南京信息工程大学-大气物理学名词解释与简答的部分整理

名词解释

  • 位温1
  • 虚温2
  • 假相当位温3
  • 湿球温度4
  • 假湿球位温5
  • 假绝热过程6
  • 湿绝热过程7
  • 假绝热递减率8
  • 大气温度递减率9
  • 干绝热递减率10
  • 湿绝热递减率11
  • 比湿12
  • 混合比13
  • 干洁大气/标准大气14
  • 相对湿度15
  • 露点16

简答

  • 条件不稳定气层17
  • 大气不稳定能量判别18
  • 根据不稳定能量可以将厚气层分为哪三种类型19
  • 对流层和平流层的变化特征20
  • 假绝热过程说明焚风的形成原理21
  • 压高公式与三种模式大气22
  • 未饱和湿空气绝热上升时为什么会降温/凝结23
  • 气块法是什么&有何局限性24
  • “气块法”判别大气静力稳定度25
  • 天空为什么会出现蓝色/白色26
  • 乌云、白云出现的原因27
  • 太阳辐射穿透大气层到达地面前会受到削弱，基本的削弱粒子有哪些28
  • 分别说明普朗克定律和基尔霍夫定律的物理意义29
  • 说明 Rayleigh 散射和 Mie 散射的差异（即天空为什么会出现蓝色/白色）30
  • 黑体辐射基本定律及意义31
  • 与太阳短波辐射相比，长波辐射在大气中的传输过程具有的特点32
  • 大气保温效应是什么33
  • 比较物体的色温、有效温度和亮温34
  • 光学厚度与体积消光系数、质量消光系数和光学质量的关系35
  • 天气雷达（波长约 10cm）假设雨滴对雷达发射电磁波的散射伪瑞利散射，简述该假设的合理性36
  • 若折射率为 m 的大气气溶胶粒子数浓度谱分布为 n (r)，其中 r 为气溶胶粒子半径。试说明粒子群体在波长 λ 处的单色体积消光系数 kλ 与消光截面 σ(r, λ, m) 的关系37
  • 地-气系统以及地面、大气分系统的热量收支具有哪些特征38
  1. 位于任意温压状态（P、T）下的空气，干绝热移动到 P=1000hPa 处具有的温度称为位温 ↩
  2. 在气压相等的条件下，使干空气的密度和湿空气的密度相等时，干空气应具有的温度。这是一种虚拟的温度，称为虚温 ($T_{V}$)。虚温是关于温度、水汽压和压强的函数、为了能在湿空气状态方程中使用 $R_{d}$（干空气气体常数），并且使其与干空气状态方程具有类似的简单形式引入的参量，定义式为 $T_{V}$ ≈T (1+0.378 $\frac{e}{p}$) ↩
  3. 空气由原来的状态沿干绝热过程上升，到达 LCL（抬升凝结高度）后再演假绝热过程上升到水汽全部凝结脱离，再按干绝热过程下降到 1000hPa 处所具有的温度 ↩
  4. 湿球温度是在等压绝热蒸发过程中，系统内的液态水蒸发使空气降温达到饱和时空气所具有的温度，是这个过程中的最低温度 ↩
  5. 空气微团沿干绝热线上升到饱和后再沿湿绝热线下降到原有位置上的温度为假湿球温度 ($T_{sw}$)或绝热湿球温度。沿可逆饱和绝热过程下沉到参考气压 1000hPa 处的温度，称为假湿球位温 ($\theta_{sw}$) ↩
  6. 未饱和湿空气团在上升过程中，先按干绝热上升，直至水汽达到饱和（即达到凝结高度），此后空气团开始假绝热上升，即空气团中一旦有凝结水形成就全部从气团中降落，并带走极少的热量。由于气团中凝结的水在上升过程中全部脱落，气团处于未饱和状态，所以在气团下沉时必然会沿着干绝热线变化，无法再回到抬升前的状态。这是一个开放系的不可逆的过程，严格来说该过程不是绝热的，所以称为假绝热过程。（饱和空气团上升过程中，其内部的水汽就开始凝结并释放潜热，释放的潜热能加热气团，使气团的温度递减率小于干绝热温度递减率。） ↩
  7. 有相变发生的绝热过程 ↩
  8. 气块在假绝热升降过程中，其温度随高度的变化率 $\frac{dT}{dz}$ 称为假绝热递减率 ↩
  9. 字面意思 ↩
  10. 气块在干绝热升降过程中，其温度随高度的变化率 $\frac{dT}{dz}$ 称为干绝热递减率 ↩
  11. 气块在湿绝热升降过程中，其温度随高度的变化率 $\frac{dT}{dz}$ 称为湿绝热递减率 ↩
