氣象學(xué)試題合集

其次章 輻射一、名詞解釋題： 1.輻射：物體以放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(shí)把輻射能也簡(jiǎn)稱為輻射。夾角。是打算地面太陽(yáng)輻射通量密度的重要因素。在一天中，太陽(yáng)高度角在日出日落時(shí)為0，正午時(shí)達(dá)最大值。夾0，從正南順時(shí)鐘向變化為正，逆時(shí)針向變化為負(fù)，如正東方為－9090°。可照時(shí)間：從日出到日落之間的時(shí)間。光照時(shí)間：可照時(shí)間與因大氣散射作用而產(chǎn)生的曙暮光照耀的時(shí)間之和。太陽(yáng)常數(shù)：當(dāng)?shù)厍蚓嗵?yáng)為日地平均距離時(shí)，大氣上界垂直于太陽(yáng)光線平面上的太1367瓦/2。大氣質(zhì)量數(shù)：太陽(yáng)輻射在大氣中通過(guò)的路徑長(zhǎng)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(yáng)輻射?？傒椛洌禾?yáng)直接輻射和散射輻射之和。光合有效輻射：綠色植物進(jìn)展光合作用時(shí)，能被葉綠素吸取并參與光化學(xué)反響的太陽(yáng)輻射光譜成分。大氣逆輻射：大氣每時(shí)每刻都在向各個(gè)方向放射長(zhǎng)波輻射，投向地面的大氣輻射，稱為大氣逆輻射。12.13.地面輻射差額：某時(shí)段內(nèi)，地面吸取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)。不透亮物體的吸取率與反射率之和為(2)。對(duì)任何波長(zhǎng)的輻射，吸取率都是1的物體稱為(3)。當(dāng)確定溫度上升一倍時(shí)，確定黑體的總輻射力量將增大(4)倍。假設(shè)把太陽(yáng)和地面都視為黑體，太陽(yáng)外表確定溫度為6000K，地面溫度為300K，則太陽(yáng)外表的輻射通量密度是地外表的(5)倍。確定黑體溫度上升一倍時(shí)，其輻射力量最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)就變?yōu)樵瓉?lái)的(6)。太陽(yáng)赤緯在春秋分時(shí)為(7)，冬至?xí)r為(8)。8時(shí)的時(shí)角為(9)15時(shí)的時(shí)角為(10)。武漢(30°N)(11)，(12)和(13)。冬半年，在北半球隨緯度的上升，正午的太陽(yáng)高度角(14)。湖北省在立夏日太陽(yáng)升起的方位是(15)。在六月份，北京的可照時(shí)間比武漢的(16)。10°時(shí)，北半球緯度高于(17)的北極地區(qū)就消滅極晝。由冬至到夏至，北半球可照時(shí)間漸漸(18)。光照時(shí)間延長(zhǎng)，短日照植物的發(fā)育速度就會(huì)(19)。在干潔大氣中，波長(zhǎng)較短的輻射傳播的距離比波長(zhǎng)較長(zhǎng)的輻射傳播距離(20)。隨著太陽(yáng)高度的降低，太陽(yáng)直接輻射中長(zhǎng)波光的比(21)。地面溫度越高，地面對(duì)外輻射的能量越(22)。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)，(25)。地面吸取的太陽(yáng)總輻射與地面有效輻射之差稱為(26)。答案：(1瓦米2；(2)1；(3)確定黑體；(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)減??；(15)東偏北；(16)長(zhǎng)；(17)80°；(18)(19)(20)短；(21)(22)(23)(24)(25)(26)地面輻射差額。三、選擇題： (說(shuō)明：在四個(gè)答案中，只能選一個(gè)正確答案填入空格內(nèi)。)短日照植物南種北引，生育期將 。延長(zhǎng)； B.縮短；C.不變； D.可能延長(zhǎng)也可能縮短。晴朗的天空呈藍(lán)色，是由于大氣對(duì)太陽(yáng)輻射中藍(lán)紫色光 較多的結(jié)果。吸??；B.