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农业气象学专业考试.预习复习计划题.doc

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农业 气象学 专业 考试 预习 复习计划
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#*第一章 大气一、名词解释题: 1.干洁大气:除去了水汽和各种悬浮的固体与液体微粒的纯净大气,称为干洁大气。 2.下垫面:指与大气底部相接触的地球表面,或垫在空气层之下的界面。如地表面、海面及其它各种水面、植被表面等。 3.气象要素:构成和反映大气状态的物理量和物理现象,称气象要素。主要包括气压、气温、湿度、风、云、能见度、降水、辐射、日照和各种天气现象等。二、填空题: (说明:在有底线的数字处填上适当内容) 1.干洁大气中,按容积计算含量最多的四种气体是:(1)、(2)、氩和(3)。 2.大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的(4)。 3.大气中二氧化碳和水汽主要吸收(5)辐射。 4.近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上(6),夏天比冬天(7)。 5. (8)是大气中唯一能在自然条件下发生三相变化的成分,是天气演变的重要角色。 6.根据大气中(9)的铅直分布,可以把大气在铅直方向上分为五个层次。 7.在对流层中,温度一般随高度升高而(10)。 8.大气中对流层之上的一层称为(11)层,这一层上部气温随高度增高而(12)。 9.根据大气中极光出现的最大高度作为判断大气上界的标准,大气顶约高(13)千米。 答案: (1)氮 (2)氧 (3)二氧化碳 (4)紫外线 (5)长波 (6)低 (7)低 (8)水汽 (9)温度 (10)降低 (11)平流 (12)升高 (13)1200三、判断题: (说明:正确的打“√”,错误的打“×”) 1.臭氧主要集中在平流层及其以上的大气层中,它可以吸收太阳辐射中的紫外线。 2.二氧化碳可以强烈吸收太阳辐射中的紫外线,使地面空气升温,产生“温室效应”。 3.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减少。 4.地球大气中水汽含量一般来说是低纬多于高纬,下层多于上层,夏季多于冬季。 5.大气在铅直方向上按从下到上的顺序,分别为对流层、热成层、中间层、平流层和散逸层。 6.平流层中气温随高度上升而升高,没有强烈的对流运动。 7.热成层中空气多被离解成离子,因此又称电离层。 答案:1.对,2.错,3.错,4.对,5.错,6.对,7.对。四、问答题: 1.为什么大气中二氧化碳浓度有日变化和年变化? 答:大气中的二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料。植物在太阳辐射的作用下,以二氧化碳和水为原料,合成碳水化合物,因此全球的植物要消耗大量的二氧化碳;同时,由于生物的呼吸,有机物的分解以及燃烧化石燃料等人类活动,又要产生大量的二氧化碳。这样就存在着消耗和产生二氧化碳的两种过程。一般来说,消耗二氧化碳的光合作用只在白天进行,其速度在大多数地区是夏半年大,冬半年小;而呼吸作用等产生二氧化碳的过程则每时每刻都在进行。所以这两种过程速度的差异在一天之内是不断变化的,在一年中也随季节变化,从而引起二氧化碳浓度的日变化和年变化。 在一天中,从日出开始,随着太阳辐射的增强,植物光合速率不断增大,空气中的二氧化碳浓度也随之不断降低,中午前后,植被上方的二氧化碳浓度达最低值;午后,随着空气温度下降,光合作用减慢,呼吸速率加快,使二氧化碳消耗减少;日落后,光合作用停止,而呼吸作用仍在进行,故近地气层中二氧化碳浓度逐渐增大,到第二天日出时达一天的最大值。 在一年中,二氧化碳的浓度也主要受植物光合作用速率的影响。一般来说,植物夏季生长最旺,光合作用最强,秋季最弱。因此二氧化碳浓度秋季最小,春季最大。 此外,由于人类燃烧大量的化石燃料,大量的二氧化碳释放到空气中,因而二氧化碳浓度有逐年增加的趋势。 2.对流层的主要特点是什么? 答:对流层是大气中最低的一层,是对生物和人类活动影响最大的气层。对流层的主要特点有: (1)对流层集中了80%以上的大气质量和几乎全部的水汽,是天气变化最复杂的层次,大气中的云、雾、雨、雪、雷电等天气现象,都集中在这一气层内; (2)在对流层中, 气温一般随高度增高而下降, 平均每上升100米, 气温降低0.65℃,在对流层顶可降至-50℃至-85℃; (3)具有强烈的对流运动和乱流运动,促进了气层内的能量和物质的交换; (4)温度、湿度等气象要素在水平方向的分布很不均匀,这主要是由于太阳辐射随纬度变化和地表性质分布的不均匀性而产生的。五、复习思考题: 1.臭氧在大气中有什么作用?它与平流层温度的铅直分布有什么关系? 2.二氧化碳的日年化、年变化和长期变化的特点如何?为什么会有这样的变化? 3.为何气象学中将大气中含量并不太大的水汽看作是一种重要的成分? 4.大气在铅直方向上分层的依据是什么? 5.大气在铅直方向上可分为哪几层?其中最低的一层有什么特点? 6.根据气体的状态方程,说明当一块空气的温度比同高度上周围空气温度高或低时,这块空气在铅直方向上的运动情况。 7.根据状态方程,比较同温同压下干、湿空气密度的差异。第二章 辐射一、名词解释题: 1.辐射:物体以发射电磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由辐射所传输的能量称为辐射能,有时把辐射能也简称为辐射。 