平旋涡。在北半球空气作顺时针旋转。

7.在南、北半球副热带地区的对流层中、下层，各存在着副热带高压带。由于海陆的影响，副热带高压

带常断裂成若干个高压单体，这些单体统称为副热带高压。

8.发生在热带洋面上的热带气旋，称为台风。热带低压—风力8级（风速＜17.2米/秒）；热带风暴—

风力8～9级（风速17.2～32.6米/秒）；强热带风暴—风力10～11级（风速24.5～32.6米/秒）；台风

或飓风—风力≥12级（风速≥32.7米/秒）

9.“雷暴”一词是指积雨云中所发生的雷鸣电闪的激烈放电现象，同时也指产生这种现象的天气系统。

10.通常把一个强上升运动区称为一个对流单体。

11.多单体风暴是由一些处于不同发展阶段、生命期较短的对流单体组成，且按一定规律排列，具有统

一环流的强风暴。

12.超级单体风暴是最强烈的雷暴。

13.龙卷是与强烈雷暴相拌出现的具有垂直轴的小范围涡旋，总有一个漏斗云柱挂自对流云底盘旋而下。

云柱不着地的叫漏斗云，云柱下垂到陆地上的叫“陆龙卷”，到海面或水上的称“水龙卷”。龙卷伸展到

地面时引起的强烈旋风，称为龙卷风。

14.龙卷一般发生于超级单体等强风暴中，也可以把产生龙卷的风暴称为龙卷风暴。

二、问答题：

10

.

