農業(yè)氣象學試題及答案

農業(yè)氣象學試題及答案農業(yè)氣象學試題(有答案)第一章大氣一、名詞解釋題：1.干潔大氣：除去了水汽和各種懸浮的固體與液體微粒的純凈大氣，稱為干潔大氣。下墊面：指與大氣底部相接觸的地球表面，或墊在空氣層之下的界面。如地表面、海面及其它各種水面、植被表面等。3.氣象要素：構成和反映大氣狀態(tài)的物理量和物理現(xiàn)象，稱氣象要素。主要包括氣壓、氣溫、濕度、風、云、能見度、降水、輻射、日照和各種天氣現(xiàn)象等二、填空題：(說明：在有底線的數(shù)字處填上適當內容)1.干潔大氣中，按容積計算含量最多的四種氣體是：(1)、(2)、氬和(3)。大氣中臭氧主要吸收太陽輻射中的(4)。3.大氣中二氧化碳和水汽主要吸收(5)輻射。近地氣層空氣中二氧化碳的濃度一般白天比晚上(6)，夏天比冬天(7)。(8)是大氣中唯一能在自然條件下發(fā)生三相變化的成分，是天氣演變的重要角色。根據(jù)大氣中(9)的鉛直分布，可以把大氣在鉛直方向上分為五個層次。在對流層中，溫度一般隨高度升高而(10)。8.大氣中對流層之上的一層稱為(11)層，這一層上部氣溫隨高度增高而(12)。根據(jù)大氣中極光出現(xiàn)的最大高度作為判斷大氣上界的標準，大氣頂約高(13)千米。答案：(1)氮(2)氧(3)二氧化碳(4)紫外線(5)長波(6)低(7)低(8)水汽(9)溫度(10)降低(11)平流(12)升高(13)1200三、判斷題：(說明：正確的打“"”，錯誤的打“X”)1.臭氧主要集中在平流層及其以上的大氣層中，它可以吸收太陽輻射中的紫外線二氧化碳可以強烈吸收太陽輻射中的紫外線，使地面空氣升溫，產生“溫室效應”。由于植物大量吸收二氧化碳用于光合作用，使地球上二氧化碳含量逐年減少。地球大氣中水汽含量一般來說是低緯多于高緯，下層多于上層，夏季多于冬季。大氣在鉛直方向上按從下到上的順序，分別為對流層、熱成層、中間層、平流層和散逸層。平流層中氣溫隨高度上升而升高，沒有強烈的對流運動。熱成層中空氣多被離解成離子，因此又稱電離層。答案：1.對，2.錯，3.錯，4.對，5.錯，6.對，7.對。四、問答題：1.為什么大氣中二氧化碳濃度有日變化和年變化？答：大氣中的二氧化碳是植物進行光合作用的重要原料。植物在太陽輻射的作用下，以二氧化碳和水為原料，合成碳水化合物，因此全球的植物要消耗大量的二氧化碳；同時，由于生物的呼吸，有機物的分解以及燃燒化石燃料等人類活動，又要產生大量的二氧化碳。這樣就存在著消耗和產生二氧化碳的兩種過程。一般來說，消耗二氧化碳的光合作用只在白天進行，其速度在大多數(shù)地區(qū)是夏半年大，冬半年??；而呼吸作用等產生二氧化碳的過程則每時每刻都在進行。所以這兩種過程速度的差異在一天之內是不斷變化的，在一年中也隨季節(jié)變化，從而引起二氧化碳濃度的日變化和年變化。在一天中，從日出開始，隨著太陽輻射的增強，植物光合速率不斷增大，空氣中的二氧化碳濃度也隨之不斷降低，中午前后，植被上方的二氧化碳濃度達最低值；午后，隨著空氣溫度下降，光合作用減慢，呼吸速率加快，使二氧化碳消耗減少；日落后，光合作用停止，而呼吸作用仍在進行，故近地氣層中二氧化碳濃度逐漸增大，到第二天日出時達一天的最大值。在一年中，二氧化碳的濃度也主要受植物光合作用速率的影響。一般來說，植物夏季生長最旺，光合作用最強，秋季最弱。因此二氧化碳濃度秋季最小，春季最大。此外，由于人類燃燒大量的化石燃料，大量的二氧化碳釋放到空氣中，因而二氧化碳濃度有逐年增加的趨勢。2.對流層的主要特點是什么？答：對流層是大氣中最低的一層，是對生物和人類活動影響最大的氣層。對流層的主要特點有：(1)對流層集中了80%以上的大氣質量和幾乎全部的水汽，是天氣變化最復雜的層次，大氣中的云、霧、雨、雪、雷電等天氣現(xiàn)象，都集中在這一氣層內；在對流層中，氣溫一般隨高度增高而下降，平均每上升100米，氣溫降低0.65C。，在對流層頂可降至一50C。至一85C。；具有強烈的對流運動和亂流運動，促進了氣層內的能量和物質的交換；溫度、濕度等氣象要素在水平方向的分布很不均勻，這主要是由于太陽輻射隨緯度變化和地表性質分布的不均勻性而產生的。