散射；C.反射；D.透射。對(duì)光合作用有效的輻射包含在 中。紅外線； B.紫外線；C.可見(jiàn)光； D.長(zhǎng)波輻射。在大氣中放射輻射力量最強(qiáng)的物質(zhì)是 。氧； B.臭氧；C.氮； D.水汽、水滴和二氧化碳。當(dāng)?shù)孛嬗行л椛湓龃髸r(shí)，夜間地面降溫速度將 。加快；B.減慢；C.不變；D.取決于氣溫。答案：1.A；2.B；3.C；4.D；5.A。四、推斷題：對(duì)確定黑體，當(dāng)溫度上升時(shí)，輻射力量最大值所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。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(yáng)赤緯。時(shí)角表示太陽(yáng)的方位,太陽(yáng)在正西方時(shí),時(shí)角為90°。北半球某一緯度消滅極晝時(shí)，南半球同樣的緯度上必定消滅極夜。白天氣溫上升主要是由于空氣吸取太陽(yáng)輻射的原因。光合有效輻射只是生理輻射的一局部。太陽(yáng)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(zhǎng)波輻射。對(duì)太陽(yáng)輻射吸取得很少的氣體，對(duì)地面輻射也必定很少吸取。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(cuò)；2.對(duì)；3.錯(cuò)；4.對(duì)；5.錯(cuò)；6.對(duì)；7.錯(cuò)；8.對(duì)；9.錯(cuò)；10.錯(cuò)。五、計(jì)算題任意時(shí)刻太陽(yáng)高度角的計(jì)算依據(jù)公式Sinh＝sinφsinδ＋cosφcosδcosω大致分三步進(jìn)展：計(jì)算時(shí)角ω，以正午時(shí)為0°，上午為負(fù)，下午為正，每小時(shí)15°；如以“度“為單位，其計(jì)算式是ω＝(t－12)×15°其中t為以小時(shí)為單位的時(shí)間；如以“弧度“為單位，則ω＝(t－12)×2π/24建議計(jì)算時(shí)以角度為單位。sinh值(所需的δ3中查到，考試時(shí)一般作為條件給出)。求反正弦函數(shù)值h，即為所求太陽(yáng)高度角。例：計(jì)算武漢(30°N)10時(shí)的太陽(yáng)高度角。10時(shí)：ω＝(t－12)×15°＝(10－12)×15°＝－30°冬至日：δ=－23°27”武漢緯度：φ=30°∴sinh=sin30°sin(－23°27”)＋cos30°cos(－23°27”)cos(－30°)=0.48908h=29°17”正午太陽(yáng)高度角的計(jì)算依據(jù)公式： h=90°－φ＋δ進(jìn)展計(jì)算；特別應(yīng)留意當(dāng)計(jì)算結(jié)果h>90°時(shí)，應(yīng)取補(bǔ)角(即用180°－h(huán)作為太陽(yáng)高度角)。也可依據(jù) h=90°－|φ－δ|進(jìn)展計(jì)算，就不需考慮取補(bǔ)角的問(wèn)題(建議用后一公式計(jì)算)。還應(yīng)留意對(duì)南半球任何地區(qū)，φ應(yīng)取負(fù)值；在北半球?yàn)槎肽?秋分至春分)時(shí)，δ也取負(fù)值。例計(jì)算當(dāng)太陽(yáng)直射20°S時(shí)(約11月25日)在40°S的正午太陽(yáng)高度角。解：φ=－40°(在南半球) δ=－20°∴h=90°－(－40°)+(－20°)=110°計(jì)算結(jié)果大于90°，故取補(bǔ)角，太陽(yáng)高度角為：h=180°－110°=70°也可用上述后一公式直接得h=90°－|φ－δ|=90°－|－40°－(－20°)|=70°計(jì)算可照時(shí)間大致分三步：依據(jù)公式：cosω0=－tgφtgδ計(jì)算cosω0的值。計(jì)算反余弦函數(shù)值ω0，得日出時(shí)角為－ω0，日落時(shí)角為+ω02ω0/15°(其中ω0必需以角度為單位)。1125日武漢的可照時(shí)間。