第第頁氣象學(xué)第一二章復(fù)習(xí)資料

一、大氣組成

主要是干潔大氣、水汽、氣溶膠粒子。

1、干潔大氣:

干潔大氣中對(duì)人類影響較大的成分是N2，O2，O3和CO2。

〔1〕N2和O2:它們是大氣的主要組成部分，但N2利用率低。O2是維持人類及動(dòng)植物生命活動(dòng)的氣體。

〔2〕O3:含量很低，集中在20-25km的高空，形成臭氧層?？蓜×壹橙?duì)生物有害的紫外線。

(3)CO2：是植物生命活動(dòng)離不了的氣體，可汲取地面輻射，對(duì)氣溫影響較大。

2、水汽：主要集中在低層大氣中。低緯度地區(qū)多于高緯度地區(qū)；下層多于上層；夏季多于冬季。含量很少，但是天氣改變的重要角色，云、霧、雨、雪的形成都與之有關(guān)。

3、氣溶膠粒子：懸浮于空氣中的固體粒子。包括水滴、冰晶、煙粒、塵埃等。

可充當(dāng)水汽凝聚物，利于云、雨的形成；還可以汲取一部分輻射，對(duì)地溫、氣溫有肯定影響。

二、大氣垂直結(jié)構(gòu)

從下到上有五層：對(duì)流層、平流層、中間層、熱層、外大氣層〔散逸層〕。

大氣底界：即地球的表面。

大氣上界：即大氣的頂界。

有2種劃分方法：依據(jù)極光涌現(xiàn)的高度估量，在1000—1100km；據(jù)人造衛(wèi)星探測，約在3000km。

〔一〕對(duì)流層

是靠近地表的大氣最低層。其厚度隨緯度和季節(jié)的不同而有改變：低緯度平均為17～18km，中緯度地區(qū)為10～12km，高緯度只有8～9km。夏季厚、冬季薄。

特點(diǎn)：

〔1〕氣溫隨高度上升而降低。垂直遞減率為：r=0.65℃/100m。

〔2〕空氣具有劇烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。易形成云和降水〔雨、雪等〕。

〔3〕溫度、濕度等氣象要素水平分布不勻稱。主要是受地形影響所致。

〔二〕平流層

從對(duì)流層頂?shù)?5km的氣層。主要特點(diǎn)：

1、垂直氣流顯著減弱，氣流多呈水平運(yùn)動(dòng)，故叫平流層。

2、集中了大氣中大部分O3

3、下部氣溫隨高度改變小，上部氣溫隨高度上升而顯著增加。

4、水汽和塵埃很少，大氣能見度好。適合飛機(jī)航行。

〔三〕中間層

從平流層頂?shù)骄嗟孛?5km的高度。

主要特點(diǎn)：

1、溫度隨高度上升而快速降低，其頂部可下降到-83℃。

2、氣流有劇烈的垂直運(yùn)動(dòng)，故又稱高空對(duì)流層。

〔四〕熱層〔暖層〕

從中間層頂?shù)骄嗟孛婕s700km的氣層。

特點(diǎn)：

1、氣溫隨高度上升而快速上升〔因汲取短波紫外線〕。

2、空氣分子處于高度電離狀態(tài)。

〔五〕外大氣層〔散逸層〕

從熱層頂以上的大氣層。

特點(diǎn)：受地球引力小，高速空氣分子常逃到太空，宇宙空間粒子也常進(jìn)入該層。

第二章輻射

1輻射的基本知識(shí)

一、概念

輻射：物體以電磁波或粒子的形式向外放射能量的現(xiàn)象。

通過輻射傳遞的能量叫輻射能。

輻射通量密度〔輻照度〕：單位時(shí)間、單位面積上發(fā)射或汲取的輻射能量。單位：W/m〔瓦/米〕

二、輻射光譜

氣象學(xué)討論的輻射波譜范圍是0.1～120μm,

太陽輻射波長范圍在0.15～4μm，地面和大氣輻射波長在3～120μm，因此常把太陽輻射稱為短波輻射，地球和大氣輻射稱為長波輻射，以4μm為分界線。

輻射的傳播不需要中間介質(zhì)。

三、基本定律

1、斯蒂芬-波爾茲曼定律E〕與其表面絕對(duì)溫度〔T〕的四次方成正比。E=TE=T4是斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)黑體：將投射到其表面上各種波長輻射能全部汲取的物體。4?是灰體常數(shù)，在0.80～0.99之間。

兩個(gè)公式都說明：物體溫度越高，其輻射強(qiáng)度越強(qiáng)。

2、維恩位移定律

黑體輻射光譜的極大值所對(duì)應(yīng)的波長λ與其絕對(duì)溫度T成反比。

λ=C/TC為常數(shù)，是2897。

說明：物體溫度越高，它所輻射的具有最大能量的波長越短。ma*ma*

2太陽輻射

一、太陽輻射光譜和太陽常數(shù)