第二章輻射一、名詞解釋題：1.輻射：物體以發(fā)射電磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由輻射所傳輸?shù)哪芰糠Q為輻射能，有時把輻射能也簡稱為輻射。太陽高度角：太陽光線與地平面的交角。是決定地面太陽輻射通量密度的重要因素。在一天中，太陽高度角在日出日落時為0，正午時達最大值。太陽方位角：太陽光線在地平面上的投影與當?shù)刈游缇€的交角。以正南為0，從正南順時鐘向變化為正，逆時針向變化為負，如正東方為－90°，正西方為90°。4.可照時間：從日出到日落之間的時間。光照時間：可照時間與因大氣散射作用而產生的曙暮光照射的時間之和。太陽常數(shù)：當?shù)厍蚓嗵枮槿盏仄骄嚯x時，大氣上界垂直于太陽光線平面上的太陽輻射能通量密度。其值為1367瓦?米-2。7.大氣質量數(shù)：太陽輻射在大氣中通過的路徑長度與大氣鉛直厚度的比值。直接輻射：以平行光線的形式直接投射到地面上的太陽輻射?？傒椛洌禾栔苯虞椛浜蜕⑸漭椛渲?。光合有效輻射：綠色植物進行光合作用時，能被葉綠素吸收并參與光化學反應的太陽輻射光譜成分。大氣逆輻射：大氣每時每刻都在向各個方向放射長波輻射，投向地面的大氣輻射，稱為大氣逆輻射。12.地面有效輻射：地面輻射與地面吸收的大氣逆輻射之差，即地面凈損失的長波輻射。地面輻射差額：某時段內，地面吸收的總輻射與放出的有效輻射之差。二、填空題：1.常用的輻射通量密度的單位是(1)。2.不透明物體的吸收率與反射率之和為(2)。對任何波長的輻射，吸收率都是1的物體稱為(3)。4.當絕對溫度升高一倍時，絕對黑體的總輻射能力將增大(4)倍。如果把太陽和地面都視為黑體，太陽表面絕對溫度為6000K，地面溫度為300K,則太陽表面的輻射通量密度是地表面的(5)倍。絕對黑體溫度升高一倍時，其輻射能力最大值所對應的波長就變?yōu)樵瓉淼?6)。太陽赤緯在春秋分時為(7)，冬至時為(8)。8.上午8時的時角為(9)，下午15時的時角為(10)。9.武漢(30°N)在夏至、冬至和春秋分正午時的太陽高度角分別為(11)， (12)和(13)。冬半年，在北半球隨緯度的升高，正午的太陽高度角(14)。湖北省在立夏日太陽升起的方位是(15)。 12.在六月份，北京的可照時間比武漢的(16)。 13.在太陽直射北緯10°時，北半球緯度高于(17)的北極地區(qū)就出現(xiàn)極晝。由冬至到夏至，北半球可照時間逐漸(18)。 15.光照時間延長，短日照植物的發(fā)育速度就會(19)。16.在干潔大氣中，波長較短的輻射傳播的距離比波長較長的輻射傳播距離(20)。隨著太陽高度的降低，太陽直接輻射中長波光的比(21)。地面溫度越高，地面向外輻射的能量越(22)。19.地面有效輻射隨空氣濕度的增大而(23)，隨地面與空氣溫度之差的增大而(24)，隨風速的增大而(25)。20.地面吸收的太陽總輻射與地面有效輻射之差稱為(26)。答案：(1)瓦.米－2；(2)1；(3)絕對黑體；(4)15；(5)*****；(6)二分之一；(7)0°；(8)－23°27'；(9)－60°；(10)45°；(11)83°27'；(12)36°33'；(13)60°；(14)減小；(15)東偏北；(16)長；(17)80°；(18)延長；(19)減慢；(20)短；(21)增加；(22)多；(23)減??；(24)增大；(25)減?。?26)地面輻射差額。三、選擇題：(說明：在四個答案中，只能選一個正確答案填入空格內。)短日照植物南種北引，生育期將 。A.延長；B.縮短；C.不變；D?可能延長也可能縮短。晴朗的天空呈藍色，是由于大氣對太陽輻射中藍紫色光 較多的結果。A吸收；B.散射；C.反射；D.透射。3.對光合作用有效的輻射包含在 中。A.紅外線；B.紫外線；C.可見光；D.長波輻射。在大氣中放射輻射能力最強的物質是 。A.氧；B.臭氧；C.氮；D.水汽、水滴和二氧化碳。當?shù)孛嬗行л椛湓龃髸r，夜間地面降溫速度將 。