3可查得δ=－20°，武漢緯度φ=30°cosω0=－tgφtgδ=－tg30°tg(－20°)=0.210138ω0=77.87°即：日出時(shí)角為－77.87°(649分)，77.87°(1711分)?！嗫烧諘r(shí)間=2ω0/15°=2×77.87°/15°=10.38小時(shí)計(jì)算水平面上的太陽(yáng)直接輻射通量密度依據(jù)公式：Rsb=Rsc×a×m×sinh大致分三步進(jìn)展計(jì)算：(1)計(jì)算太陽(yáng)高度角的正弦sinh(1，2兩局部)。(2)計(jì)算大氣質(zhì)量數(shù)，一般用公式m=1/sinh(3)計(jì)算Rsb例1(取φ=40°N)冬至日上午10時(shí)水平面上的太陽(yáng)直接輻射通量密度(設(shè)Rsc=1367瓦/米-2，a=0.8)。解：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×a×m×sinh=1367×0.82.8343×0.352825=256.25(瓦/2)2計(jì)算武漢(φ30°N)在夏至日正午時(shí)的太陽(yáng)直接輻射通量密度(a=0.8)。解：φ=30°，δ=23°27”，正午太陽(yáng)高度角為h=90°－φ－δ=90°－30°－23°27”=83°27”m=1/sinh=1.00657Rsb=Rsc×a×m×sinh=1367×0.8×1.00657×sin83°27”=1084.87(瓦/米-2)31842°處地面上正午時(shí)的直接輻射通量密度(0.71367瓦?米-2)。解：φ=42°δ=－18°a=0.7正午時(shí)：h=90°－φ+δ=90°－42°－18°=30°m=1/sinh=1/sin30°=2Rsb=Rsc×a×m×sinh=1367×(0.7)×2sin30°=334.9(瓦/2)計(jì)算坡面的太陽(yáng)直接輻射通量密度坡面上的直接輻射通量密度計(jì)算式為：Rsb坡=Rsc×a×m×sinα其中α為太陽(yáng)光線與坡面的夾角。Rsb坡的計(jì)算步驟與上述水平面上Rsb2步(計(jì)算m)α。例1計(jì)算武漢(φ為30°N)冬至日坡度為20°的南坡和北坡在正午時(shí)的太陽(yáng)直接輻射通量密度(設(shè)透亮系數(shù)a=0.8)。解：φ=30°，δ=－23°27”，正午太陽(yáng)高度角為：h=90°－|φ－δ|=90°－|30°－(－23°27”)|=36°33”，m=1/sinh=1/sin36°33”=1.6792(留意：此處計(jì)算m時(shí)不能用α代替h)。對(duì)于南坡，正午時(shí)α=h+坡度=36°33”+20°=56°33”Rsb南坡=Rsc×a×msinα=1367×0.8×1.6792×sin56°33”=784.14(瓦/2)對(duì)于北坡，正午時(shí)α=h－坡度=36°33”－20°=16°33”(假設(shè)北坡坡度大于h時(shí)則無(wú)直射光，即Rsb=0)Rsb北坡=Rsc×amsinα=1367×0.8×1.6792×sin16°33”=267.71(瓦/2)由此題可知冬季南坡暖而北坡冷的一個(gè)重要緣由在于Rsb南坡和Rsb北坡的差異。246.5°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(shí)太上的直接輻射通量密度為多少(1367瓦/20.8)？解：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玻璃面與地平面的夾角β=90°－h(huán)=90°－20°=70°(2)玻璃面上的直接輻射通量密度為Rsb坡=Rsc×amsinα=1367×(0.8)2.923804×sin90°=711.9(瓦/2)336.530°，試求冬至日正午時(shí)水平地面上及南北坡面上的太陽(yáng)直接輻射通量密度(0.81367瓦/2)。解：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水平地面上直接輻射能量密度Rsb=Rsc×amsinh=1367×(0.8)2×sin30°=437.4(瓦?