大气物理学学位考试大纲

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大气物理学

大气物理学是一门气象专业基础课。学习该课程是为了使学生了解和掌握大气物理学各

个方面的基础知识和基础理论，为学习专业课打下坚实基础。本门课主要包括大气的组成和

结构、大气静力学、大气辐射、大气热力学等知识。

第一章 行星大气和地球大气的演化

一、要求：了解地球的演化和地球生命的起因，掌握地球大气演化的三个阶段。

二、考试内容

（1） 行星大气

（2） 地球大气的演化

三、例题：

（1）地球大气的演化大体可分为 、 和 三个阶段。

四、作业：

（1）行星大气的演化主要决定于该行星距太阳的距离及重力场的强度，对吗？为什么？

（2）地球具有哪些独特的条件，使它成为太阳系中唯一存在生命的星球？

第二章 地球大气的成分及其分布

一、要求：了解空气的主要成分、主要的气象要素；掌握湿度的表示法、状态方程、虚温、

水汽和大气气溶胶的作用等概念。

二、考试内容

（1）干洁大气

（2）大气中的水汽

（3）大气气溶胶

三、例题：

（1）气温15.0℃，大气压力百帕，混合比 ，求（a）饱和水汽压，（b）水汽压，（c）

饱和差。（d）相对湿度，（e）绝对湿度，（f）比湿。

（2）什么是大气气溶胶粒子？它在哪些大气过程中有重要作用？如果假想大气中完全

不存在大气气溶胶，地球大气环境会有什么变化？

（3）计算气压为1000hPa，气温为27℃时的干空气密度和在相同温压条件下，水汽压

为20 hPa时的湿空气密度。

（4）计算垂直密度梯度，在该高度上密度为1.0千克/米，温度为23.1℃，气温直减

3

率为0.65℃/100米。如果空气密度不随高度变化，那么

1

T

?

z

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四、作业：

（1）气温为3℃,相对湿度为30％，求露点霜点及水汽密度。若大气压强为1005 hPa，

求比湿。

（2）计算垂直密度梯度，在该高度上密度为1.0千克/米，温度为23.1℃，气温直减

3

率为0.65℃/100米。如果空气密度不随高度变化，那么

（3）简述南极臭氧洞产生的原因。

（4）计算气压为1000百帕，温度为7.0℃的饱和湿空气的虚温和虚温差。

第三章 大气的分层和结构

一、要求：了解大气的垂直分层结构，掌握分层的方法、各层名称和特点及大气质量计算

方法。

二、考试内容

（1）大气分层

（2）大气质量及其垂直分布

三、例题：

（1）设空气密度随高度变化为，试估计地球大气的总质量。其中的单位



z0

e



8000

z

为米，（千克/米）



0

1.27

3

（2）已知地面气压p＝1000hPa，温度 t =10℃，露点t= 5℃,

d

① 请求出其比湿q, 虚温t, 空气密度.

v



② 若温度和比湿不随高度改变，求850hPa等压面离地面的高度z (gpm) =?

1000-850hPa 1m

③若在的气层中，比湿不随高度变化，求出底面积为气柱中水汽

2

总质量（提示：先求空气总质量）。如果其全部凝结为液体水落至地面，

m ()

v

kgm

则水层有多厚

(cm)

.

（）若高空某一层的气压是地面气压的一半，假设：①地面到该层为等温层，平均温度

3

为；②地面气温是，而减温率为请分别计算在以上两种情况下该等压

290k288kgpkm.

面的高度。

四、作业：

（1）支配地球大气中气体成分随高度分布的因素有哪些？地面上大气与500km以上大气

有何不同？

（2）已知大气中氖的平均浓度是18ppmv，计算大气中氖的总质量。

（3）计算“标准大气”中海平面处的压强标高和密度标高。

（4）计算气压为1000hPa，气温为10C时干空气的密度。在上述相同的气压和气温条

件下，若空气中的水汽压为20hPa，计算此时湿空气的密度和水汽密度，并作比较.

2

2

z

T

?

