大氣物理學學位考試大綱

精選大氣物理學大氣物理學是一門氣象專業(yè)基礎課。 學習該課程是為了使學生了解和掌握大氣物理學各個方面的基礎知識和基礎理論， 為學習專業(yè)課打下堅實基礎。 本門課主要包括大氣的組成和結構、大氣靜力學、大氣輻射、大氣熱力學等知識。第一章 行星大氣和地球大氣的演化一、要求：了解地球的演化和地球生命的起因，掌握地球大氣演化的三個階段。二、考試內容（1）行星大氣（2）地球大氣的演化三、例題：（1）地球大氣的演化大體可分為 、 和 三個階段。四、作業(yè)：1）行星大氣的演化主要決定于該行星距太陽的距離及重力場的強度，對嗎？為什么？2）地球具有哪些獨特的條件，使它成為太陽系中唯一存在生命的星球？第二章 地球大氣的成分及其分布一、要求：了解空氣的主要成分、 主要的氣象要素； 掌握濕度的表示法、 狀態(tài)方程、虛溫、水汽和大氣氣溶膠的作用等概念。二、考試內容1）干潔大氣2）大氣中的水汽3）大氣氣溶膠三、例題：1）氣溫15.0℃，大氣壓力1015.0百帕，混合比0.01，求（a）飽和水汽壓，（b）水汽壓，（c）飽和差。（d）相對濕度，（e）絕對濕度，（f）比濕。歡迎下載精選2）什么是大氣氣溶膠粒子？它在哪些大氣過程中有重要作用？如果假想大氣中完全不存在大氣氣溶膠，地球大氣環(huán)境會有什么變化？3）計算氣壓為1000hPa，氣溫為27℃時的干空氣密度和在相同溫壓條件下，水汽壓為20hPa時的濕空氣密度。（4）計算垂直密度梯度，在該高度上密度為 1.0千克/米3，溫度為 23.1℃，氣溫直減率為0.65℃/100米。如果空氣密度不隨高度變化，那么T?z四、作業(yè)：（1）氣溫為3℃,相對濕度為 30％，求露點霜點及水汽密度。 若大氣壓強為 1005hPa，求比濕。（2）計算垂直密度梯度，在該高度上密度為 1.0千克/米3，溫度為 23.1℃，氣溫直減率為0.65℃/100米。如果空氣密度不隨高度變化，那么

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?3）簡述南極臭氧洞產生的原因。4）計算氣壓為1000百帕，溫度為7.0℃的飽和濕空氣的虛溫和虛溫差。第三章 大氣的分層和結構一、要求：了解大氣的垂直分層結構，掌握分層的方法、 各層名稱和特點及大氣質量計算方法。二、考試內容（1）大氣分層（2）大氣質量及其垂直分布三、例題：（1）設空氣密度隨高度變化為zzz的單0e8000，試估計地球大氣的總質量。其中位為米， 0 1.27（千克/米3）歡迎下載精選（2）已知地面氣壓 p＝1000hPa，溫度 t=10℃，露點td=5℃,①請求出其比濕 q,虛溫tv,空氣密度 .②若溫度和比濕不隨高度改變，求 850hPa等壓面離地面的高度 z(gpm)=?③若在1000-850hPa 的氣層中，比濕不隨高度變化， 求出底面積為 1m2氣柱中水汽總質量mv(kgm2)（提示：先求空氣總質量）。如果其全部凝結為液體水落至地面，則水層有多厚 (cm).3）若高空某一層的氣壓是地面氣壓的一半，假設：①地面到該層為等溫層，平均溫度為290k；②地面氣溫是288k，而減溫率為6.5k/gpkm.請分別計算在以上兩種情況下該等壓面的高度。四、作業(yè)：（1）支配地球大氣中氣體成分隨高度分布的因素有哪些？地面上大氣與 500km 以上大氣有何不同？2）已知大氣中氖的平均濃度是18ppmv，計算大氣中氖的總質量。3）計算“標準大氣”中海平面處的壓強標高和密度標高。4）計算氣壓為1000hPa，氣溫為10C時干空氣的密度。在上述相同的氣壓和氣溫條件下，若空氣中的水汽壓為20hPa，計算此時濕空氣的密度和水汽密度，并作比較.第四章 大氣靜力學一、要求：了解標準大氣定義及其應用； 掌握靜力學基本方程及物理意義、 各種壓高公式及氣壓場的基本型式。二、考試內容1）大氣靜力學方程2）大氣模式3）氣壓—位勢高度公式歡迎下載精選4）標準大氣5）氣壓的時空分布三、例題：（1）設地面氣壓為 1013百帕，溫度為 0.0℃，試求在均質大氣中 3997米和7995米高度上的氣壓。（2）已知 0.65℃/100米，地面氣溫 0.0℃，氣壓 1000.0百帕，求多元大氣在 3997米和7995米高度上的氣壓（百帕） 。3）試比較具有相同氣壓和溫度（978.0百帕和32.5℃）的飽和濕空氣和干空氣的氣壓階。4）設等溫大氣溫度隨時間變化，但地面氣壓維持不變，試證明在等于均質大氣高度，空氣密度也維持不變。四、作業(yè)：1）畫出均質大氣、等溫大氣和多元大氣的溫度、壓強、密度的垂直變化曲線示意圖，并分析比較。