A.加快；B.減慢；C.不變；D.取決于氣溫。答案：1.A； 2.B； 3.C；D；5.A四、判斷題：1.對絕對黑體，當溫度升高時，輻射能力最大值所對應的波長將向長波方向移動。在南北回歸線之間的地區(qū)，一年有兩次地理緯度等于太陽赤緯。時角表示太陽的方位,太陽在正西方時,時角為90°。4.北半球某一緯度出現(xiàn)極晝時，南半球同樣的緯度上必然出現(xiàn)極夜。白天氣溫升高主要是因為空氣吸收太陽輻射的緣故。6.光合有效輻射只是生理輻射的一部分。太陽直接輻射、散射輻射和大氣逆輻射之和稱為總輻射。地面輻射和大氣輻射均為長波輻射。對太陽輻射吸收得很少的氣體，對地面輻射也必然很少吸收。北半球熱帶地區(qū)輻射差額晝夜均為正值，所以氣溫較高。答案：1.錯；2.對；3.錯；4.對；5.錯；6.對；7.錯；對；9.錯；10.錯。五、計算題任意時刻太陽高度角的計算根據(jù)公式Sinh=sin申sinO+cos申cos&cosw大致分三步進行：計算時角3,以正午時為0°,上午為負，下午為正，每小時15°；如以“度”為單位，其計算式是3=(t—12)x15°其中t為以小時為單位的時間；如以“弧度”為單位，則w=(t—12)x2n/24建議計算時以角度為單位。計算sinh值(所需的O值可從教材附表3中查到，考試時一般作為已知條件給出)。求反正弦函數(shù)值h,即為所求太陽高度角。例：計算武漢(30°N)在冬至日上午10時的太陽高度角。解：上午10時：3=(t—12)x15°=(10—12)x15°=—30°冬至日：6=—23°27'武漢緯度：申=30°???sinh=sin30°sin(—23°27')+cos30°cos(—23°27')cos(—30°)=0.*****h=29°17'正午太陽高度角的計算根據(jù)公式：h=90°—申進行計算；特別應注意當計算結果h90°時，應取補角（即用180°－h(huán)作為太陽高度角）。也可根據(jù)h=90°-|^-6|進行計算，就不需考慮取補角的問題（建議用后一公式計算）。還應注意對南半球任何地區(qū)，申應取負值；在北半球為冬半年（秋分至春分）時，6也取負值。例計算當太陽直射20°S時（約11月25日）在40°S的正午太陽高度角。解：已知申二-40°（在南半球）6=-20°/.h=90°-（-40°）+（-20°）=110°計算結果大于90°，故取補角，太陽高度角為：h=180°-110°=70°也可用上述后一公式直接得h=90°-|申-6|=90°-1-40°-（-20°）|=70°3.計算可照時間大致分三步：（1）根據(jù)公式：coswO=-tg申tg6計算coswO的值。（2）計算反余弦函數(shù)值30，得日出時角為一30，日落時角為+30（3）計算可照時間230/15°（其中30必須以角度為單位）。例計算11月25日武漢的可照時間。解：由附表3可查得6=-20°，武漢緯度申=30°COS30=—tg^tg6=-tg30°tg（-20°）=0.*****30=77.87°即：日出時角為-77.87°（相當于真太陽時6時49分），日落時角為77.87°（相當于真太陽時17時11分）。???可照時間=230/15°=2x77.87°/15°=10.38小時4.計算水平面上的太陽直接輻射通量密度根據(jù)公式：Rsb=Rsc?amsinh大致分三步進行計算：（1）計算太陽高度角的正弦sinh（參看第1,2兩部分）。（2）計算大氣質量數(shù)，一般用公式m=1/sinh（3）計算Rsb例1計算北京（取?=40°N）冬至日上午10時水平面上的太陽直接輻射通量密度（設Rsc=1367瓦?米-2,a=0.8）。解：已知申=40°,6二-23°27'（冬至日），3=-30°sinh=sin40°sin（－23°27'）+cos40°cos（－23°27'）cos（－30°）=0.*****m=1/sinh=1/0.*****=2.8343???Rsb二Rsc?amsinh=1367x0.82.8343x0.*****=256.25（瓦？米-2）例2計算武漢?