z

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第四章 大气静力学

一、要求：了解标准大气定义及其应用；掌握静力学基本方程及物理意义、各种压高公式

及气压场的基本型式。

二、考试内容

（1）大气静力学方程

（2）大气模式

（3）气压—位势高度公式

（4）标准大气

（5）气压的时空分布

三、例题：

（1）设地面气压为1013百帕，温度为0.0℃，试求在均质大气中3997米和7995米高度

上的气压。

（2）已知℃/100米，地面气温0.0℃，气压百帕，求多元大气在3997米和7995



0.65

米高度上的气压（百帕）。

（3）试比较具有相同气压和温度（百帕和32.5℃）的饱和湿空气和干空气的气压阶。

（4）设等温大气温度随时间变化，但地面气压维持不变，试证明在等于均质大气高度，

空气密度也维持不变。

四、作业：

（1）画出均质大气、等温大气和多元大气的温度、压强、密度的垂直变化曲线示意图，

并分析比较。

（2）根据标准大气的规定，求气压分别为1000hPa、500hPa和100hPa处单位气压高度差。

（3）计算当气压为百帕，温度为40.0℃和-40.0℃时的地表附近的气压阶。

（4）计算均质大气的气温直减率。

第五章 地面和大气中的辐射过程

一、要求：掌握辐射的基本知识、热辐射的基本定律、太阳辐射在大气中的衰减方式及规

律、太阳常数、大气保温效应；了解大气逆辐射、地面有效辐射和能量平衡等概念。

二、考试内容

（1）辐射的基本概念

（2）辐射的物理规律

（3）地球大气与辐射的相互作用

（4）太阳辐射在地球大气中的传输

（5）地球—大气系统的长波辐射

（6）地球、大气及地气系统的辐射平衡

3

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三、例题：

（1）若视大气为一薄层，它对太阳辐射的吸收率为，对地球辐射的吸收率为，设地球表

面具有黑体性质，试计算地球表面和大气的辐射平衡温度。

（2）若太阳常数增加5%，那么太阳表面的有效温度将增加多少呢？

（3）当日地距离为一个天文单位时，试求在赤道和极地的太阳辐射日总量的最大值和最

小值。

（4）波长为的氦—氖激光束输出了毫瓦能量，它以与云层法线成30度的方向通过厚度为

10米的云。若忽略散射影响，则测得射出功率为和毫瓦，试求容积消光系数 和垂直

光学厚度

四、作业：

（1）由太阳常数=1367 W/m2，请计算：①太阳表面的辐射出射度；②全太阳表面的

S

0

辐射通量；③整个地球得到的太阳辐射通量占太阳发射辐射通量的份数。

（2）一立方体的黑体，每边长10厘米，如果把它加热到727度，求此黑体放射的辐射能

有多少瓦？

（3）一个物体的辐射通量密度为瓦/米2，吸收率为，试求其温度等于多少度？

（4）设有一束平行光线与铅直方向成60度的角度入射并通过厚100米的气层，已知气层

的平均气体密度为0.1千克/米，气层对某波长的吸收系数为10米/千克，试计算

3-22

某波长通过气层的光学厚度、大气质量数、透明度。

第六章 大气热力学基础

一、要求：掌握大气的热力学基本定律；了解可逆的饱和绝热过程和假绝热过程；了解干、

湿绝热过程和方程，掌握抬升凝结高度、位温、假相当位温等概念；掌握判定稳定度

的方法及影响大气层结变化的因子；了解对流性不稳定、逆温层等概念；熟练地使用

T-lnP图分析大气。

二、考试内容

（1）应用于大气的热力学基本定律

（2）大气中的干绝热过程

（3）可逆的饱和绝热过程和假绝热过程

（4）大气热力学图解

（5）绝热混合过程

（6）等压冷却过程

（7）温湿参量

（8）大气的静力稳定度

（9）整层气层升降时稳定度的变化

4

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（10）逆温层

三、例题：

（1）空气微团的初始温度为15℃，从1000百帕处绝热抬升，求在抬升凝结高度上的微

团温度。若微团进一步抬升200百帕，求它的最终温度，在抬升过程中凝结出多少液

态水？

（2）标出LCL、CCL及LFC的高度，分析地面气块绝热上升时不稳定能量的垂直分布

情况，确定大气层属于哪种稳定度。①当天最高气温要达到多少度才有可能出现热雷

雨？②判断1000～900hPa及850～800hPa是否对流性不稳定？为什么？

（3）在400百帕处，空气微团温度为230开，试问它的位温等于多少？若微团绝热下降

到600百帕处，温度为多少？

（4）近地层湿空气微团的气压、温度、湿度分别为1000百帕、25℃、16.3千克，试计算

凝结高度。

四、作业：

（1）气流在 p = 950hPa 时, t = 14C, q = 。气流遇山坡被抬升，山顶压强为700hPa，

过山后下沉。若凝结出的水分70％在爬坡途中降落，求背风面950hPa处气流的温度，

比湿及位温，假相当位温。

TP

c

（2）试把泊松方程变为常数的形式。

()

p

pV

c

v

TP

00

（3）在1000百帕高度上有一未饱和湿空气微团，当它上升到500百帕高度时，温度由原

来290开增加为295开，试问未饱和湿空气微团每上升100米吸收多少焦耳的热量？

（4）已知空气微团P=990百帕，℃，℃，求：

t2510



a. 在该状态的



,q,q,f,Z,,,e,E,T.

sgswV

b. 该空气微团上升到凝结高度时的

p,T,f,,.



c. 该空气微团从初态绝热上升到凝结高度的过程中，其对外做（比）功为多少？

教 材： 盛裴轩，毛节泰等编著：大气物理学（1~6章），北京大学出版社，2003

参考书目： 华莱士、霍布斯著，王鹏飞等译，大气科学概观，上海科学技术出版社，1981

徐绍祖主编：大气物理学基础，气象出版社，1993

徐玉貌、刘红年、徐桂玉编著：大气科学概论，南京大学出版社，2000

附录：考试样卷

一、单项选择题（每小题 分，共 60 分）：

二、名词解释与简答（每小题 5 分，共 20 分）

三、分析与计算题（每小题 10 分，共 20 分）

5

R

c

p