大气物理学考点
1. 绪论
1.1大气演化三个阶段及其特点
1.2大气上界:物理现象上界为1200km( 极光出现高度); 大气密度上界为2000~3000km
1.3常用的分层方法:热力结构,大气化学成分,大气电磁性
按热力结构分层:对流层,平流层,中间层热层
1.4对流层特点:大气温度随高度降低,大气垂直混合强,集中了80%的大气质量和几乎全部水汽,云雾降水均发生在此层(通常称天气层),气象要素水平分布不均匀;
1.5对流层高度:典型地区典型季节;
1.6平流层的特点: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。
1.7臭氧加热原因;平流层高度:12km~55km
1.8中层的特点:层内温度随高度增加而下降,空气的垂直对流运动强,故又称之为高
空对流层或上对流层。
1.9热层:温度随高度增加而上升,高度电离带,电粒子运动受地球磁场的作用明显。
1.10按电离状况分:中性层(60km以下)电离层(60km以上)
1.11按地磁场对带电粒子运动作用:非磁层(500km以下)磁层(500km以上)
2. 大气的组成
2.1大气的基本特点:干洁大气、湿空气
2.2大气组成的两种分类方法:浓度、停留时间
2.3重要的气体成分:CO2浓度,臭氧空洞概念及其形成原因,光化学污染,酸雨
2.4气溶胶:概念和分类方法、作用;
3. 大气要素
3.1温度:温标
3.2湿度:混合比、比湿、水汽压、饱和水汽压(基本特点)、克拉柏龙-克劳修斯方程物理意义(图形和规律)、相对湿度、水汽密度、露点/霜点(零度以下两者的差异),湿度参量之间的关系。
3.3风:三维风速和风向、极坐标和直角坐标下的风向差别
3.4状态方程:理想气体方程、干/湿空气状态方程(推导和计算),虚温。
4.大气静力学
4.1大气静力学方程推导
4.2气压阶、气压标高和海平面气压
4.3等温大气,多元大气,均质大气压高公式推导及应用
4.4自由对流垂直温度递减率概念,数值范围
4.5标准大气:对流层垂直分层的每一段如何确定
4.6位势高度概念
4.7气压场的几种类型及其随高度的变化
5.大气热力学基础
5.1气块模型。(易)
5.2内能、显热、潜热、静力能、膨胀功。(易)
5.3干绝热过程:热力学第一定律(热流量方程)到泊松方程,干绝热递减率,位温,抬升凝结高度
5.4湿绝热过程:可逆湿绝热过程与假绝热过程,湿绝热减温率,假相当位温与相当位温
5.5焚风(应用)
5.6大气层结曲线与状态曲线
5.7大气(层结)静力稳定度的概念。(中)
气层的不稳定能量。(中)
条件性不稳定的类型。(难)
对流性不稳定。(难)
对流性稳定。(难)
温度对数压力图(T-lnp图)的结构(基本线条)。(中)
相当温度的概念。(易)
湿球温度的概念。(易)
条件性不稳定的类型:cape cin
对流凝结高度的概念。(易)
热雷雨的定义。(易)
对流性不稳定或位势不稳定的定义。(易)
绝热等压混合(水平)、绝热混合(垂直混合及湍流混合)、等压冷却过程的物理意义及其相关大气现象
逆温层的概念及成因
热力学基本原理考点:
主要温湿参量在绝热过程中的守恒性。(难)
大气(层结)静力稳定度的概念、判据及应用:稳定度分类判据(气块法、薄气层法),条件性不稳定概念和类型(不稳定能量的提出),垂直运动(对流行不稳定和判据)和相变。
位温、假相当温度、湿球温度、温度、相当温度等温湿参量的大小比较。(中)
4.T-lnp图应用:位温、饱和比湿和实际比湿、相对湿度、等压面间厚度、饱和水汽压和实际水汽压、判断抬升凝结高度、假相当位温、判断薄气层静力稳定度、不稳定能量、判断对流凝结高度、判断当天可能发生热对流的下限温度。
热力学过程的几个高度:LCL/LFC/CCL/D平衡高度,对流上限、CAPE/CIN及判断
6. 地面和大气中的辐射过程
掌握辐射基本物理量:立体角;辐射能、辐射通量(t)、辐射通量密度(t和A)、辐射强度(t、A、ST)。注意:大家都以Liou的大气辐射导论中的定义为准。
结合辐射基本物理量,了解各类辐射源以及与相关物理量之间的关系,需要熟悉以下概念:点辐射源(基本性质、反平方率)、面辐射源、平面平行大气、余弦辐射体及公式;
掌握黑体概念、吸收率、反射率和透射率;
掌握普朗克定律及其物理意义、普朗克函数、亮温、极限近似;
掌握斯蒂芬-波尔兹曼定律和有效温度;
掌握维恩位移定律和色温;
掌握基尔霍夫定律及其物理意义;
理解太阳辐射和地球辐射各地特点和区别(分界4um,中心波长);
吸收、散射、消光:截面、散射效率因、体积吸收系数、质量吸收系数;光学厚度、光学质量、透过率
熟悉常见大气成分的吸收光谱:大气窗
掌握散射:与吸收的区别(光谱选择性)、无量纲尺度数(散射的分类);
理解瑞利散射基本特征、米散射,天空颜色解释、曙暮光等相关大气光学现象;
布格-朗伯-Beer定律及其应用;
太阳常数概念
大气上界单位面积上接收到的太阳辐射日总量分布特点(纬度和季节);
相对大气质量
阳伞效应,地面反照率(长波和短波),行星反照率概念及组成比例
长波辐射的基本特点。
漫射辐射、漫射辐射透过率概念;
理解大气顶射出长波辐射的概念;
利用地气系统辐射平衡(有效温度);
大气温室效应及两层辐射平衡模式;
大气逆辐射,地面有效辐射概念
大气变温率推导与计算;
理解地气系统总的辐射平衡框图(要求物理过程相对大小)
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