為30°N）在夏至日正午時的太陽直接輻射通量密度（已知a=0.8）。解：已知申=30°,6=23°27'，正午太陽高度角為 h=90°-申-6=90°-30°-23°27'=83°27'm=1/sinh=1.00657Rsb=Rsc?amsinh=1367x0.81.00657xsin83°27'=1084.87（瓦？米-2）例3當太陽直射南半球緯度18°時,試求我國緯度42°處地面上正午時的直接輻射通量密度（已知大氣透明系數(shù)為0.7,太陽常數(shù)為1367瓦?米-2）。解：已知申=42°6=-18°a=0.7正午時：h=90°-申+6=90°-42°-18°=30°m=1/sinh=1/sin30°=2Rsb=Rsc?amsinh=1367x（0.7）2sin30°=334.9（瓦?米-2）5.計算坡面的太陽直接輻射通量密度坡面上的直接輻射通量密度計算式為Rsb坡二Rsc?amsina其中a為太陽光線與坡面的夾角。Rsb坡的計算步驟與上述水平面上Rsb的計算類似，但在第2步（計算m）后，應確定夾角a。例1計算武漢?為30°N）冬至日坡度為20°的南坡和北坡在正午時的太陽直接輻射通量密度（設透明系數(shù)a=0.8）。解：已知申=30°,6=-23°27'，正午太陽高度角為：h=90°-|申-6|=90°-130°-（-23°27'）|=36°33'm=1/sinh=1/sin36°33'=1.6792（注意：此處計算m時不能用a代替h）。對于南坡，正午時a=h+坡度=36°33'+20°=56°33'Rsb南坡二Rsc?amsina=1367x0.81.6792xsin56°33'=784.14(瓦？米-2)對于北坡，正午時a二h—坡度二36°33'-20°=16°33'(如果北坡坡度大于h時則無直射光，即Rsb北坡=0)Rsb北坡二Rsc?amsina=1367x0.81.6792xsin16°33'=267.71(瓦？米-2)由此題可知冬季南坡暖而北坡冷的一個重要原因在于Rsb南坡和Rsb北坡的差別。例2在46.5°N的某地欲蓋一朝南的玻璃溫室，為了減小反射損失，要使冬至日正午時太陽直接光線垂直于玻璃面，試問玻璃面與地平面的夾角應是多少？冬至日正午時到達玻璃面上的直接輻射通量密度為多少(已知太陽常數(shù)為1367瓦/米2，透明系數(shù)為0.8)？解：已知申=46.5°,6=—23.5°,a=0.8(1)h=90°—^+6=90°—46.5°—23.5°=20°m=1/sinh=1/sin20°=2.*****玻璃面與地平面的夾角P=90°—h=90°—20°=70°(2)玻璃面上的直接輻射通量密度為Rsb坡二Rsc?amsina=1367x(0.8)2.*****xsin90°=711.9(瓦?米-2)例3在北緯36.5°處有一座山，其南北坡的坡度為30°，試求冬至日正午時水平地面上及南北坡面上的太陽直接輻射通量密度(設大氣透明系數(shù)為0.8,太陽常數(shù)為1367瓦?米-2)。解：已知申=36.5°,6=—23.5°,a=0.8，坡面坡度P=30°h=90°—^+6=90°—36.5°+(—23.5°)=30°m=1/sinh=1/sin30°=2水平地面上直接輻射能量密度Rsb=Rsc?amsinh=1367x(0.8)2xsin30°=437.4(瓦?米-2)南坡：Rsb南坡二Rsc?amsina=Rsc?amsin(h+|3)=1367x(0.8)2xsin60°=757.7(瓦?米-2)北坡：Rsb北坡二Rsc?amsina=Rsc?amsin(h—P)=Rsc?amsin0°=0由此題可知,一般來說冬季正午南坡上的太陽直接輻射最強,而對坡度大于太陽高度角的北坡，則無太陽直接輻射。所以南坡為溫暖的陽坡，北坡為陰冷的陰坡。六、問答題：太陽輻射與地面輻射的異同是什么？答：二者都是以電磁波方式放射能量；二者波長波不同，太陽輻射能量主要在0.15~4微米，包括紫外線、可見光和紅外線，能量最大的波長為0.48微米。地面輻射能量主要在3~80微米，為紅外線，能量最大的波長在10微米附近。