大氣物理學(xué)學(xué)位考試大綱設(shè)計(jì)

大氣物理學(xué)

大氣物理學(xué)是一門(mén)氣象專業(yè)基礎(chǔ)課。 學(xué)習(xí)該課程是為了使學(xué)生了解和掌握大氣物理學(xué)各

個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)理論， 為學(xué)習(xí)專業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本門(mén)課主要包括大氣的組成和

結(jié)構(gòu)、大氣靜力學(xué)、大氣輻射、大氣熱力學(xué)等知識(shí)。

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(gè)階段。

二、 考試容

（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(gè)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(yáng)的距離及重力場(chǎng)的強(qiáng)度，對(duì)嗎？為什么？

（2） 地球具有哪些獨(dú)特的條件，使它成為太陽(yáng)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

C,

壓，（c）飽和差。（d）相對(duì)濕度，（e）絕對(duì)濕度，（f）比濕。

（2） 什么是大氣氣溶膠粒子？它在哪些大氣過(guò)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(huì)有什么變化？

（3） 計(jì)算氣壓為1000hPa,氣溫為27時(shí)的干空氣密度和在相同溫壓條件下，水汽壓 為20

C

hPa時(shí)的濕空氣密度。

（4） 計(jì)算垂直密度梯度，在該高度上密度為 1.0千克/米,溫度為23.1 ，氣溫直減

3

C

率為0.65 /100米。如果空氣密度不隨高度變化，那么 —

C

?

Z

四、作業(yè)：

(,相對(duì)濕度為30%,求露點(diǎn) 霜點(diǎn)及水汽密度。 若大氣壓強(qiáng)為1005 hPa, 求比濕。

1氣溫為3

C

(2) 計(jì)算垂直密度梯度，在該高度上密度為 1.0

千克/米，溫度為23.1 ，氣溫直減

3

C

率為0.65 /100米。如果空氣密度不隨高度變化，那么 —

C

?

Z

(3) 簡(jiǎn)述南極臭氧洞產(chǎn)生的原因。

(4) 計(jì)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。

C

第三章大氣的分層和結(jié)構(gòu)

一、 要求：了解大氣的垂直分層結(jié)構(gòu)，掌

握分層的方法、 各層名稱和特點(diǎn)及大氣質(zhì)量計(jì)算

方法。

二、 考試容

(1 )大氣分層

(2 )大氣質(zhì)量及其垂直分布

三、 例題：

設(shè)空氣密度隨高度變化為 (1) 轟，試估計(jì)地

其中的單位 球大氣的總質(zhì)量。

z

z 0

為米，(千克/米)

0

(2) 已知地面氣壓 = 1000hPa,溫度=10，露點(diǎn)= 5,

ge

1.27

3

pt t

CC

d

① 請(qǐng)求出其比濕,虛溫,空氣密度

qt.

v

② 若溫度和比濕不隨高度改變，求 850hPa等壓面離地面的高度 (gpm) =?

z

③ 若在1000-850hPa的氣層中，比濕不隨高度變化， 求出底面積為1m氣柱中水汽總

2

2

質(zhì)量( )(提示：先求空氣總質(zhì)量)。如果其全部凝結(jié)為液體水落至地面， 則水層有多

m

kg m

厚.

(cm)

(3) 若高空某一層的氣壓是地面氣壓的一半，假設(shè)：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(qǐng)分別計(jì)算在以上兩種情況下該 等壓面的

高度。

四、 作業(yè)：

500km以上大氣 (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

有何不同？

(2) 已知大氣中氖的平均濃度是 18ppmv,計(jì)算大氣中氖的總質(zhì)

量。

(3) 計(jì)算“標(biāo)準(zhǔn)大氣”中海平面處的壓強(qiáng)標(biāo)高和密度標(biāo)高。

(4) 計(jì)算氣壓為1000hPa,氣溫為10 C時(shí)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(jì)算此時(shí)濕空氣的密度和水汽密度，并作比較