米-2)南坡：Rsb南坡=Rsc×amsinα=Rsc×amsin(h+β)=1367×(0.8)2×sin60°=757.7(瓦/米-2)北坡：Rsb北坡=Rsc×amsinα=Rsc×amsin(h－β)=Rsc×amsin0°=0坡，則無(wú)太陽(yáng)直接輻射。所以南坡為溫和的陽(yáng)坡，北坡為陰冷的陰坡。六、問(wèn)答題：1.太陽(yáng)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(zhǎng)不同，太陽(yáng)輻射能量主要在0.15~4微米，包括紫外線、可見(jiàn)光和紅外線，能量最大的波長(zhǎng)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(zhǎng)在10微米四周。二者溫度不同，太陽(yáng)外表溫度為地面的20204倍。試述正午太北半球陽(yáng)高度角隨緯度和季節(jié)的變化規(guī)律。答：由正午太陽(yáng)高度角計(jì)算公式h=90°－｜φ－δ｜可知在太陽(yáng)直射點(diǎn)處正午時(shí)h最大，90°；越遠(yuǎn)離直射點(diǎn)，正午h越小。因此正午太陽(yáng)高度角的變化規(guī)律為：隨緯度的變化：在太陽(yáng)直射點(diǎn)以北的地區(qū)(φ>δ)，隨著緯度φ的增大，正午h漸漸減??；在直射點(diǎn)以南的地區(qū)，隨φ的增大，正午h漸漸增大。隨季節(jié)(δ)的變化：對(duì)任何肯定的緯度，隨太陽(yáng)直射點(diǎn)的接近，正午h漸漸增大；隨直射點(diǎn)的遠(yuǎn)離，正午h漸漸減小。例如北回歸線以北的地區(qū)，從冬至到夏至，正午h漸漸增大；從夏至到冬至，正午h漸漸減小。在｜φ－δ｜>90°的地區(qū)(極圈內(nèi))，為極夜區(qū)，全天太陽(yáng)在地平線以下?？烧諘r(shí)間長(zhǎng)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?yàn)橄陌肽陼r(shí)，全球隨緯度φ值的增大(在南半球由南極向赤道φ增大)，可照時(shí)間延長(zhǎng)；在北半球?yàn)槎肽陼r(shí),全球隨緯度φ值的增大可照時(shí)間縮短。隨季節(jié)(δ)的變化：春秋分日，全球晝夜平分；北半球隨δ增大(冬至到夏至)，可照時(shí)間漸漸延長(zhǎng)；隨δ減小(夏至到冬至)，可照時(shí)間漸漸縮短；南半球與此相反。在北半球?yàn)橄陌肽?δ>0)時(shí)，北極圈內(nèi)緯度為(90°-δ〕以北的地區(qū)消滅極晝，南極圈內(nèi)同樣緯度以南的地區(qū)消滅極夜；在北半球冬半年(δ<0)時(shí)，北極圈90°+δ以北的地區(qū)消滅極夜，南極圈內(nèi)同樣緯度以南消滅極晝。光照時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)不同緯度之間植物的引種有什么影響？答：光照長(zhǎng)短對(duì)植物的發(fā)育，特別是對(duì)開(kāi)花有顯著的影響。有些植物要求經(jīng)過(guò)一段較短的短的黑夜才能開(kāi)花結(jié)果，稱長(zhǎng)日照植物。前者發(fā)育速度隨生育期內(nèi)光照時(shí)間的延長(zhǎng)而減慢，后者則相反。對(duì)植物的主要生育期(夏半年)來(lái)說(shuō)，隨緯度上升光照時(shí)間延長(zhǎng)，因而短日照植物南種北引，由于光照時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)育速度將減慢，生育期延長(zhǎng)；北種南引，發(fā)育速度因光照時(shí)間縮短而加快，生育期將縮短。長(zhǎng)日照植物的狀況與此相反。而另一方面，對(duì)一般作物來(lái)說(shuō)，溫度上升都會(huì)使發(fā)育速度加快，溫度降低使發(fā)育速度減慢。因此，對(duì)長(zhǎng)日照植物來(lái)說(shuō)，南種北引，光照時(shí)間延長(zhǎng)將使發(fā)育速度加快，溫度降低又使發(fā)育和溫度的轉(zhuǎn)變