2011-2012第二学期_大气物理学_问题答疑材料-田红瑛

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1、大气物理问题答疑材料本篇问题答疑材料主要针对学生课程论坛中提问比较集中的问题、难点问题、重要知识点问题提供答疑问题库或案例分析库。答案以《大气物理学》一书为基础。1．地球大气的演化大体分为那几个阶段？地球大气的演化大体可分为以下三个阶段：（1）原始大气：以宇宙中最丰富的轻物质H2，He和CO为主。（2）次生大气（45-20亿年前）：地球逐渐冷却后，由于造山运动、火山喷发和从地幔中释放出地壳内原来吸附的气体，形成了次生大气，其主要成分是CO2，CH4，NH3和H2O等。（3）现代大气：以氮气和氧气为主。知识点：地球大气的演化，参见第一章第二节P4

2、2．多种气体成分组成的干空气、水、以及悬浮的气溶胶颗粒的概念。（1）干空气：通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气，简称干空气。（2）水汽：水汽在大气中所占比例很小，却是大气中最活跃的成分，水汽的来源主要是海洋表面的蒸发。（3）气溶胶颗粒：分散在气体中的固体粒子或液滴所构成的悬浮体系。气溶胶粒子也称为大气粒子。按尺度大小划分：爱根核（r＜0.1）、大核（1＜r＜0.1）、巨核（r＞1）。知识点：地球大气的成分及分布，参见第二章3．湍流的基本特性有哪些？6湍流的基本特性包括：（1）随机性：湍流是非规则的、混乱的、不可预测的；（2）非线性：湍流是高

3、度非线性的；（3）扩散性：湍流会引起动量、热量及流动中的其他物质的快速扩散；（4）涡旋性：湍流结构可设想成由无数大小不同的湍涡组成，它们分裂、合并、拉长、旋转，相互叠加在一起，构成湍流的涡旋结构；（5）耗散性：湍流的能量是由大湍涡向小湍涡传递，最后通过分子粘性耗散成为热能。知识点：湍流的基本特性，参见第八章第一节P2204．什么是大气压力？什么是标准大气？大气压力：指单位面积上直至大气上界整个气柱的重量。知识点：大气压力的概念，参见第三章引言P30标准大气：在建立我国自己的标准大气之前，使用1976年美国标准大气，取其30km以下部分作为国家标

4、准。标准大气海平面值为：p0=1013.25hPa，g0=9.80665m·s-2，T0=288.15K。100km高度以下温度廓线：在11gpkm以下，大气温度随高度降低；11gpkm~20gpkm为等温；20gpkm~47gpkm温度逐渐上升；47gpkm~51gpkm处有一极大值，在这高度以上的温度又逐渐下降，86gpkm~91gpkm处达极小值，91gpkm以上温度有随高度很快增加。知识点：标准大气的概念，参见第三章第四节P385．大气的分层和结构如何？由于地球自转以及不同高度大气对太阳辐射吸收程度的差异，使得大气在水平方向比较均匀，而

5、在垂直方向上呈现明显的层状分布。（1）按中性成份的热力结构，把大气分成对流层、平流层、中间层和热层；对流层特点：大气温度随高度降低，垂直混合作用强，气象要素水平分布不均匀平流层特点：平流层下半部的温度随高度变化缓慢上半部由于臭氧层把吸收的紫外辐射能量转化成分子动能，使得空气温度随高度上升而显著增加。平流层逆温的存在是大气很稳定，垂直运动很微弱，多为大尺度平流运动，中纬度地区平流层夏季时是东风冬季是西风。平流层与对流层交换很弱。中间层特点：垂直运动强，水汽少。热层特点：6温度始终是增加的，温度变化大，高纬度地区的极光就是这一层引起的。（2）按大气

6、的化学成分，把大气分成匀和层和非匀和层；（3）按大气的电磁特性，把大气分成电离层和磁层；（4）按大气的热力结构，在高空500km以上直到2000~3000km的大气层称为外大气层或散逸层，由该层逐渐过渡到行星际空间，散逸层以下称为气压层。知识点：大气的分层和机构，参见第四章第一节大气的分层P48-546．与太阳的短波辐射相比，长波辐射在大气中的传输有什么特点？（1）地球与大气都是放射红外辐射的辐射源，通过大气中的任一平面射出的是具有各个方向的漫射辐射。而太阳直接辐射主要集中在某一方向的平行辐射。在红外波段，到达地面的太阳直接辐射可不予考虑。（2

7、）除非在云或尘埃等大颗粒质点较多时，大气对长波辐射的散射削弱极小，可忽略。即使在有云时，云对长波的吸收作用很大，较薄的云层已可视为黑体。因而研究长波辐射时，往往只考虑其吸收作用，忽略散射。（3）大气不仅是削弱辐射的介质，而且他本身也放射辐射，有时甚至其放射的辐射会超出吸收部分，因此必须将大气的放射与吸收同时考虑。知识点：长波辐射在大气中的传输，参见第五章第五节P1027．如何区分梯度风、热成风及地转风？（1）地转风：当作用在运动大气上的力只有气压梯度力和科氏力时，这两种力的平衡称为地转平衡，在地转平衡情况下形成的水平匀速直线运动就称为地转风。地

8、转风关系揭示了大尺度运动中风场和水平气压场之间的基本关系。（2）梯度风：在自由大气中作匀速圆周运动的水平环流，其气压梯度力、科氏力和惯性离心力处于平衡