2.太阳高度角:太阳光线与地平面的交角。是决定地面太阳辐射通量密度的重要因素。在一天中,太阳高度角在日出日落时为0,正午时达最大值。 3.太阳方位角:太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的交角。以正南为0,从正南顺时钟向变化为正,逆时针向变化为负,如正东方为-90°,正西方为90°。 4.可照时间:从日出到日落之间的时间。 5.光照时间:可照时间与因大气散射作用而产生的曙暮光照射的时间之和。 6.太阳常数:当地球距太阳为日地平均距离时,大气上界垂直于太阳光线平面上的太阳辐射能通量密度。其值为1367瓦•米-2 。 7.大气质量数:太阳辐射在大气中通过的路径长度与大气铅直厚度的比值。 8.直接辐射:以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。 9.总辐射:太阳直接辐射和散射辐射之和。 10.光合有效辐射:绿色植物进行光合作用时,能被叶绿素吸收并参与光化学反应的太阳辐射光谱成分。 11.大气逆辐射:大气每时每刻都在向各个方向放射长波辐射,投向地面的大气辐射,称为大气逆辐射。 12 .地面有效辐射:地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差,即地面净损失的长波辐射。13.地面辐射差额:某时段内,地面吸收的总辐射与放出的有效辐射之差。二、填空题: 1.常用的辐射通量密度的单位是(1)。 2.不透明物体的吸收率与反射率之和为(2)。 3.对任何波长的辐射,吸收率都是1的物体称为(3)。 4.当绝对温度升高一倍时,绝对黑体的总辐射能力将增大(4)倍。 5.如果把太阳和地面都视为黑体,太阳表面绝对温度为6000K,地面温度为300K,则太阳表面的辐射通量密度是地表面的(5)倍。 6.绝对黑体温度升高一倍时,其辐射能力最大值所对应的波长就变为原来的(6)。 7.太阳赤纬在春秋分时为(7),冬至时为(8)。 8.上午8时的时角为(9),下午15时的时角为(10)。 9.武汉(30°N)在夏至、冬至和春秋分正午时的太阳高度角分别为(11),(12)和(13)。 10.冬半年,在北半球随纬度的升高,正午的太阳高度角(14)。 11.湖北省在立夏日太阳升起的方位是(15)。 12.在六月份,北京的可照时间比武汉的(16)。 13.在太阳直射北纬10°时,北半球纬度高于(17)的北极地区就出现极昼。 14.由冬至到夏至,北半球可照时间逐渐(18)。 15.光照时间延长,短日照植物的发育速度就会(19)。 16.在干洁大气中,波长较短的辐射传播的距离比波长较长的辐射传播距离 (20)。 17.随着太阳高度的降低,太阳直接辐射中长波光的比(21)。 18.地面温度越高,地面向外辐射的能量越(22)。 19.地面有效辐射随空气湿度的增大而(23),随地面与空气温度之差的增大而 (24),随风速的增大而(25)。 20.地面吸收的太阳总辐射与地面有效辐射之差称为(26)。 答案: (1)瓦.米-2 ; (2)1; (3)绝对黑体; (4)15; (5)160000; (6)二分之一; (7)0°;(8)-23°27';(9)-60°; (10)45°; (11)83°27'; (12)36°33';(13)60°; (14)减小; (15)东偏北; (16)长; (17)80°;(18)延长; (19)减慢; (20)短;(21)增加; (22)多; (23)减小; (24)增大; (25)减小; (26)地面辐射差额。三、选择题: (说明:在四个答案中,只能选一个正确答案填入空格内。) 1.短日照植物南种北引,生育期将________。 A.延长; B.缩短; C.不变; D.可能延长也可能缩短。 2.晴朗的天空呈蓝色,是由于大气对太阳辐射中蓝紫色光________较多的结果。 A.吸收; B.散射; C.反射; D.透射。 3.对光合作用有效的辐射包含在________中。 A.红外线; B.紫外线; C.可见光; D.长波辐射。 4.在大气中放射辐射能力最强的物质是________。 A.氧; B.臭氧; C.氮; D.水汽、水滴和二氧化碳。 5.当地面有效辐射增大时,夜间地面降温速度将____。 A.加快; B.减慢; C.不变; D.取决于气温。 答案: 1. A; 2. B; 3. C; 4. D; 5. A。四、判断题: 1.对绝对黑体,当温度升高时,辐射能力最大值所对应的波长将向长波方向移动。 2.在南北回归线之间的地区,一年有两次地理纬度等于太阳赤纬。 3.时角表示太阳的方位,太阳在正西方时,时角为90°。 4.北半球某一纬度出现极昼时,南半球同样的纬度上必然出现极夜。 5.白天气温升高主要是因为空气吸收太阳辐射的缘故。 6.光合有效辐射只是生理辐射的一部分。 7.太阳直接辐射、散射辐射和大气逆辐射之和称为总辐射。 8.地面辐射和大气辐射均为长波辐射。 9.对太阳辐射吸收得很少的气体,对地面辐射也必然很少吸收。 10.北半球热带地区辐射差额昼夜均为正值,所以气温较高。 答案: 1.错; 2.对; 3.错; 4.对; 5.错; 6.对; 7.错; 8.对; 9.错; 10.错。五、计算题1. 任意时刻太阳高度角的计算根据公式Sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω大致分三步进行:(1) 计算时角ω,以正午时为0°,上午为负,下午为正,每小时15°;如以“度”为单位,其计算式是ω=(t-12)×15°其中t为以小时为单位的时间;如以“弧度”为单位,则ω=(t-12)×2π/24建议计算时以角度为单位。(2) 计算sinh值(所需的δ值可从教材附表3中查到,考试时一般作为已知条件给出)。