1、什么是气团？气团形成的条件是什么？冷、暖气团的天气情况如何？

答：下垫面比较均匀的广阔地球表面上空停留或缓慢移动的空气，其物理属性（主要指温度、湿度、稳

定度）的水平分布比较均匀，天气现象也大致相同，而且水平尺度可达几千KM，垂直尺度达几KM到十

几KM，这种水平方向上物理属性比较均匀的大范围空气称为气团。

气团形成的条件是 ：一是大范围性质比较均匀的下垫面。二是必须有适合的环流条件，使得大范围空

气能长久地停留或缓慢移动在同一下垫面上，逐渐获得与下垫面相适应的比较均匀的物理属性。

2.叙述锋的定义及一般特征。

答：锋是指分隔冷暖两种不同性质气团之间的狭窄过度区，它具有一定的厚度，在空间呈倾斜壮态，随

高度它向冷气团一侧倾斜。锋的下方为冷气团，上方为暖气团。

1.简述各类锋面（冷锋、暖锋、准静止锋和锢囚锋）天气的典型特征。

答：①暖锋天气：暖空气沿锋面上升绝热冷却，到达凝结高度后，依次生成云系（Ci）（Cs）（As）（Ns）。

降水发生在雨层云内，一般多属连续性降水，在靠近地面锋线的冷空气里，常产生层云、碎层云、碎积

云，当饱和层到达地面时，可形成锋前雾。②冷锋天气：第一型冷锋，暖空气沿着冷空气向上滑升，当

暖空气比较稳定，水汽充沛时，可产生同暖锋相似的层状云系，但排列次序相反。如果锋前暖气团不稳

定，在锋线附近常出现积雨云和雷阵雨天气。第二型冷锋，特点是移动较快，冲击前方的暖空气，使之

产生激烈的上升运动，高层的暖空气下滑，当暖空气潮湿不稳定时，可形成强烈发展的积雨云。③准静

止锋天气：当暖空气湿度大不稳定时，也可能形成积雨云和雷阵雨，当暖气团干燥时，锋上没有明显的

云系，当它在某地来回摆动时，可出现持续性阴雨。④锢囚锋天气：由于锢囚锋是由两条锋合并而成，

因此其天气也保留了原来两条锋的特征。

2.西太平洋副热带高压的季节活动规律与我国雨带位置的变动有何联系？

答：副高的位置冬季最南，夏季最北，自冬至夏向北移动，强度增大；自夏至冬则向南移动，强度减弱。

我国的雨带是随着副高的南北移动而移动。

3.叙述台风的结构以及台风云系和天气分布的主要特征。

答：台风是一个很深的暖性低压，中心气压很低，在台风区内，中心附近等压线很密集，水平气压梯度

很大。台风过境时，会造成气压急剧下降。台风的流场表现为强烈的气旋性环流，低层有强烈的流入，

高层有强烈的流出，并有很强烈的上升运动。台风的云系特征是：在台风眼区，因有下沉气流，晴空无

云。如果低层水汽充沛，在逆温层下可能产生一些层积云和积云。靠近台风眼的周围，由于强烈的上升

运动，造成宽几十千米、高达十几千米的垂直云墙，云墙下经常出现狂风暴雨，从云墙区向外一直到台

风外缘，存在着一条或几条螺旋云带或螺旋雨带

4.天气预报的主要方法有哪些？

答：①天气学预报方法。②数值天气预报方法。③统计预报方法。

第七章 气候变化

一、名词解释：

1. 火山活动的这种“阳伞效应”是影响地球上各种空间尺度范围为时数年以上气候变化的重要因子。

2. 小气侯包括：①森林小气候；②草原小气候；③城市小气候；④农田小气候；⑤水库小气候；⑥海

洋石油污染。

3. 二氧化碳浓度的急剧增加是大量燃烧化石燃料和大量森林砍伐造成的。森林被砍伐不仅减少了森林

对大气中二氧化碳的吸收，而且由于被毁森林的燃烧和腐烂，更增加大量的二氧化碳排放到大气中。

4. 二氧化碳增加的主要影响是：一是大气二氧化碳加倍引起的气候变化。二是大气二氧化碳每年增加

1﹪引起的气候变化。

1.厄尔尼诺是太平洋南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸在冬季圣诞节前后海温发生异常升高的现象，南方涛动是

印度洋地区气压和太平洋地区气压反相变化的跷跷板现象。厄尔尼诺发生在海洋，南方涛动发生在大气，

二者的紧密关系是海-气系统在全球范围内的异常现象。

2.大气中有一些微量气体和痕量气体对太阳辐射是透明的，但对地气系中的长波辐射却有相当强的吸收

能力，对地面气温起到类似温室的作用，称为温室气体。

.

二、问答题：

1、本世纪气候是如何变化的？

答：①从19世纪末到本世纪40年代，世界气温曾出现明显的波动上升现象。②在40年代至80年代，

世界气候有变冷现象。③进入70年代以后，世界气候有趋变暖，到1980年以后，世界气候增暖的形势

更为突出。

2、影响气候变化的自然因子有哪些？

答；⑴太阳辐射的变化。⑵地球轨道因素的变化。⑶火山活动。⑷宇宙——地球物理因子。⑸下垫面地

理条件的变化。⑹大气环流的变化。⑺大气化学组成的变化。

3、什么是“阳伞效应”和“Twomey”效应？

答：阳伞效应 悬浮在大气中的气溶胶粒子犹如地球的遮阳伞，能反射和吸收太阳辐射，特别是能减少

紫外光的透射，使到达地表的太阳辐射减少，从而引起地面气温降低。

Twomey”气溶胶充当云的凝结核（CCN）从而改变云滴的浓度，结果使云的反射率增加。

1、什么是气候系统？气候系统包括哪些部分？

答：气候系统是一个包含大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈在内的，能决定气候形成、气候分布