1、太陽輻射光譜

(1)定義：太陽輻射能隨波長的分布。

2、太陽常數(shù)

當(dāng)日地處于平均距離時(shí)，在被照亮的半個(gè)地球的大氣上界，垂直于太陽光線，每秒每平方米的面積上，獲得的太陽輻射能量叫太陽常數(shù)。

世界氣象組織推舉取值

二、太陽輻射在大氣中的減弱

1、汲取作用

太陽輻射被大氣汲取變?yōu)闊崮堋?/p>

2、散射作用

〔1〕分子散射

空氣分子和直徑0.1?m的質(zhì)點(diǎn)的散射作用叫分子散射。

波長愈短的輻射，被散射愈多。

在可見光中，藍(lán)、紫光的波長最短，故被散射的也最多，紅、橙光被散射的較少。

〔2〕粗粒散射

50%-55%。因反射作用使約

大氣對(duì)太陽輻射的減弱，反射最多，散射其次，汲取最少。

三、到達(dá)地面的太陽輻射

1、徑直輻射Rsb：以平行光的形式投射到地面上的太陽輻射。

影響因素：主要與太陽高度角h、大氣質(zhì)量數(shù)m和大氣透亮系數(shù)a有關(guān)，還與緯度有關(guān)。

〔1〕太陽高度角(h)

定義：太陽平行光線與水平面之間的夾角。

徑直輻射Rsb隨太陽高度角的增大而增大。

〔2〕大氣質(zhì)量數(shù)m

m表示。

太陽光垂直照耀時(shí)，m=1；斜穿大氣層時(shí)，m1，m大小僅表示太陽傾斜入射時(shí)大氣光學(xué)路徑為垂直入射時(shí)的倍數(shù)。?太陽高度角越大，大氣量越小。

徑直輻射Rsb隨大氣質(zhì)量數(shù)的增大而減小。

〔3〕大氣透亮系數(shù)a

定義：太陽光通過一個(gè)大氣量后的輻射度與通過前的輻射度之比。

一般a1，受大氣中的水汽、云滴、塵埃的多少影響。

徑直輻射Rsb隨大氣透亮系數(shù)的增大而增大。

改變規(guī)律：

晴天時(shí)太陽高度角影響大，陰天時(shí)大氣透亮系數(shù)影響大。一天中，正午前后最大，日出、日落時(shí)最?。灰荒曛?，夏季最大，冬季最小。我國因夏季水汽多、云量多，故最大值涌現(xiàn)在春末夏初。相同天氣條件下，緯度越低，徑直輻射Rsb越大。但是一年中徑直輻射Rsb最大值不在赤道地區(qū)，而是在回來線四周。

2、散射輻射Rsd

散射輻射Rsd：經(jīng)質(zhì)點(diǎn)散射后，自天空各個(gè)方向投射到地面上的太陽輻射。

三、太陽總輻射及其影響因子

太陽總輻射：太陽徑直輻射和天空散射輻射之和。即：Rs=Rsb+Rsd

影響太陽總輻射的因素有：太陽高度角、大氣透亮系數(shù)、云、海拔高度、地理緯度等。

1、太陽高度角h：Rs與h正相關(guān)，隨h的'增加而增加。

2、大氣透亮系數(shù)P：Rs與P正相關(guān)，隨p的增大而增大。

3、云：云層厚時(shí)，Rs與云負(fù)相關(guān)，隨云量的增多而減?。辉票r(shí)那么相反。

4、海拔高度：Rs與海拔高度正相關(guān)，隨海拔高度的增加而增加。

四、地面對(duì)太陽輻射的反射

5、地理緯度：Rs隨地理緯度增加而減弱，但總輻射年總量最大值在20四周。

地面反射輻射：地面反射到大氣中的太陽輻射。

地面反射率α：指地面對(duì)太陽輻射的反射輻射與到達(dá)地面的太陽總輻射的比值。

影響α的主要因素有：顏色、土壤濕度、粗糙度、太陽高度角等。

3地面和大氣輻射

一、地面和大氣輻射

地面輻射RLu：即地面對(duì)外發(fā)射的輻射。

大氣輻射：即大氣向外發(fā)射的輻射能量。

地球輻射：地面輻射和大氣輻射之和。

地面輻射與太陽輻射的不同：

1、太陽輻射只發(fā)生在白天，而地面輻射晝夜都有。

2、太陽輻射主要波長集中在可見光內(nèi)，而地面輻射主要波長在紅外、遠(yuǎn)紅外區(qū)，大部分被大氣汲取，只有少量逃到太空中。

大氣對(duì)長波輻射汲取劇烈，但對(duì)8～12μm處汲取率最小，透射率最大，這一波段叫“大氣天窗”。

地面輻射是低層大氣能量的主要來源。

大氣

云量、空氣濕度等是影響大氣逆輻射的主要因素。

地面對(duì)大氣逆輻射也能反射，所以地面只能汲取大氣逆輻射中的一部分能量，被地面汲取的大氣逆輻射為δRLd〔δ是汲取率〕。

一般地δ很大，可以認(rèn)為地面對(duì)大氣逆輻射的汲取率近于1。

大氣逆輻射能使地面獲得一部分能量，因此它對(duì)地面有保暖作用，叫大氣的保溫效應(yīng)。

“大氣溫室效應(yīng)”：由于大氣中各種微塵和二氧化碳成分的存在，如同溫室掩蓋的玻璃一樣，阻擋了地面對(duì)外地輻射，加強(qiáng)了大氣逆輻射，對(duì)地面有保溫順增溫作用，這種現(xiàn)象叫大氣溫室效應(yīng)。