(3) 求反正弦函数值h,即为所求太阳高度角。 例:计算武汉(30°N)在冬至日上午10时的太阳高度角。解:上午10时:ω=(t-12)×15°=(10-12)×15°=-30°冬至日:δ=-23°27' 武汉纬度:φ=30°∴sinh = sin30°sin(-23°27')+cos30°cos(-23°27')cos(-30°)=0.48908h=29°17'2. 正午太阳高度角的计算根据公式: h=90°-φ+δ进行计算;特别应注意当计算结果h>90°时,应取补角(即用180°-h作为太阳高度角)。也可根据 h=90°-|φ-δ|进行计算,就不需考虑取补角的问题(建议用后一公式计算)。还应注意对南半球任何地区,φ应取负值;在北半球为冬半年(秋分至春分)时,δ也取负值。 例 计算当太阳直射20°S时(约11月25日)在40°S的正午太阳高度角。解:已知φ= -40°(在南半球)   δ=-20°∴h=90°-(-40°)+(-20°)=110°计算结果大于90°,故取补角,太阳高度角为:h=180°-110°=70°也可用上述后一公式直接得h=90°-|φ-δ| = 90°-|-40°-(-20°)|=70° 3. 计算可照时间大致分三步:(1) 根据公式: cosω0 = -tgφtgδ 计算cosω0 的值。(2) 计算反余弦函数值ω0 ,得日出时角为-ω0 ,日落时角为+ω0(3) 计算可照时间2ω0 /15°(其中ω0 必须以角度为单位)。 例 计算11月25日武汉的可照时间。解:由附表3可查得δ=-20°,武汉纬度φ=30°cosω0 =-tgφtgδ=-tg30°tg(-20°)=0.210138ω0 =77.87° 即:日出时角为-77.87°(相当于真太阳时6时49分),日落时角为77.87°(相当于真太阳时17时11分)。∴ 可照时间=2ω0/15°=2×77.87°/15°=10.38小时4. 计算水平面上的太阳直接辐射通量密度根据公式:Rsb=Rsc•am sinh大致分三步进行计算:(1) 计算太阳高度角的正弦sinh (参看第1,2两部分)。(2) 计算大气质量数,一般用公式 m=1/sinh(3) 计算Rsb例1 计算北京(取φ=40°N)冬至日上午10时水平面上的太阳直接辐射通量密度(设Rsc=1367瓦•米-2 ,a=0.8)。解:已知φ=40°,δ=-23°27'(冬至日),ω=-30°sinh=sin40°sin(-23°27') + cos40°cos(-23°27') cos(-30°)=0.352825m=1/sinh=1/0.352825=2.8343∴Rsb=Rsc•am sinh=1367×0.82.8343×0.352825=256.25 (瓦•米-2 ) 例2 计算武汉(φ为30°N)在夏至日正午时的太阳直接辐射通量密度(已知a=0.8)。解:已知φ=30°,δ=23°27',正午太阳高度角为h=90°-φ-δ=90°-30°-23°27'=83°27'm=1/sinh=1.00657Rsb=Rsc•am sinh=1367×0.81.00657 ×sin83°27'=1084.87 (瓦•米-2)例3 当太阳直射南半球纬度18°时,试求我国纬度42°处地面上正午时的直接辐射通量密度(已知大气透明系数为0.7,太阳常数为1367瓦•米-2)。 解:已知φ=42° δ=-18° a=0.7正午时:h=90°-φ+δ=90°-42°-18°=30°m=1/sinh=1/sin30°=2Rsb=Rsc•am sinh=1367×(0.7)2 sin30°=334.9 (瓦•米-2 ) 5. 计算坡面的太阳直接辐射通量密度坡面上的直接辐射通量密度计算式为:Rsb坡=Rsc•am sinα其中α为太阳光线与坡面的夹角。Rsb坡的计算步骤与上述水平面上Rsb的计算类似,但在第2步(计算m)后,应确定夹角α。例1 计算武汉(φ为30°N)冬至日坡度为20°的南坡和北坡在正午时的太阳直接辐射通量密度(设透明系数a=0.8)。解:已知φ=30°,δ=-23°27',正午太阳高度角为:h=90°-|φ-δ|=90°-|30°-(-23°27')|=36°33'm=1/sinh=1/sin36°33'=1.6792(注意:此处计算m时不能用α代替h)。对于南坡,正午时α=h+坡度=36°33'+20°=56°33'Rsb南坡=Rsc•am sinα=1367×0.81.6792 ×sin56°33'=784.14 (瓦•米-2 )对于北坡,正午时α=h-坡度=36°33'-20°=16°33'(如果北坡坡度大于h时则无直射光,即Rsb北坡 =0)Rsb北坡=Rsc•am sinα=1367×0.81.6792 ×sin16°33'=267.71 (瓦•米-2 )由此题可知冬季南坡暖而北坡冷的一个重要原因在于Rsb南坡和Rsb北坡的差别。例2 在46.5°N的某地欲盖一朝南的玻璃温室,为了减小反射损失,要使冬至日正午时太阳直接光线垂直于玻璃面,试问玻璃面与地平面的夹角应是多少?冬至日正午时到达玻璃面上的直接辐射通量密度为多少(已知太阳常数为1367瓦/米2 ,透明系数为0.8)?解:已知φ=46.5°,δ=-23.5°,a=0.8(1) h=90°-φ+δ=90°-46.5°-23.5°=20° m=1/sinh=1/sin20°=2.923804玻璃面与地平面的夹角β=90°-h = 90°-20°= 70°(2) 玻璃面上的直接辐射通量密度为Rsb坡=Rsc•am sinα =1367×(0.8)2.923804 ×sin90°=711.9 (瓦•米-2 )例3 在北纬36.5°处有一座山,其南北坡的坡度为30°,试求冬至日正午时水平地面上及南北坡面上的太阳直接辐射通量密度(设大气透明系数为0.8, 太阳常数为1367瓦•米-2) 。