和气候变化的统一的物理系统。气候系统包括： 大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈

2、气候系统中有哪些重要的反馈过程，它们有什么重要作用？

答： ①水汽——辐射反馈

作用：在相对湿度保持不变的条件下，气温升高使水汽含量增加，从而增加对地表射出的长波辐射的吸

收，结果使低层大气的温度进一步上升，气温和水汽的耦合作用使气候系统产生不稳定，这种反馈是正

反馈。

②冰雪——反射率反馈；作用：冰雪表面对入射太阳辐射有很大的反射作用，使得全球气温降低，地球

表面冰雪覆盖面积的扩大，反之依然。③云量——地面气温反馈

5、人类如何影响全球气候变化？

答：通过在工农业生产活动排放至大气中的温室气体影响全球大气候，人类活动增加了大气中的气溶胶，

从而影响区域气候，在城市建设、农牧业发展或其它活动改变下垫面的性质，从而影响城市、农田、水

库等地区的小气候。

7、未来气候变化的趋势怎样？

答：温室气体的增长将抑制长波辐射的射出，同时增加对太阳辐射的吸收，从而必然导致地球大气增温。

8、预测气候变化的方法有哪些？

答：大气中二氧化碳、甲烷、氟氯羟化合物等温室气体浓度的增减可引起气候的变化。

9、什么是小气候？城市小气候有什么特点？

答：小气候是在具有相同的大气候特点的范围内，在局部地区，由于下垫面性质不一致，使该地区具有

独特的气候状况。城市小气候主要特点是：城市热岛现象。

第八章 大气化学和大气污染

一、问答题：

1、控制大气中微量成分的关键过程有哪些？

答：地表源排放、大气中的输送、化学转化和大气中的清除。

2.地表非生物源分几类？

答：一类是自然的，与人类活动无关；另一类是由人类活动造成的。自然的地表源包括地幔缓慢排放和

火山爆发；人为源主要是工业生产和燃烧过程。

3.局地空气污染的主要原因是什么？人类排放气体污染物的主要方式是什么？

12

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答：①按人类活动功能分，有工业源、农业源、生活源、和交通污染源；按污染影响范围分，有局地源

和区域性天气污染源。污染源的排放形式可分成点源、线源、面源和体源等。②主要是化石燃料的燃烧。

人类排放的二氧化氮主要是通过燃煤造成。而氮氧化物则主要来源于燃烧的高温燃烧和交通工具排放的

废气。

4.大气污染的危害和影响有哪几方面。

答：①对人体健康的危害。②对生物体的危害，包括对动物和植物的危害。③对全球气候变化和生态环

境的影响。④影响降水的酸雨。

5、什么是干清除和湿清除？气溶胶粒子的湿清除过程包含哪些？

答：在没有降水的条件下，通过重力下落、湍流输送或两者的共同作用称为干清除过程。通过降水粒子

把大气微量成分带到地面使其从大气中消失的过程称为湿清除过程。

气溶胶粒子的湿清除过程包含 云内清除和云下清除。

6、大气中有哪些污染物？影响污染物散布的因子有哪些？

答：含硫化合物：二氧化硫、硫酸盐、氧硫化碳、二硫化碳、二甲基硫、硫化氢。

含氮化合物：一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、氨和硝酸盐、铵盐等。

含碳化合物：一氧化碳、和羟类。

卤代化合物：氟利昂、二氟氯甲烷、二氟二氯甲烷。

氧化剂：臭氧和其它过氧化物。

放射性物质和其它有毒物质：苯并芘、过氧酰基硝酸酯。

颗粒污染物：飘尘、降尘、即：悬浮微粒。

1、试述大气中的碳循环过程。

答：大气中的主要含碳成分是二氧化碳.一氧化碳和甲烷，碳循环的主要环节是二氧化碳的循环 2CO+O2

┉ 2CO2

2、何谓自由基？举例说明自由基在大气化学中的作用。

答：大气中化学转化过程中的一些非常关键的成分为自由基，也叫游离基，是具有非偶电子的基团或原

子，其主要的特点是化学反应活性高，存在寿命短。如羟基（OH）、氢过氧自由基（HO2）、甲基（CH3）、

氢自由基（H）。

CH4+OH——CH3+H2O；CH3+O2+M——CH3O2+M

3、用化学反应式说明大气中臭氧产生和破坏的主要过程。

产生：O2+hr——2O；O+O+M——O2+M；O+O2+M——O3+M

4、人类活动对大气中臭氧有什么影响？

答：由于超音速飞机的运营，产生大量的一氧化氮，它是破坏臭氧层的催化剂；人类大量使用的制冷剂

（氟里昂）也是破坏臭氧层的催化剂，他们的共同作用使得大气的臭氧层出现大面积的空洞，使得紫外

线能大量进入到地球表面，破坏生物等的生长。

5、介绍大气臭氧的气候和环境效应。

答：在平流层大气中，臭氧有很强的紫外线吸收带，可以吸收紫外线，抑制大气垂直运动的发展，使平

流层大气只有水平方向运动，平流层大气中臭氧吸收紫外线辐射的重要作用是作为地球生物圈的屏障，

吸收短波。另臭氧是一种化学活性气体，它在许多大气污染物的转化中起着重要作用。臭氧本身对地表

生物也有危害，对人的呼吸系统有破坏作用。臭氧的增加导致森林大面积死亡。

6、降水中一般有那些化学成分？

答：有 H Na K Mg Ca NH4 Cl NO3 SO4 等

7、如何判别降水是否是酸雨？为什么？

答：PH ＜ 5.0 为酸雨。因纯水在0℃时PH=5.6

.