2）根據(jù)標準大氣的規(guī)定，求氣壓分別為1000hPa、500hPa和100hPa處單位氣壓高度差。3）計算當氣壓為1000.0百帕，溫度為40.0℃和-40.0℃時的地表附近的氣壓階。4）計算均質大氣的氣溫直減率。第五章 地面和大氣中的輻射過程一、要求：掌握輻射的基本知識、熱輻射的基本定律、太陽輻射在大氣中的衰減方式及規(guī)律、太陽常數(shù)、大氣保溫效應；了解大氣逆輻射、地面有效輻射和能量平衡等概念。二、考試內容1）輻射的基本概念2）輻射的物理規(guī)律歡迎下載精選（3）地球大氣與輻射的相互作用（4）太陽輻射在地球大氣中的傳輸（5）地球—大氣系統(tǒng)的長波輻射（6）地球、大氣及地氣系統(tǒng)的輻射平衡三、例題：（1）若視大氣為一薄層，它對太陽輻射的吸收率為0.1，對地球輻射的吸收率為0.8，設地球表面具有黑體性質，試計算地球表面和大氣的輻射平衡溫度。2）若太陽常數(shù)增加5%，那么太陽表面的有效溫度將增加多少呢？3）當日地距離為一個天文單位時，試求在赤道和極地的太陽輻射日總量的最大值和最小值。（4）波長為0.6328的氦—氖激光束輸出了毫瓦能量，它以與云層法線成 30度的方向通過厚度為 10米的云。若忽略散射影響，則測得射出功率為 1.57576和0.01554 毫瓦，試求容積消光系數(shù) 和垂直光學厚度四、作業(yè)：（1）由太陽常數(shù) S0=1367W/m2，請計算：①太陽表面的輻射出射度；②全太陽表面的輻射通量；③整個地球得到的太陽輻射通量占太陽發(fā)射輻射通量的份數(shù)。（2）一立方體的黑體，每邊長 10厘米，如果把它加熱到 727度，求此黑體放射的輻射能有多少瓦？（3）一個物體的輻射通量密度為 1396.5瓦/米2，吸收率為 0.8，試求其溫度等于多少度？（4）設有一束平行光線與鉛直方向成 60度的角度入射并通過厚 100米的氣層，已知氣層的平均氣體密度為 0.1千克/米3，氣層對某波長的吸收系數(shù)為 10-2米2/千克，試計算某波長通過氣層的光學厚度、大氣質量數(shù)、透明度。第六章 大氣熱力學基礎一、要求：掌握大氣的熱力學基本定律； 了解可逆的飽和絕熱過程和假絕熱過程； 了解干、歡迎下載精選濕絕熱過程和方程， 掌握抬升凝結高度、 位溫、假相當位溫等概念；掌握判定穩(wěn)定度的方法及影響大氣層結變化的因子； 了解對流性不穩(wěn)定、 逆溫層等概念；熟練地使用T-lnP圖分析大氣。二、考試內容1）應用于大氣的熱力學基本定律2）大氣中的干絕熱過程3）可逆的飽和絕熱過程和假絕熱過程4）大氣熱力學圖解5）絕熱混合過程6）等壓冷卻過程7）溫濕參量8）大氣的靜力穩(wěn)定度9）整層氣層升降時穩(wěn)定度的變化10）逆溫層三、例題：1）空氣微團的初始溫度為15℃，從1000百帕處絕熱抬升，求在抬升凝結高度上的微團溫度。若微團進一步抬升200百帕，求它的最終溫度，在抬升過程中凝結出多少液態(tài)水？2）標出LCL、CCL及LFC的高度，分析地面氣塊絕熱上升時不穩(wěn)定能量的垂直分布情況，確定大氣層屬于哪種穩(wěn)定度。①當天最高氣溫要達到多少度才有可能出現(xiàn)熱雷雨？②判斷1000～900hPa及850～800hPa是否對流性不穩(wěn)定？為什么？3）在400百帕處，空氣微團溫度為230開，試問它的位溫等于多少？若微團絕熱下降到600百帕處，溫度為多少？（4）近地層濕空氣微團的氣壓、溫度、濕度分別為 1000百帕、25℃、16.3千克，試計算凝結高度。歡迎下載精選四、作業(yè)：（1）氣流在p=950hPa時,t=14C,q=0.008。氣流遇山坡被抬升，山頂壓強為700hPa，過山后下沉。若凝結出的水分70％在爬坡途中降落，求背風面950hPa處氣流的溫度，比濕及位溫，假相當位溫。Rcp（2）試把泊松方程T(P)cp變?yōu)閜Vcv常數(shù)的形式。T0P0（3）在1000百帕高度上有一未飽和濕空氣微團，當它上升到500百帕高度時，溫度由原來290開增加為295開，試問未飽和濕空氣微團每上升100米吸收多少焦耳的熱量？（4）已知空氣微團P=990百帕，t25℃，10℃，求：a.在該狀態(tài)的,q,qs,f,Zg,se,sw,e,E,TV.該空氣微團上升到凝結高度時的p,T,f,,se.該空氣微團從初態(tài)絕熱上升到凝結高度的過程中，其對外做（比）功為多少？教材：盛裴軒，毛節(jié)泰等編著：大氣物理學（1~6章），北京大學出版社，2003參