解:已知φ=36.5°,δ=-23.5°,a=0.8,坡面坡度β=30°h=90°-φ+δ=90°-36.5°+(-23.5°)=30°m=1/sinh=1/sin30°=2水平地面上直接辐射能量密度Rsb=Rsc•am sinh =1367×(0.8)2×sin30°=437.4 (瓦•米-2 )南坡:Rsb南坡=Rsc•am sinα=Rsc•am sin(h+β)=1367×(0.8)2 ×sin60°= 757.7(瓦•米-2 )北坡:Rsb北坡=Rsc•am sinα=Rsc•am sin(h-β)=Rsc•am sin0°=0由此题可知,一般来说冬季正午南坡上的太阳直接辐射最强,而对坡度大于太阳高度角的北坡,则无太阳直接辐射。所以南坡为温暖的阳坡,北坡为阴冷的阴坡。六、问答题: 1.太阳辐射与地面辐射的异同是什么? 答:二者都是以电磁波方式放射能量;二者波长波不同,太阳辐射能量主要在0.15~4微米,包括紫外线、可见光和红外线,能量最大的波长为0.48微米。地面辐射能量主要在3~80微米,为红外线,能量最大的波长在10微米附近。二者温度不同,太阳表面温度为地面的20倍,太阳辐射通量密度为地面的204倍。 2.试述正午太北半球阳高度角随纬度和季节的变化规律。 答:由正午太阳高度角计算公式h=90°-|φ-δ|可知在太阳直射点处正午时h最大,为90°;越远离直射点,正午h越小。因此正午太阳高度角的变化规律为: 随纬度的变化:在太阳直射点以北的地区(φ>δ),随着纬度φ的增大,正午h逐渐减小;在直射点以南的地区,随φ的增大,正午h逐渐增大。 随季节(δ)的变化:对任何一定的纬度,随太阳直射点的接近,正午h逐渐增大;随直射点的远离,正午h逐渐减小。例如北回归线以北的地区,从冬至到夏至,正午h逐渐增大;从夏至到冬至,正午h逐渐减小。 在|φ-δ|>90°的地区(极圈内),为极夜区,全天太阳在地平线以下。 3.可照时间长短随纬度和季节是如何变化的? 答:随纬度的变化:在北半球为夏半年时,全球随纬度φ值的增大(在南半球由南极向赤道φ增大),可照时间延长;在北半球为冬半年时,全球随纬度φ值的增大可照时间缩短。 随季节(δ)的变化:春秋分日,全球昼夜平分;北半球随δ增大(冬至到夏至),可照时间逐渐延长;随δ减小(夏至到冬至),可照时间逐渐缩短;南半球与此相反。 在北半球为夏半年(δ>0)时,北极圈内纬度为(90°-δ)以北的地区出现极昼,南极圈内同样纬度以南的地区出现极夜;在北半球冬半年(δ<0)时,北极圈90°+δ以北的地区出现极夜,南极圈内同样纬度以南出现极昼。 4.光照时间长短对不同纬度之间植物的引种有什么影响? 答:光照长短对植物的发育,特别是对开花有显著的影响。有些植物要求经过一段较短的白天和较长的黑夜才能开花结果,称短日照植物;有些植物又要求经过一段较长的白天和较短的黑夜才能开花结果,称长日照植物。前者发育速度随生育期内光照时间的延长而减慢,后者则相反。对植物的主要生育期(夏半年)来说,随纬度升高光照时间延长,因而短日照植物南种北引,由于光照时间延长,发育速度将减慢,生育期延长;北种南引,发育速度因光照时间缩短而加快,生育期将缩短。长日照植物的情况与此相反。 而另一方面,对一般作物来说,温度升高都会使发育速度加快,温度降低使发育速度减慢。因此,对长日照植物来说,南种北引,光照时间延长将使发育速度加快,温度降低又使发育速度减慢,光照与温度的影响互相补偿,使生育期变化不大;北种南引也有类似的光温互相补偿的作用。所以长日照植物不同纬度间引种较易成功。而对短日照植物,南种北引,光照和温度的改变都使发育速度减慢,光照影响互相叠加,使生育期大大延长;而北种南引,光温的变化都使发育速度加快,光温影响也是互相叠加,使生育期大大缩短,所以短日照植物南北引种一般不易成功。但纬度相近且海拔高度相近的地区间引种,不论对长日照植物和短日照植物,一般都容易成功。 5.为什么大气中部分气体成分对地面具有“温室效应”? 答:大气对太阳短波辐射吸收很少,绝大部分太阳辐射能透过大气而到达地面,使地面在白天能吸收大量的太阳辐射能而升温。但大气中的部分气体成分,如水汽、二氧化碳等,都能强烈地吸收地面放射的长波辐射,并向地面发射大气逆辐射,使地面的辐射能不致于大量逸出太空而散热过多,同时使地面接收的辐射能增大(大气逆辐射)。因而对地面有增温或保暖效应,与玻璃温室能让太阳辐射透过而又阻止散热的保温效应相似,所以这种保暖效应被称为大气的“温室效应”。6.什么是地面有效辐射?它的强弱受哪些因子的影响?举例说明在农业生产中的作用。 答:地面有效辐射是地面放射的长波辐射与地面所吸收的大气逆辐射之差,它表示地面净损失的长波辐射,其值越大,地面损失热量越多,夜晚降温越快。 影响因子有:(1)地面温度:地面温度越高,放射的长波辐射越多,有效辐射越大。(2)大气温度:大气温度越高,向地面放射的长波辐射越多,有效辐射越小。(3)云和空气湿度:由于大气中水汽是放射长波辐射的主要气体,所以水汽、云越多,湿度越大,大气逆辐射就越大,有效辐射越小。(4)天气状况:晴朗无风的天气条件下,大气逆辐射减小,地面有效辐射增大。(5)地表性质:地表越粗糙,颜色越深,越潮湿,地面有效辐射越强。(6)海拔高度:高度增高,大气密度减小,水汽含量降低,使大气逆辐射减小,有效辐射增大。(7)风速:风速增大能使高层和低层空气混合,在夜间带走近地层冷空气,而代之以温度较高的空气,地面就能从较暖的空气中得到较多的大气逆辐射,因而使有效辐射减小;而在白天风速增大可使有效辐射转向增大。 举例:因为夜间地面温度变化决定于地面有效辐射的强弱,所以早春或晚秋季节夜间地面有效辐射很强时,引起地面及近地气层急剧降温,可出现霜冻。 