高空部分（卫星云图）

1. APT接收站收到的云图分为：一类为电视照相的云图；另一类为扫描辐射仪的云图。

2. 卫星在空间固定的轨道上，对地球和大气进行照相，它把所拍摄到的东西表示成平面图象，这就是

卫星电视云图。

3. 把来自地球—大气的光辐射反射入辐射仪，光束分裂器把光辐射分成可见光和红外辐射两部分，分

别通过滤光片后，被红外探测器和光敏三级管变换成电信号传输到地面。称为扫描辐射仪云图。

4. 电视云图不同层次对应的云层和地表：①黑色（海洋、湖泊、大的河流、陆地有大面积的森林）。

②深灰色（牧场、草地、耕地）。③灰（陆地上的晴天积云、塔里木沙漠、陆地单独出现的卷云）。④灰

白（大陆上薄的中高云，中等厚度的云）。⑤白（积雪、冰冻的湖泊和海洋）⑥浓白（积雨云、厚的卷

层云、其下面有中、低云和降水）。

5. 红外云图不同层次对应的云层和地表：①黑（白天的沙漠、暖海洋）。②深灰（层积云、晴天积云

或晚间的沙漠、冷海洋）。③灰（厚的层云或厚的雾或层积云、晴天积云或薄的卷层云、纤维状卷云、

西藏高原、高山森林）。④深灰（厚的高层云或浓积云、纤维状卷云、薄的高层云）。⑤白（密卷云、卷

层云、高山积雪、卷云、极地冰雪）。

6. 云图识别的六个依据：①型式（结构）。②范围大小。③边界形状。④色调（或称亮度）。⑤暗影。

⑥纹理。

7. 高、中、低云的识别：①卷云：卷云的高度最高，是由冰晶组成，具有透明性，反射率较低。②中

云：中云在云图上常常表现成连续的一大片，而且绝大多数是与天气图尺度的系统相联系。③积云：积

云和浓积云常组成云线、云带或细胞状的结构。积云的边界清楚，边界形状不整齐，云区中多纹理。④

积雨云：积雨云的色调最白最亮，云顶比较光滑，积雨云的上风方向边界比较清楚，而下风方向的边界

不清楚。⑤层积云：层积云表现成多起伏的球状云区成片或带状。⑥层云：层云表现成一片纹理均匀的

云区，其色调由白到灰色。⑦雾：雾区的色调从淡灰到白色不等，雾区光滑均匀，雾区的边界非常清楚。

⑧雨层云：雨层云的色调从亮而白的色调到白色不等。

8. 天气尺度云系：①带状云系，云图上是一条大体上为连续的云系，具有明显的长轴。②涡旋云系，

云图上有一条或几条云带，按螺旋形状旋向一个共同的中心。③细胞状云系，云图上表现成细胞状云系

可分为闭合和未闭合两种。④正涡度中心云系，在高空槽的最大正涡度中心附近，或高空槽前的正涡度

平流区域出现的云。⑤波状云系，是指波纹结构的云系。

9. 锋面云系包括：冷锋、暖锋、锢囚锋和静止锋。

10. 在云图上温带气旋表现成各种不同程度的螺旋云系。可分成北方和南方气旋两种。①北方气旋：北

方气旋包括东北低压、蒙古气旋和黄河气旋。第一类在锋面云带的暖区内南北向云带中生成。它共经历

生成、发展、锢囚和消散死亡四个阶段。第二类是在暖性倒槽内云带中生成气旋。第三类是直接锢囚或

快速锢囚气旋。②南方气旋：我国江淮流域的气旋在大陆上发展的为江淮气旋，入海后发展的为东海气

旋。

11. 用云图预报温带气旋：云图上，当逗点云系与冷锋云带合并时，既为温带气旋的形成和发展阶段，

云带合并后发展到成熟阶段，出现螺旋云带，开始锢囚，最后消散。

12. 急流云系：云图上急流云系呈盾状或带状，由卷云组成，透过卷云可看到下面的中、低云。

13. 中纬度西风槽云系：云图上可分为①位于槽前的高空云带。②盾状云系或扫帚状云系。③逗点状云

系。

高空部分(雷达探测)

1. 气象回波：造成这类回波的直接因素是大气中云和降水中的水汽凝结物对电磁波的后向散射，以及

大气中温、压、湿等气象要素剧烈变化而引起的对电磁波的后向散射。

2. 非气象回波：这类回波形成的直接原因是来自地物、飞机、鸟类等非气象目标对电磁波的散射，以

及雷达的性能而引起的虚假回波。

3. 降水回波：①层状云降水回波：层状云降水在雷达上显示的回波，一般范围较大，边缘模糊不清，

结构比较均匀，呈大的片状和丝条状结构，回波区内无明显的块状结构。②积状云降水回波：通常由许

多分散的回波单体组成。③混合型降水回波：是指层状云和积状云混合在一起的降水。④雪的回波：雪

的回波较弱，回波的结构比层状云降水的回波松散，不易判断回波的边界。

14

.