  12. 水汽与湿空气的质量比 ↩
  13. 水汽与干空气的质量比 ↩
  14. 干洁大气是不含水汽和悬浮颗粒物的大气 标准大气是能够反映某地区（如中纬度）垂直方向上气温、气压、湿度等近似平均分布的一种模式大气，能粗略地反映中纬度地区大气多年年平均状况 ↩
  15. 空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比 ↩
  16. 露点（$T_{d}$）是湿空气定压降温达到饱和时的温度 ↩
  17. 满足 湿绝热过程温度递减率（$\gamma_{s}$）$\lt$ 温度直减率（$\gamma$）$\lt$ 干绝热过程温度递减率（$\gamma_{d}$）称为条件不稳定气层，不稳定的性质取决于气层中是否有充足的水汽、是否有液态水、气层中上升运动还是下沉运动 ↩
  18. 点绘温度层结曲线 $\rightarrow$ 点绘地面上升气块的状态曲线 $\rightarrow$ 状态曲线全部在层结曲线左边为绝对稳定性大气；状态曲线全部在层结曲线右边为绝对不稳定大气；状态曲线与层结曲线相交，交点以上为 $+$ 面积，以下为 $-$ 面积，为潜在性不稳定型大气 ↩
  19. 绝对不稳定型、潜不稳定型、绝对稳定型 ↩
  20. 对流层：温度随高度的增加而降低，温度递减率 $\Gamma$ 为 $6.5^{\circ}C/km$；对流层中的垂直运动显著；集中 80%的大气质量和几乎全部的水汽；云雾降水均发生在此层。平流层：$25km$ 以下温度递减率接近零，$25km$ 以上温度随高度明显增加；平流层气流运动主要以水平运动为主；水汽极少，颗粒物极少，能见度极好，大气污染物进入平流层后能长期存在。 ↩
  21. 潮湿的气流过山时被迫抬升，达到抬升凝结高度后水汽凝结形成云，气流继续上升后温度将按照假绝热减温率变化，凝结出来的水分部分或全部脱落。气流过山顶后，由于水分已全部降落或部分降落，将会干绝热下沉或者先湿绝热下沉待水分全部蒸发后干绝热下沉 ↩
  22. 压高公式是气压与高度的函数关系表达式（$H_{s} = H_{0} + \frac{R}{g} \times T_{m} \times \ln \frac{P_{0}}{P_{s}}$）。三种模式大气分别为均质大气（空气密度不随高度变化的大气）、等温大气（气温或虚温不随高度变化的大气）、多元大气（气温或虚温随高度线性变化的大气）三种模式大气气压.png ↩
  23. 降温气块上升时周围的大气气压越来越低，气块为了与周围气压相平衡就会不断膨胀对外做功，消耗气块自身的内能，这个过程会使气块降温。气块上升过程中由于绝热，除了当气块上升到凝结高度以上时凝结潜热释放供给气块热量外，没有其他热量供给，而凝结产生的热量没有气块消耗的内能大，所以不管是否发生凝结，气块温度总是随着高度的增加而降低。凝结未饱和气块在起始高度处露点低于其温度，未饱和气块绝热上升时其温度随高度的增加不断降低，而其露点也随高度的增加不断降低，但后者比前者慢，所以必然在上升时气块温度等于露点温度，达到饱和开始发生凝结现象。 ↩
  24. 气块法假定气块在垂直运动时满足 1. 周围的环境大气仍保持静力平衡状态 2. 气块与周围环境之间无混合，即不发生质量和热量的交换 3. 在任一时刻气块的气压和同高度环境的气压相等，符合准静力条件；在以上假定下，在静止气层中任取一气块，设此气块受外力作用产生一个铅直位移到达某高度时，气块在铅直方向上的力与位移方向一致，从而判断该气层的静力稳定度，这种判断大气静力稳定度的方法称为气块法；局限性：三假设均与事实不符 ↩
  25. 运用气块模型：令气块离开平衡位置作小的虚拟位移，如果气块到达新位置后有继续移动的趋势，则此气块的大气层结时不稳定的，它表明稍有扰动就会导致垂直运动的发展；如果相反，气块有回到原平衡位置的趋势，则这种大气层结时稳定的；如果气块既不远离平衡位置也无返回原平衡位置的趋势，而是随遇平衡，就是中性的 ↩
  26. 看到的天空颜色主要是大气分支对大阳光的散射光，晴天的天空中，大气中的粗粒子少，根据瑞利散射理论，分支散射的光的强度（取决于体积散射系数）与波长的 4 次方成反比。波长短的光散射多，波长长的波（红黄橙）散射少，所以晴天天空呈蓝色。当天空中粗粒子（浮尘、雾滴等）较多时，主要为米散射，散射光对波长无选择性，所以天空呈乳白色或灰白色 ↩