4輻射與農(nóng)業(yè)

一、光合有效輻射

光合有效輻射〔PAR〕：太陽輻射中對(duì)植物光合作用有效的光譜成分。

光合有效輻射波長范圍：0.4－0.7μm

葉綠素主要汲取藍(lán)紫光和紅橙光，而對(duì)黃綠光汲取較少。

在太陽輻射光譜中，紅外光有熱效應(yīng)，藍(lán)紫光利于光合作用，紫外線影響植物形態(tài)和品質(zhì)。其作用分述如下：

1、紅外輻射

〔1〕λ1000nm

?可轉(zhuǎn)化為熱能，影響植物體溫順蒸騰作用，不參加光化學(xué)反應(yīng)過程。

〔2〕1000-720nm

?700-800nm近紅外光對(duì)植物光周期及種子形成有重要作用，并掌握開花與果實(shí)顏色。

?一般紅外線的熱效應(yīng)使植物體溫上升，促進(jìn)植物的蒸騰及物質(zhì)運(yùn)輸；外界溫度越低，紅外線熱效應(yīng)越大。?因此高原地區(qū)葉子溫度高于氣溫3-5℃，可以補(bǔ)償高原地區(qū)氣溫低這個(gè)不利因素。

2、可見光輻射

〔3〕720-610nμm

紅橙光，被葉綠素劇烈汲取，光合作用最強(qiáng)。表現(xiàn)出強(qiáng)的光周期作用。

〔4〕610-510nm

綠光，葉片汲取很少，是弱活性帶。

〔5〕510-400nm

藍(lán)紫光，被葉綠素劇烈汲取，表現(xiàn)出次強(qiáng)的光合作用和成形作用。

3、紫外輻射

〔6〕400-320nm

起成形及著色作用，使顏色變深，葉片變厚等。

〔7〕320-290nm

對(duì)多數(shù)植物有害，可消毒土壤。

〔8〕λ290nm

可馬上殺死植物，叫滅生性輻射。

二、光照度與植物

〔一〕光照強(qiáng)度對(duì)植物的影響

1、光飽和點(diǎn)：在肯定的光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨光合強(qiáng)度的增加而加強(qiáng)，當(dāng)光照強(qiáng)度增加到某一數(shù)值后，光合作用不再增加，此現(xiàn)象叫光飽和現(xiàn)象，這個(gè)光照強(qiáng)度就是光飽和點(diǎn)。

CO含量、溫度、土壤水分等因素而改變。

依據(jù)光照強(qiáng)度對(duì)植物可劃分為：喜陽植物和喜蔭植物。

最喜陽植物不存在光飽和現(xiàn)象，利于果實(shí)和種子的生長；喜蔭植物在光強(qiáng)達(dá)到晴天的1/10時(shí)，光合作用就不增加，利于營養(yǎng)器官的生長。

喜陽植物有：水稻、小麥、玉米、棉花、荔枝、香蕉、椰子、桉樹等。

喜蔭植物有：茶葉、煙草、人參、龍眼、柑桔、田七、杉木等。

不同植物對(duì)光照要求不同，正確調(diào)整光照強(qiáng)度來提高對(duì)太陽能的利用，是作物栽培的重要課題之一。

“光呼吸”作用只在光合作用下發(fā)生，不產(chǎn)生能量，無益地消耗光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)。

C3植物：光呼吸作用很強(qiáng)，大大降低降低光合效率，如水稻、小麥、棉花。油菜等。

C4植物：光呼吸作用很弱甚至沒有，相宜條件下可高產(chǎn)。如玉米、高梁、甘蔗等。

〔二〕光照時(shí)間對(duì)作物的影響

1、光照時(shí)間＝可照時(shí)數(shù)＋曙暮光

可照時(shí)數(shù)：日出到日落太陽可能照耀的時(shí)間長度，即晝長。

曙暮光時(shí)間：在日出和日落后，地平線下的太陽光線投射到太空中，經(jīng)大氣的散射、折射等投向地面的光，叫曙暮光。

2植物的光周期現(xiàn)象：

〔1〕定義：晝夜交替、明暗變換及其時(shí)間長短對(duì)植物進(jìn)入發(fā)育階段〔開花厚實(shí)〕的影響叫植物的光周期現(xiàn)象。

〔2〕分類：

短日照植物：在植物發(fā)育前期，要在較短的白晝〔1