4. 非降水回波：可分为云、雾和晴空大气的回波。

5. 非气象回波：①地物回波：山脉、丘陵、岛屿、海岸线、高大建筑物等对电磁波有反射作用。②超

折射回波：当大气中出现逆温和湿度随高度迅速减少的情况时，雷达发射的电磁波传播路径更向地面弯

曲，平时探测不到的远处地面物体，就会反映到荧光屏上来。

6. 锋面系统的回波：①冷锋：冷锋降水在雷达荧光屏上显示出的回波呈带状，它是由许多处在不同发

展阶段的回波单体组成。②暖锋：地面暖锋附近及锋前存在着范围相当广宽的片状或絮状结构的降水回

波，回波区以层状云降水回波为主。③静止锋：通常为一条相当宽的絮状回波带，带中片状的层状云降

水回波和团块状的对流云降水回波混杂在一起。

7. 锋面气旋回波：①为气旋暖锋前部和暖锋上的大片回波，常以层状云降水为主，回波呈片状或片絮

状。②是和冷锋相联系的带状回波，常为雷阵雨回波。③为气旋中心附近的回波或破碎的层状云回波。

④为暖区中出现的带状回波。⑤为暖区中线散乱的对流性回波，由一些雷雨或雷阵雨组成。⑥为冷区中

的零散回波，是一些小块或碎片状回波，强度比较弱。

8. 台风的雷达回波：台风呈弧状或向中心辐合的螺旋带状。①外辐合带：外辐合带的降水回波多呈狭

长带状，密集的排列成有规则的弧状。②内辐合带：当台风靠近测站时，经常看到一条范围较宽、强度

强而均匀的半月形雨带，在雨带的内侧便是台风的内辐合带。③台风眼：台风中心附近，雷达观测到一

圈圆形或椭圆形的环状回波，称为眼壁回波。眼壁回波围成的区域称为台风眼。

9. 中小尺度天气系统的回波：①飑线的回波：飑线的回波常为带状结构。②切变线回波：切变线造成

的雷阵雨在雷达回波上的特征为带状回波。③中小尺度涡旋：就是尺度较小的涡旋状或是“人”字形结

构的回波。

10. 台风中心位置的确定：①根据台风的眼壁回波确定台风中心。②根据螺旋雨带确定台风中心。

11. 根据雷达回波作预报的几种方法：㈠外推法：①单块对流性降水回波的预报。②带状回波的预报。

③边缘比较清楚的片状回波预报。④无定形降水回波的预报。㈡综合统计法。

公式：干空气状态方程：p=ρRT R—比气体常数

dddd

湿空气状态方程：p=ρRT Tv=T(1+0.378e/p) Tv 虚温

dv

经验公式：E=E10

0

7.5t/237.3+t

静力方程：d/d=-ρg

pz

一般形式的压高公式：p=pe∫(g/RT)dz

21z12

均质大气压高公式：p=p-ρgz

0

等温大气压高公式：z2-z1=18400(1+at)lg(p/p) (m)

12

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-z

《大气科学概论》基础理论复习题一答案

一、判断以下叙述是否正确，正确的打勾，错误的打叉（20分，每小题1分）

（1）天气学是研究大气运动的动力和热力过程及其相互关系的学科。×（动力气象学）

（2）水汽是云和降水的源泉，在常态中可以有三种相态。√

（3）每一种气体都满足状态方程。√

（4）气温、气压和相对湿度都能直接观测读数。×（相对湿度不能直接观测读数）

（5）七级大风的风速至少为17.2米/秒。×（八级风）

（6）一般而言，中层介于对流层和平流层之间。×（对、平、中、热、外）

（7）在高纬度地区，气旋又称为高压。×(气旋就是低压)

（8）大气中水平气压梯度小于垂直气压梯度。√

（9）太阳辐射是地球大气中各种物理化学过程的总能源。√

（10）吸收太阳辐射是对流层低层大气增温的主要原因。×(吸收地面长波辐射是大气增温原因)