第四章大氣靜力學(xué)

一、 要求：了解標(biāo)準(zhǔn)大氣定義及其應(yīng)用； 掌握靜力學(xué)基本方程及物理意義、 各種壓高公式

及氣壓場(chǎng)的基本型式。

二、 考試容

(1 )大氣靜力學(xué)方程

(2 )大氣模式

(3) 氣壓一位勢(shì)高度公式

(4 )標(biāo)準(zhǔn)大氣

(5) 氣壓的時(shí)空分布

三、 例題：

(1) 設(shè)地面氣壓為1013百帕，溫度為0.0 試求在均質(zhì)大氣中 3997米和7995米高度 上的氣壓。

C,

(2) 已知 /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

0.65 C C,

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(shè)等溫大氣溫度隨時(shí)間變化，但地面氣壓維持不變，試證明在等于均質(zhì)大氣高度， 空氣密度也

維持不變。

四、 作業(yè)：

(1) 畫(huà)出均質(zhì)大氣、等溫大氣和多元大氣的溫度、壓強(qiáng)、密度的垂直變化曲線示意圖， 并分析比較。

(2) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算當(dāng)氣壓為1000.0百帕，溫度為40.0 和-40.0 時(shí)的地表附近的氣壓階。

CC

(4) 計(jì)算均質(zhì)大氣的氣溫直減率。

C)

第五章地面和大氣中的輻射過(guò)程

一、 要求：掌握輻射的基本知識(shí)、熱輻射的基本定律、太陽(yáng)輻射在大氣中的衰減方式及規(guī) 律、太陽(yáng)

常數(shù)、大氣保溫效應(yīng)；了解大氣逆輻射、地面有效輻射和能量平衡等概念。

二、 考試容

(1 )輻射的基本概念

(2 )輻射的物理規(guī)律

(3) 地球大氣與輻射的相互作用

(4 )太陽(yáng)輻射在地球大氣中的傳輸

（5） 地球一大氣系統(tǒng)的長(zhǎng)波輻射

（6） 地球、大氣及地氣系統(tǒng)的輻射平衡

三、 例題：

它對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率為 0.1，對(duì)地球輻（1） 若視大氣為一薄層，

射的吸收率為 0.8，設(shè)

地球表面具有黑體性質(zhì)，試計(jì)算地球表面和大氣的輻射平衡溫度。

（2） 若太陽(yáng)常數(shù)增加 5%那么太陽(yáng)表面的有效溫度將增加多少呢？

（3） 當(dāng)日地距離為一個(gè)天文單位時(shí)，試求在赤道和極地的太陽(yáng)輻射日總量的最大值和最 小值。

（4） 波長(zhǎng)為0.6328的氦一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(guò)

厚度為10米的云。若忽略散射影響，則測(cè)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(xué)厚度

四、 作業(yè)：

（1） 由太陽(yáng)常數(shù)=1367 W/m2請(qǐng)計(jì)算：①太陽(yáng)表面的輻射出射度；②全太陽(yáng)表面的輻

S

o

射通量；③整個(gè)地球得到的太陽(yáng)輻射通量占太陽(yáng)發(fā)射輻射通量的份數(shù)。

（2） 一立方體的黑體，每邊長(zhǎng) 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） —個(gè)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(shè)有一束平行光線與鉛直方向成 60度的角度入射并通過(guò)厚 100米的氣層，已知?dú)鈱?/span>

的平均氣體密度為0.1千克/米,氣層對(duì)某波長(zhǎng)的吸收系數(shù)為 10米/千克，試計(jì)算

3-22

某波長(zhǎng)通過(guò)氣層的光學(xué)厚度、大氣質(zhì)量數(shù)、透明度。

第六章大氣熱力學(xué)基礎(chǔ)