7.试述到达地面的太阳辐射光谱段对植物生育的作用。 答:太阳辐射三个光谱段是紫外线(0.15-0.4微米)、可见光(0.4-0.76微米)和红外线(0.76-4微米)。紫外线对植物生长发育主要起生化效应,对植物有刺激作用,能促进种子发芽、果树果实的色素形成,提高蛋白质和维生素含量以及抑制植物徒长和杀菌作用等。可见光主要起光效应,提供给绿色植物进行光合作用的光能,主要吸收红橙光区(0.6-0.7微米)和蓝紫光区(0.4-0.5微米)。红外线主要起热效应,提供植物生长的热量,主要吸收波长为2.0-3.0微米的红外线。七、复习思考题: 1.对A、B两灰体,在同样强度的辐射照射下,A升温快得多,问在移去外界辐射源后,哪一个降温快?若A、B都不是灰体,你的结论还成立吗? 2.雪面对太阳辐射的反射率很大(约0.9),对红外辐射的吸收率也很大(可达0.99),由此解释地面积雪时天气特别寒冷的原因。 3.设灰体的吸收率为a,试推导其总辐射能力与温度的关系式(提示:将Kirchhoff定律与Stefan-Boltzmann定律结合起来考虑)。 4.已知太阳表面温度约为6000K,地球表面温度平均约为300K,假定太阳表面为绝对黑体,地球表面为吸收率为0.9的灰体,试分别计算太阳和地球表面的总放射能力。 5.计算武汉(30°N)二分、二至日出、日落时间和可照时间。 6.试分析正午太阳高度角随纬度和季节的变化规律。 7.根据可照时间计算公式分析可照时间随纬度和季节的变化规律。 8.当太阳赤纬为δ时,在地球上哪些区域分别出现极昼、极夜? 9.假如地球自转轴与公转轨道面铅直,地球上还会有季节交替吗?可照时间还会变化吗?正午太阳高度角随纬度如何变化呢?为什么? 10.为何长日照植物大多原产于高纬度地区,而短日植物一般原产于低纬度地区? 11.对长日照作物和短日照植物进行南北引种,哪一种更易成功?为什么? 12.已知日地平均距离为1.495×108公里,太阳直径为1.392×106公里,太阳常数为 1367瓦•米-2,将太阳视为绝对黑体,忽略宇宙尘埃对太阳辐射的吸收作用,试推算太阳表面辐射的辐射通量密度、总功率和有效温度。 13.为何晴天天空常呈尉蓝色?而日出、日落时太阳光盘又呈红色? 14.根据水平面太阳直接辐射通量密度的计算式,分析直接辐射的影响因素。 15.计算武汉(30°N)和北京(40°N)冬至和夏至日晴天真太阳时10、12时的太阳直接辐射通量密度(设透明系数 p=0.8)。 16.任一坡面上太阳直接辐射通量密度为 Rsb坡=Rsc•am sinα(其中α为太阳光线与坡面的夹角),试分别计算武汉冬至和夏至正午时,在坡度为30°的南坡和北坡上的太阳辐射通量密度(设透明系数 p=0.8)。 17.武汉夏至日测得正午水平面上的直接辐射通量密度为800瓦•米-2 ,设这一天天空晴朗,透明系数不变,试计算透明系数和下午16时的太阳辐射通量密度。 18.太阳直接辐射、散射辐射与总辐射各受哪些因素影响? 19.晴天直接辐射和散射辐射中光谱能量分布各随太阳高度角如何变化?为什么?(提示:根据分子散射规律解释)。 20.不同光谱成分的太阳辐射对植物的生命活动有何影响? 21.地面辐射通量密度如何计算?它受什么因素影响? 22.何谓大气的“温室效应”?如果大气中水汽含量减少,“温室效应”是增强还是减弱?为什么(不考虑大气中水汽的凝结物的影响)? 23.何谓地面有效辐射?它受哪些因素的影响? 24.为何在对流层中,气温随高度的升高而降低? 25.何谓地面辐射差额?其日变化和年变化特征如何? 26.解释名词:辐射、绝对黑体、灰体、太阳赤纬、太阳高度角、方位角、可照时间、光照时间、光周期现象、长日照植物、短日照植物、太阳常数、大气透明系数、大气质量数、总辐射、大气逆辐射、温室效应、地面有效辐射、辐射差额。第三章 温度一、名词解释题: 1.温度(气温)日较差:一日中最高温度(气温)与最低温度(气温)之差。 2.温度(气温)年较差:一年中最热月平均温度(气温)与最冷月平均温度(气温)之差。 3.日平均温度:为一日中四次观测温度值之平均。即 T平均= (T02+T08+T14+T20)÷4。 4.候平均温度:为五日平均温度的平均值。 5.活动温度:高于生物学下限温度的温度。 6.活动积温:生物在某一生育期(或全生育期)中,高于生物学下限温度的日平均气温的总和。 7.有效温度:活动温度与生物学下限温度之差。 8.有效积温:生物在某一生育期(或全生育期)中,有效温度的总和。 9.逆温:气温随高度升高而升高的现象。 10.辐射逆温:晴朗小风的夜间,地面因强烈有效辐射而很快冷却,从而形成气温随高度升高而升高的逆温。 11.活动面(作用面):凡是辐射能、热能和水分交换最活跃,从而能调节邻近气层和土层温度或湿度状况的物质面。 12.容积热容量:单位容积的物质,升温1℃,所需要的热量。 13.农耕期:通常把日平均温度稳定在0℃以上所持续的时期,称为农耕期。 14.逆温层:气温随高度升高而升高的现象,称为逆温现象。发生逆温现象的气层,称为逆温层。 15.三基点温度:是指生物维持生长发育的生物学下限温度、上限温度和最适温度。二、填空题: 1.空气温度日变化规律是:最高温度出现在(1)时,最低温度出现(2)时。年变化是最热月在(3),最冷月在(4)月。 2.土温日较差,随深度增加而(5),极值(即最高,最低值)出现的时间,随着深度的增加而(6)。 3.水的热容量(C)比空气的热容量(7)。水的导热率(λ)比空气(8)。粘土的热容量比沙土的要(9),粘土的导热率比沙土(10)。 4.干松土壤与紧湿土壤相比: C干松土 γd  ∴在200~1300米的气层中,对干空气块是不稳定状态。 2.某作物从出苗到开花需一定有效积温,其生物学下限温度为10℃,它在日均气温为25℃的条件下,从出苗到开花需要50天。