（11）地面总辐射在秋季最大、春季最小。×(夏季最大、冬季最小)

（12）虽然中午的太阳辐射最强，但此时的气温却不是最高。√

（13）地球与大气系统很难处于辐射平衡状态。×(果真如此，地球上就没有人类了)

（14）常用的温标有摄氏温标、华氏温标和绝对温标三种。√

（15）水循环是水从海洋到大气、大气到陆地、陆地到海洋的持续运动。√

（16）位温是气块沿着干绝热过程移动到1000百帕所具有的温度。√

（17）对人类生活和发展不会造成影响的大气污染物多是微量气体和气溶胶粒子。×(温室效应)

（18）根据冷暖气团的主次地位，可以将锋面分为冷锋、暖锋、铟囚锋三类。×(冷、暖、静止)

（19）天气图底图常用的投影有兰勃脱投影、麦卡托投影、极射赤面投影三种√

（20）负的不稳定能量将有利于垂直运动的发展。×(垂直运动发展是大气不稳定的直接结果)

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二、从以下词组中选择最合适的一个填入空格中（20分，每空1分）

大气探测 凝固 动力气象学 相对湿度 单圈环流 绝热过程 斜压大气

氧气和二氧化碳 地表能量 辐射雾 水平运动 大气物理学 比湿

热成风 应用气象学 地转偏向力 行星边界层 氮气和氧气 锋面雾

天气学 凝结 向心力 小于 海陆风 数值模拟 氧气和氢气 冻结

统计预报 三圈环流 汽化 数值预报 二氧化碳 气压梯度力 涡度

大气能量 等于 非绝热过程 守恒过程 正压大气 散度 正压大气

中尺度 垂直运动 氟里昂 大于 对流层 蒸发 大尺度 地转风

（1）应用气象学 是将气象方面的有关原理、方法和成果应用于多个领域的边缘性学科。

（2） 大气探测 是研究探测地球大气中各种现象的方法和手段的学科。

（3）研究大气的物理现象、物理过程及其演变规律的学科称为 大气物理学 。

（4） 相对湿度 是空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值。

（5）地球大气的主要成份是 氮气和氧气 。

（6）太阳直接辐射和天空散射辐射是 地表能量 的主要来源。

（7）大气的大尺度运动以 水平运动 为主要特征。

（8）通常将雾分为冷却雾、蒸发雾、地方性雾和 锋面雾 。

（9） 二氧化碳 是一种可以引起温室效应的气体。

（10） 统计预报 是根据历史资料研究天气规律，并用于天气预报的一种定量预报方法。

（11）由于气压分布不均匀而产生的力称为 气压梯度力 。

（12）台风属于天气系统 大尺度 系统。

（13） 地转风 是水平气压梯度力和水平科氏力平衡的结果。

（14）从地面到1～1.5公里高度的大气层称为 行星边界层 。

（15）如果大气密度的空间分布只是气压的函数，则这样的大气称为 正压大气 。

（16）是描述流体个别质点旋转运动的微观量 涡度 。

（17）若地球不自转，且表面均匀，则大气的径向环流为环流 单圈环流 。

（18）从液态到固态的转化过程叫 冻结 。

（19）如果气温直减率 大于 干空气直减率，则大气为绝对不稳定。

（20）系统与外界有热量交换的过程称为 非绝热过程 。

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《大气科学概论》基础理论复习题二答案

一、简答题（25分，每小题5分）

1、 对流层大气具有哪些特点？温度、密度、水汽；强烈垂直运动；要素水平分布不均匀

2、 二氧化碳被称为温室气体的原因是什么？不吸收短波；吸收地面长波；向地空发射长波

3、 辐射平衡、地面有效辐射指什么？放=收；地面放射辐射与地面吸收大气逆辐射之差

4、 大气中水汽凝结的条件是什么？达到或超过饱和；有凝结核或凝华核

5、 地转风与梯度风有何不同之处？二力平衡、直线运动；三力平衡，曲线运动

二、写出下列公式（25分，每小题5分）

1、 理想气体状态方程 P=ρRT

2、 大气静力学方程 dp=-ρgdz

3、 位温与温度的关系公式 Ө=T(1000/p)