一、 要求：掌握大氣的熱力學(xué)基本定律； 了解可逆

的飽和絕熱過(guò)程和假絕熱過(guò)程； 了解干、

濕絕熱過(guò)程和方程， 掌握抬升凝結(jié)高度、 位溫、假相當(dāng)位溫等概念；掌握判定穩(wěn)定度

的方法及影響大氣層結(jié)變化的因子； 了解對(duì)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、 考試容

（1 ）應(yīng)用于大氣的熱力學(xué)基本定律

（2） 大氣中的干絕熱過(guò)程

（3） 可逆的飽和絕熱過(guò)程和假絕熱過(guò)程

（4 ）大氣熱力學(xué)圖解

（5） 絕熱混合過(guò)程

（6） 等壓冷卻過(guò)程

（7 ）溫濕參量

(8)大氣的靜力穩(wěn)定度

(9 )整層氣層升降時(shí)穩(wěn)定度的變化

(10)逆溫層

三、 例題：

(1) 空氣微團(tuán)的初始溫度為 15，從1000百帕處絕熱抬升，求在抬升凝結(jié)高度上的微 團(tuán)溫度。

C

若微團(tuán)進(jìn)一步抬升 200百帕，求它的最終溫度，在抬升過(guò)程中凝結(jié)出多少液 態(tài)水？

(2) 標(biāo)出LCL、CCL及LFC的高度，分析地面氣塊絕熱上升時(shí)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(dāng)天最高氣溫要達(dá)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(duì)流性不穩(wěn)定？為什么？

(3) 在400百帕處，空氣微團(tuán)溫度為 230開(kāi)，試問(wèn)它的位溫等于多少？若微團(tuán)絕熱下降 到600

百帕處，溫度為多少？

(4) 近地層濕空氣微團(tuán)的氣壓、溫度、濕度分別為 1000百帕、25、16.3千克，試計(jì) 算凝

結(jié)高度。

四、 作業(yè)：

(1) 氣流在p = 950hPa 時(shí)t = 14 C, q = 0.008 。氣流遇山坡被抬升，山頂壓強(qiáng)為

，

700hPa,過(guò)山后下沉。若凝結(jié)出的水分 70%在爬坡途中降落，求背風(fēng)面 950hPa處氣

流的溫度，比濕及位溫，假相當(dāng)位溫。

C

T p

c

R

(2) 試把泊松方程 變?yōu)?/span>常數(shù)的形式。

(3) 在1000百帕高度上有一未飽和濕空氣微團(tuán)，

當(dāng)它上升到500百帕高度時(shí)，溫度由原

勺

()

Cp

pV

C

，

TP

。

0

來(lái)290開(kāi)增加為295開(kāi)，試問(wèn)未飽和濕空氣微團(tuán)每上升 100米吸收多少焦耳的熱量？

(4) 已知空氣微團(tuán) P=990百帕，

C,

求：

a. 在該狀態(tài)的

b. 該空氣微團(tuán)上升到凝結(jié)高度時(shí)的

c. 該空氣微團(tuán)從初態(tài)絕熱上升到凝結(jié)高度的過(guò)程中，其對(duì)外做(比)功為多少？

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

sgswv

t 25 10

C,

p,T, f , , .

教 材：盛裴軒，毛節(jié)泰等編著：大氣物理學(xué)( 1~6章)，大學(xué)，2003

198

1

參考書(shū)目： 華萊士、霍布斯著，王鵬飛等譯，大氣科學(xué)概觀，科學(xué)技術(shù),

徐紹祖主編：大氣物理學(xué)基礎(chǔ)，氣象， 1993

徐玉貌、紅年、徐桂玉編著：大氣科學(xué)概論，大學(xué)， 2000

附錄：考試樣卷

一、單項(xiàng)選擇題(每小題 1.5分，共60分)：

二、 名詞解釋與簡(jiǎn)答（每小題 5分，共20分）

三、 分析與計(jì)算題（每小題 10分，共20分）