今年该作物5月1日出苗,据预报5月平均气温为20.0℃,6月平均气温为30.0℃,试求该作物何月何日开花?所需活动积温及有效积温各是多少? 解:(1) 求某作物所需有效积温(A): 由公式 n=A/(T-B) 得:A=n(T-B) 则 A=(25℃-10℃)×50=750℃ (2)求开花期: 5月份有效积温为: A5= (20℃ -10℃ )×31=310℃ 从五月底至开花还需有效积温:750-310=440℃ 还需天数n = 440 / (30-10)=22天,即6月22日开花 (3)求活动积温与有效积温: 活动积温=20℃×31+30℃×22=1280℃ 有效积温=750℃ 答:该作物于6月22日开花,所需要的活动积温和有效积温分别为1280℃和750℃。 3.育种过程中,对作物进行杂交,要求两亲本花期相遇,已知杂交品种由播种到开花,母本不育系和父本恢复系各要求大于10℃的有效积温分别为765℃和1350℃,试问父本播种后,母本何时播种为宜?已知父本播种后,天气预报日平均温度为25℃。 解:A母 =765℃, A父 =1350℃, T=25℃, B=10℃ n=(A父 -A母 )/(T-B) =(1350-765)/(25-10)=585/15=39天 答:父本播种后39天母本播种。 4.某作物品种5月1日出苗,7月31日成熟。其生物学下限温度为10℃,这期间各月平均温度如下表。试求全生育期的活动积温和有效积温。月 份567月平均温度(℃)21.325.728.8 解:已知:t5 =21.3℃,n=31天,t6 =25.7℃,n=30天,t7 =28.8℃, n=31天, B=10℃ (1) Y=Σt≥10 =n1 t1 +n2 t2 +n3t3 =31×21.3+30×25.7+31×28.8=2324.1℃ (2) A=Σ(T-B) =n1 (t1-B)+n2 (t2 -B)+n3 (t3 -B)=31×11.3+30×15.7+31×18.8=1404.1℃ 答:活动积温和有效积温分别为2324.1℃和1404.1℃。 5.离地面200米高处的气温为20℃。此高度以上气层的气温垂直递减率平均为0.65℃/100米,试求离地面1200米高处的气温。若1200米处空气是未饱和状态,当气块从此高度下沉至地面,其温度为若干? 解:已知Z1 =200米, Z2 =1200米, t1 =20℃ r=0.65℃/100米 rd =1℃/100米 设1200米处气温为t2 , 气块下沉至地面时的温度为t。 (1) (t2-t1 )/(Z2 -Z1 )=-r t2=t1-r(Z2 -Z1 )=20°-0.65℃/100米×(1200-200)米=13.5℃ (2) (t2-to )/Z2 =rd to =t2 +rd Z2 =13.5℃+1℃/100米×1200米=25.5℃ 答:离地面1200米高处的气温为13.5℃;气块下沉至地面时的温度为25.5℃。 6.某水稻品种5月25日开始幼穗分化,从幼穗分化到抽穗的有效积温为242℃,生物学下限温度为11.5℃,天气预报5月下旬至6月中旬平均温度为22.5℃,试问抽穗日期是何时? 解:已知A=242℃, T=22.5℃, B=11.5℃ n=A/(T-B)=242 / (22.5-11.5)=242 / 11=22 (天) 答:6月16日抽穗。八、复习思考题: 1.土壤的热容量主要由什么决定?为什么? 2.何谓导热率?它表示什么意义? 3.土壤导热率随土壤湿度如何变化? 4.何谓导温率?它表示什么物理意义? 5.土壤导温率随土壤湿度如何变化?为什么? 6.表示温度周期性变化的特征量有哪些?如何计算? 7.一天中地面最高和最低温度各出现在什么时候?为何最高温度一般不出现在正午? 8.土中温度的变化特征是什么?为何年温不变层深度大于日温不变层深度? 9.已知某地温度日较差为32℃,而10cm深处日较差为10.1℃,求日温不变层(日较差<0.1℃)的深度。如该地的地面温度年较差为40℃,求年温不变层深度。 10.水体的热交换特性有哪些?这些特性对水温的变化有什么影响? 11.纬度对气温日较差和年较差有什么影响?为什么? 12.何谓绝热变化?大气中在什么情况下的状态变化可看作绝热变化? 13.为何气块作上升运动时温度会下降?为何饱和湿空气上升时降温比干空气慢? 14.何谓温度的铅直梯度?它和干绝热直减率、湿绝热直减率有什么不同? 15.何谓逆温?在什么条件下可出现逆温?逆温在农业上有什么意义? 16.何谓大气稳定度?如何判断大气的稳定度? 17.试分析晴天条件下大气稳定度的日变化情况,由分析结果解释夏天雷阵雨常出现在午后的原因。 18.已知500m、1000m和2000m高处的气温分别为12.0℃,8.0℃和2.0℃,试判断500m~1000m和1000m~2000m这两层空气的稳定度。 19.某种植物从出苗到开花所需的有效积温是一定的,它在日均温恒为20℃的条件下从出苗到开花时间为100天,而在18℃时为125天。如果让这种植物在25℃条件下生长50天,然后转移至20℃的条件下栽培,问该植物从出苗到开花共需多少天?其生物学零度为多少? 20.为什么对同一植物的同一发育期,积温也存在不稳定性? 21.解释名词:热容量、导热率、导温率、活动层、活动面、年较差、逆温、乱流、活动温度、有效积温、干绝热直减率、湿绝热直减率。第四章 水分一、名词解释题: 1.饱和水汽压(E):空气中水汽达到饱和时的水汽压。 2.相对湿度(U):空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的百分比。 3.饱和差(d):同温度下饱和水汽压与实际水汽压之差。 4.露点温度(td ):在气压和水汽含量不变时,降低温度使空气达到饱和时的温度。 