  27. 云层太厚时，强烈消光，造成可见光透过率很低，看起来发暗；云层较薄时，对可见光发生米散射，无波长选择性，所以呈白色 ↩
  28. 大气总的距离衰减系数 $k_{\lambda,R}+k_{\lambda,p}+k_{\lambda,o}+k_{\lambda,\upsilon}+k_{\lambda,\alpha}$，其中 $k_{\lambda,R}和k_{\lambda,p}$ 分别为气体分子和气溶胶粒子散射所引起的衰减；$k_{\lambda,o}和k_{\lambda,p}$ 分别为臭氧和水汽吸收所引起的衰减；$k_{\lambda,\alpha}$ 为其他气体分子（主要是 $CO_{2}和O_{2}$）吸收所引起的衰减 ↩
  29. 普朗克定律揭示了绝对黑体辐射率随波长变化的函数关系，绝对黑体的辐射光谱对于研究一切物体的辐射规律具有根本的意义；基尔霍夫定律将物体的吸收能力放射能力联系了起来，只要知道了某种物体的吸收率，也就知道了它的比辐射率，特别是将各种物体的吸收、放射能力与黑体的放射能力联系了起来，这是很有意义的；维恩位移定律是在一定温度下，绝对黑体的温度 $T$ 与辐射本领最大值相对应的峰值波长 $\lambda$ 的乘积为一常数；斯蒂芬玻尔兹曼定律是一个黑体表面单位面积在单位时间内辐射出的总能量（称为物体的辐射度或能量通量密度）$j*$ 与黑体本身的热力学温度 $T$ 的四次方成正比，实际运用公式：$L=4\pi r^{2} \cdot S$ ↩
  30. 瑞利散射散射光的强度和波长的 4 次方成反比，散射光强度和粒子体积的平方成正比；米散射随着粒子尺度 x 的增大，前向散射光在总散射光中的比值迅速增大 ↩
  31. 见 T29 ↩
  32. 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，而太阳直接辐射是主要集中在某一个方向的平行辐射。在红外波段，到达地面的太阳直接辐射能量远小于地球与大气发射的红外辐射，常常可不考虑；除非在云或者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，可以忽略不计。即使在有云时，云对长波的吸收作用很大，较薄的云层也可视为黑体，因而在了解长波辐射时，往往只考虑其吸收作用，忽略散射；大气不仅是削弱辐射的介质，而且它本身也放射辐射，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和吸收同时考虑；总之，长波辐射在大气中的传输，是一种漫射辐射，是杂无散射但是有吸收又有放射的介质中的传输。 ↩
  33. 由于大气的存在使得地球表面的温度比无大气时要高，大气的这种抬升地球表面温度的作用，称为大气保温效应 ↩
  34. 色温由维恩位移定律去认定，有效温度由斯蒂芬-玻尔兹曼定律确定，亮温由普朗克定律确定，当物体为黑体时三者相等 ↩
  35. $\tau = \int k ds = \int k' \rho ds = k' u$ ↩
  36. $雨滴半径 1000\mu m, 根据尺度参数, x = \cfrac{2\pi r}{\lambda} = \cfrac {2 \times \pi \times 1000}{10000} \approx 0.628 \lt 1$ ↩
  37. $k_{\lambda} = \int_0^{+\infty} \sigma (r, \lambda, m) n (r) dr$ ↩
  38. 地气系统接近辐射平衡、热量平衡，通过大气上界的净辐射通量和净热量通量基金与零；地面辐射有盈余，地面一潜热和感热方式把盈余的能量输送给大气，使地面接近能量平衡；大气辐射有亏损，这一亏损由来自于地面的感热和潜热来平衡；太阳辐射是地面的热源，地面是大气的热源；大气的能量收支中，云的作用很大；云对行星反照率的贡献很大；在向空间发射的红外辐射中，云所发射的又占了一定比例；潜热的释放要依赖于云 ↩

标签: 大气物理学, NUIST, 复习资料

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