k

4、 电磁波的频率、波长与光速之间的关系公式 波长×频率 = 光速

5、 摄氏温度与华氏温度之间的转换公式 F = 1.8C + 32

三、填空题（100分，每个空格1分）

1、干洁大气是指不包含 水汽 和 气溶胶 的整个混合大气，在铅直方向从地面向上可以分为 对

流层 、 平流层 、 中间层 、 热成层 和 散逸层 五层。大气中最主要的成份是 氮气 、 氧

气 和 氩气 三种气体。

2、表征水汽的气象要素有很多，如 水汽压、 相对湿度、 露点等。在天气预报中暴雨的日降水量

标准为 50.0到 99.9 毫米，大风的最低风速为 17.2 m/s，也即 八 级风。

3、影响大气运动的力为 气压梯度力 、 地转偏向力 、 离心力 、 重力 和 摩擦力 。其中地转

风是指 气压梯度力 和 地转偏向力 相平衡时所吹的风。

4、任何物质以电磁波的形成放出的能量称为 辐射 。一般而言，频率越 高 / 低 的波其波长越 短

/ 长 ，大气科学主要研究波长主要有太阳 短波 、地面 长波 和大气 长波 。如果一个物体的温度越

高，则其放射能力就越 强 ，且温度降低时，黑体辐射最大值对应的波长会向 长波 方向移动。我们都

知道光速的大小为 300000000 m/s ，据此可以算出波长为10厘米的多普勒雷达工作频率为 3000000000

Hz 。

5、太阳是地球和大气最主要的 能量 来源。我们所居住的地球的 自 转和 公 转分别形成了 昼夜

和 四季 。我们把太阳光线与地面水平面之间的夹角称为 太阳高度角 ，其值大小主要由 纬度 、 赤

纬 和 时角 等三个因素所决定。

6、太阳总辐射包括 直接辐射 和 散射辐射 两个部分，其中 直接辐射 是最主要的部分。而吸收

太阳辐射最主要的气体为 臭氧 、 水汽 和 二氧化碳 三种。太阳辐射被大气减弱主要有 吸收 、

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散射 和 反射 三个因素。 大气光学质量 和 大气透明系数 是描述大气对太阳辐射的减弱作用的主要

因子。

7、湿气块内部无水相变化的绝热过程，称为 干绝热过程 。气块在状态变化过程中与外界有热量

交换的过程称为 非绝热过程 。干空气和未饱和湿空气气块绝热上升单位距离时的温度降低值称为 干

绝热直减率 ，其值为 0.98℃/100m 。根据湿绝热方程，气块上升时，由于气压 降低 会造成 温度降

低 ，水汽 凝结 会造成 温度升度 。

8、大气中温度、湿度等要素的垂直分布情况称为 大气层结 。大气环境温度随高度的变化曲线称

为 层结曲线 ，上升气块的温度随高度的变化曲线称为 状态曲线 。起始高度温、压点沿干绝热线上升，

与起始高度露、压点沿等饱和比湿线上升的交点称为 抬升凝结高度 ，起始高度以上状态曲线和层结曲

线第一次交点称为 自由对流高度 。气块受垂直扰动后，返回或远离平衡位置的趋势和程度称为 大气

稳定度 。气块不稳定条件为气块温度 大于 环境温度。如果温度平流的值大于零，则表示有 暖 平流，

一般低层大气有 冷 平流时易引起大气的不稳定。

9、水的三相是指 固态 、 液态 和 汽态 ，其中三相之间的转换可以有 融解 、 冻结 、 蒸发 、

凝结 、 升华 和 凝华 六种过程。一般温度越高、饱和水汽压则 越高 ，在相同温度下，溶液面比纯

水面的饱和水汽压 小 ，溶液的浓度越高、则饱和水汽压 越小 ，冰面比过冷却水面的饱和水汽压 小 ，

凸面曲率越大、饱和水汽压 越大 ，电荷的存在将使水滴的饱和水汽压 减小 。

10、凝结在地面上或地物上的微小水滴称为 露 。凝结在地面上或地物上的水汽凝华物称为

霜 。气温0 ℃以下、地面有冻结，则称为 霜冻 。水汽在树枝、电线和地物凸出表面上的凝华物称

为 雾淞 。地面或地物的迎风面上形成的透明的紧密冰层称为 雨淞 。最常见的是雾是 辐射雾 和

平流雾 。云按形状可分为层状云、 积状云 以及波状云 三种。降水可以有 雨 、 雪 、 霰

和 雹 四种形态。

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