5.降水量:从大气中降落到地面,未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积累的水层厚度。 6.干燥度:为水面可能蒸发量与同期内降水量之比。 7.农田蒸散:为植物蒸腾与株间土壤蒸发的综合过程。 8.降水距平:是指某地实际降水量与多年同期平均降水量之差。 9.降水变率=降水距平/多年平均降水量×100% 10.辐射雾:夜间由于地面和近地气层辐射冷却,致使空气温度降低至露点以下所形成的雾。二、填空题: 1.低层大气中的水汽,随着高度的升高而(1)。 2.蒸发量是指一日内由蒸发所消耗的(2)。 3.相对湿度的日变化与温度的日变化(3)。 4.使水汽达到过饱和的主要冷却方式有(4)冷却、接触冷却、(5)冷却和(6)冷却。 5.空气中水汽含量越多,露点温度越(7)。空气中的水汽达到饱和时,则相对湿度是(8)。 答案:(1)减少, (2)水层厚度, (3)相反,(4)辐射,(5)混合,(6)绝热,(7)高,(8)100%。三、判断题: 1.当气温高于露点温度时,饱和差则等于零。 2.相对湿度在一天中,中午最大,早上最小。 3.甲地降水相对变率较乙地同时期的相对变率大,说明甲地降水量比乙地多。 4.形成露时的露点温度在零上,出现霜时的露点温度在零下。 5.当干燥度小于0.99时,为湿润,大于4为干燥。 答案:1.错, 2.错, 3.错, 4.对, 5.对。四、选择题: 1.当饱和水汽压为8hPa,相对湿度为80%,则水汽压为( 1 )。 ①6.4hPa, ②4.6hPa, ③8.0hPa, ④4.0hPa 2.当相对湿度为100%时,则( 3 )。 ①气温高于露点,饱和差=0; ②气温=露点,饱和差大于零; ③气温=露点,饱和差=0; ④气温低于露点,饱和差小于零。 3.中午相对湿度变小,主要因为气温升高,从而使( 2)。 ①e增大,E不变; ②E比e更快增大 ③E减小,e更快减小; ④蒸发量增大,E降低。 答案:1.①;2.③; 3.②。五、简答题: 1.何谓降水变率?它与旱涝关系如何? 答:降水变率=降水距平/多年平均降水量×100%。它表示降水量变动情况,变率大,说明该地降水量距平均值的差异大,即降水量有时远远超过多年的平均值,这样就会出现洪涝灾害;相反,有时降水量远远少于平均降水量,则相应会出现严重缺水干旱。 2.相对湿度的日、年变化规律如何? 答:相对湿度的日变化与气温日变化相反。最大值出现在凌晨,最小值出现在14~15时。年变化一般是冬季最大,夏季最小。但若受海陆风及季风影响的地方,其日、年变化,有可能与气温相一致。 3.影响农田蒸散的主要因子是什么?sdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdfdf 答:有三方面:(1)气象因子。包括辐射差额、温度、湿度和风等; (2)植物因子。包括植物覆盖度、植物种类、生育状况等; (3)土壤因子。包括土壤通气状况、土壤含水量、土壤水的流动情况等。六、论述题: 1.试述雾的种类及成因,并分析雾在农业生产中的意义 答:雾的种类:辐射雾:夜间地面和近地面气层,因辐射冷却,使空气温度降低至露点温度以下而形成的雾。平流雾:当暖湿空气流经冷的下垫面而逐渐冷却,使空气温度降低到露点温度以下而形成的雾。雾在农业生产中的意义:不利方面:雾削弱了到达地面的太阳辐射,使日照时间减少,改变光质成分;雾影响土温和气温日较差,使日较差变小;雾使空气湿度增大,减弱农田蒸散。对作物生长发育、光合作用、产量和品质等均产生不利影响。此外,雾为病虫害提供滋生和发展条件。有利方面:在寒冷季节,雾可减弱地面有效辐射,减轻或避免作物的冻害;雾对于以茎、叶为主要经济价值的作物有利,如茶、麻等,可还延长营养生长期而提高产量。七、计算题: 1.当饱和差为1hPa,相对湿度为80%,求饱和水汽压是多少? 解:已知d=E-e =1hpa U = e / E=0.8 则:e = E-1 又(E-1)/E=0.8 ∴E= 5 (hPa) 答:饱和水汽压为5hPa。 2.当气温为15.0℃时,饱和水汽压为17.1hPa,在气温为26.3℃时,饱和水汽压为34.2hPa,现测得气温为26.3℃,水汽压为17.1hPa,试求相对湿度和露点是多少? 解:∵ U = e / E×100%,据题意当t =26.3℃, 则:E=34.2hPa,e =17.1hPa ∴U =17.1 / 34.2×100%=50% 又当t=15.0,则E=17.1hPa,此时t=td(露点温度) 答:相对湿度为50%,露点温度为15℃。 3.温度为20℃,水汽压为17.1hPa的一未饱和气块,从山脚海平处抬升翻越1500m的高山,凝结产生的水滴均降在迎风坡,求该气块到达山背风坡海平面处的温度和相对湿度(已知rd =1℃/100米,rm=0.5℃/100米,且温度为10℃,15℃,20℃,25℃时的饱和水汽压分别为12.3,17.1,23.4,31.7hPa,忽略未饱和气块升降时露点的变化)。 解:∵e=17.1hPa 当t =15℃时, 则水汽饱和:E15 =17.1hPa 凝结高度为:Zd=(20-15)×100=500米 t2000米=20-(1.0×500/100)-0.5(1500-500)/100=10℃ ∴t山背脚 =10+1×1500/100=25℃ U = e/E×100% =12.3/31.7×100%=39% 答:背风坡海平面上的气温为25℃,相对湿度为39%。 4.温度为25℃,水汽压为22hPa的空气块,从迎风坡山脚处向上爬升,已知山高1500米,凝结产生的水滴均降在迎风坡。试求空气块的凝结高度 、山顶处的温度和相对湿度。气温为19℃和25℃的饱和水汽压依次是22.0hPa和31.7hPa,忽略空气上升时露点的变化。 