二者溫度不同，太陽表面溫度為地面的20倍，太陽輻射通量密度為地面的204倍。2.試述正午太北半球陽高度角隨緯度和季節(jié)的變化規(guī)律。答：由正午太陽高度角計算公式h=90°—丨^-6丨可知在太陽直射點處正午時h最大，為90°；越遠離直射點，正午h越小。因此正午太陽高度角的變化規(guī)律為：隨緯度的變化：在太陽直射點以北的地區(qū)(g),隨著緯度申的增大,正午h逐漸減?。辉谥鄙潼c以南的地區(qū)，隨申的增大，正午h逐漸增大。隨季節(jié)(6)的變化：對任何一定的緯度，隨太陽直射點的接近，正午h逐漸增大；隨直射點的遠離，正午h逐漸減小。例如北回歸線以北的地區(qū)，從冬至到夏至，正午h逐漸增大；從夏至到冬至，正午h逐漸減小。在丨申一6I90°的地區(qū)(極圈內)，為極夜區(qū)，全天太陽在地平線以下?？烧諘r間長短隨緯度和季節(jié)是如何變化的？答：隨緯度的變化：在北半球為夏半年時，全球隨緯度申值的增大(在南半球由南極向赤道申增大)，可照時間延長；在北半球為冬半年時，全球隨緯度申值的增大可照時間縮短。隨季節(jié)(6)的變化：春秋分日，全球晝夜平分；北半球隨6增大(冬至到夏至)，可照時間逐漸延長；隨6減小(夏至到冬至)，可照時間逐漸縮短；南半球與此相反。在北半球為夏半年(60)時，北極圈內緯度為(90°-6)以北的地區(qū)出現(xiàn)極晝，南極圈內同樣緯度以南的地區(qū)出現(xiàn)極夜；在北半球冬半年(60)時，北極圈90°+6以北的地區(qū)出現(xiàn)極夜，南極圈內同樣緯度以南出現(xiàn)極晝。光照時間長短對不同緯度之間植物的引種有什么影響？答：光照長短對植物的發(fā)育，特別是對開花有顯著的影響。有些植物要求經過一段較短的白天和較長的黑夜才能開花結果，稱短日照植物；有些植物又要求經過一段較長的白天和較短的黑夜才能開花結果，稱長日照植物。前者發(fā)育速度隨生育期內光照時間的延長而減慢，后者則相反。對植物的主要生育期（夏半年）來說，隨緯度升高光照時間延長，因而短日照植物南種北引，由于光照時間延長，發(fā)育速度將減慢，生育期延長；北種南引，發(fā)育速度因光照時間縮短而加快，生育期將縮短。長日照植物的情況與此相反。而另一方面，對一般作物來說，溫度升高都會使發(fā)育速度加快，溫度降低使發(fā)育速度減慢。因此，對長日照植物來說，南種北引，光照時間延長將使發(fā)育速度加快，溫度降低又使發(fā)育速度減慢，光照與溫度的影響互相補償，使生育期變化不大；北種南引也有類似的光溫互相補償?shù)淖饔?。所以長日照植物不同緯度間引種較易成功。而對短日照植物，南種北引，光照和溫度的改變都使發(fā)育速度減慢，光照影響互相疊加，使生育期大大延長；而北種南引，光溫的變化都使發(fā)育速度加快，光溫影響也是互相疊加，使生育期大大縮短，所以短日照植物南北引種一般不易成功。但緯度相近且海拔高度相近的地區(qū)間引種，不論對長日照植物和短日照植物，一般都容易成功。5.為什么大氣中部分氣體成分對地面具有“溫室效應”？答：大氣對太陽短波輻射吸收很少，絕大部分太陽輻射能透過大氣而到達地面，使地面在白天能吸收大量的太陽輻射能而升溫。但大氣中的部分氣體成分，如水汽、二氧化碳等，都能強烈地吸收地面放射的長波輻射，并向地面發(fā)射大氣逆輻射，使地面的輻射能不致于大量逸出太空而散熱過多，同時使地面接收的輻射能增大（大氣逆輻射）。因而對地面有增溫或保暖效應，與玻璃溫室能讓太陽輻射透過而又阻止散熱的保溫效應相似所以這種保暖效應被稱為大氣的“溫室效應”。6.什么是地面有效輻射？它的強弱受哪些因子的影響？舉例說明在農業(yè)生產中的作用。答：地面有效輻射是地面放射的長波輻射與地面所吸收的大氣逆輻射之差，它表示地面凈損失的長波輻射，其值越大，地面損失熱量越多，夜晚降溫越快。影響因子有：（1）地面溫度：地面溫度越高，放射的長波輻射越多，有效輻射越大。（2）大氣溫度：大氣溫度越高，向地面放射的長波輻射越多，有效輻射越小。（3）云和空氣濕度：由于大氣中水汽是放射長波