解:(1) to =25℃ td =19℃ rd =1℃/100米 (td-to )/Zd =-rd 凝结高度为:Zd=(to-td )/rd =(25°-19°) /(1℃/100米)=600米 (2)已知rm =0.5℃/100米 (t山顶 -td )/(Z-Zd )=-rm t山顶 =td-rm (Z-Zd ) =19°-0.5°/100米×(1500-600) =19°-0.5°/100米×900米 =14.5℃ (3)因气块到达山顶时水汽是饱和的,所以相对湿度r=100% 5.某地夏季(6-8月)各月降水量及平均温度资料如下表:月 份678降水量(毫米)209.5156.2119.4平均温度(℃)25.728.828.3试求夏季干燥度,并说明其干湿状况。 解: K=0.16∑T≥10 / R =0.16(30×25.7+31×28.8+31×28.3)÷(209.5+156.2+119.4) =0.16×(771+892.8+877.3)/(209.5+156.2+119.4) =(0.16×2541.1) / 485.1=0.84 K<0.99 故为湿润状态。八、复习思考题: 1.试推导用水汽压计算露点温度的公式。 2.简述各种湿度特征量的定义和表示的意义。 3.总结归纳各种湿度特征量的换算方法。 4.水分子数一定的空气块作绝热上升运动时,各湿度特征量如何变化?为什么? 5.在气温为15.0℃时,测得水汽压为13.4hPa,气压为1010.0 hPa,试求比湿、相对湿度、饱和差和露点温度。 6.开水杯上和夏天冰块周围均可出现水汽凝结成的水雾,试分析这两种现象形成的原因并比较其形成过程的异同点。 7.简述水汽压、相对湿度的日变化、年变化特征和原因。 8.某日气温为20.0℃,水温为18.0℃,相对湿度为70%,水面蒸发速率为2.1mm/日,如果次日水温升为20.0℃,其它条件不变,则水面蒸发速率变为多少? 9.土壤中的水分是通过哪些方式蒸发的?试针对这些方式提出保墒措施。 10.在什么条件下容易形成露和霜?为什么? 11.某日晨最低气温tm=10℃,露点td=9℃,据预报次日晨tm=8℃,td不变,试估计次日晨是否有雾?如有的话可能是什么雾?为什么? 12.降水是如何形成的?为什么在云中,冰水共存或大小水滴共存时有利于降水的形成? 13.简述人工降水的原理和方法。 14.降水变率的意义是什么?为什么降水变率大的地区易发生旱涝? 15.一团温度为15℃,相对湿度为80%的空气块,从海平面处开始翻越一座2000米高的山脉,忽略饱和前水汽压的变化,求迎风坡的云高和山顶处的水汽压。 16.解释名词:水汽压、比湿、相对湿度、饱和差、露点温度、农田蒸散、平流雾、降水量、降水距平、降水相对变率、干燥度、水分利用率、蒸腾系数。第五章一、名词解释题: 低气压:又称气旋,是中心气压低,四周气压高的闭合气压系统。 高气压:又称反气旋,是中心气压高,四周气压低的闭合气压系统。 地转风:当地转偏向力与气压梯度力大小相等,方向相反达到平衡时,空气沿等压线作直线运动所形成的风。 季风:大范围地区的盛行风向随季节而改变的风,其中1月和7月风向变换需在120°以上。 海陆风:在沿海地区,由于海陆热力差异,形成白天由海洋吹向陆地,夜间风由陆地吹向海洋,这样一种昼夜风向转变的现象。 山谷风:在山区,白天风从谷地吹向山坡,夜间由山坡吹向山谷这样一种以日为周期的地方性风。 焚风:气流越山后在山的背风坡绝热下沉而形成的干而热的风。 标准大气压:温度为0℃,在纬度45°的海平面上的大气压力,其值为1013.2hPa。二、填空题:  1.按照三圈环流理论,北半球有(1)、(2)、(3)、(4)四个气压带和(5)、(6)、(7)三个风带。 2.季风以(8)为周期,海陆风以(9)为周期,且海风(10)陆风。 3.作用于空气运动的力有(11)、(12)、(13)和(14);其中在高层大气中,(15)力可以忽略;而空气作直线运动时,(16)力可以忽略。 4.白天,由山谷吹向山坡的风是(17)风,夜晚,由陆地吹向海洋的风是(18)风。 5.风向规定为风的(19)向,由南向北运动的空气,风向为(20)。 答案:(1)赤道低压带, (2)副热带高压带, (3)副极地低压带, (4)极地高压带,(5)东北信风带, (6)盛行西风带, (7)极地东风带, (8)年, (9)日, (10)强于,(11)水平气压梯度力, (12)地转偏向力, (13)摩擦力, (14)惯性离心力, (15)摩擦力,(16)惯性离心力, (17)谷, (18)陆, (19)来, (20)南三、判断题: 1.在赤道和极地都存在有地转偏向力,但赤道上没有惯性离心力。 2.顾名思义,季风就是季节性的风,如春季为春季风,夏季为夏季风等。 3.高大山体的迎风坡,云雾往往比背风坡多。 4.当空气作绝热上升运动时,气温要逐渐升高,气流越过山后,在山的背风坡下沉,气温将下降。 5.在山区的山谷风,夜间由山坡吹向山谷。 6.一团湿空气从海平面沿一山坡上升,其温度必然会升高。 7.海陆风以日为周期,白天风由海洋吹向陆地,晚上相反。 8.夏季影响我国大部分地区的大气活动中心是太平洋高压和阿留申低压。 答案:1.错,2.错,3.对,4.错,5.对,6.错,7.对,8.错四、简答题: 1.海平面气压场有哪几种基本类型?各自所对应的天气如何? 答:按照气压的分布,海平面气压场有五种基本类型:①低气压,即等压线封闭的中心气压低四周气压高的区域,常常带来阴雨天气。②高气压,即等压线封闭的中心气压高,四周气压低的区域,常常对应晴好天气。③低压槽,即由低气压向高气压延伸的狭长区域,它的天气与低压
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