微气象复习

《微气象学》复习

绪论

包括微气象学的定义、特点、研究方法和研究领域、学科发展概况及有关热点问题等。

1．大气科学分类

2．微气象学的定义及有关概念

3．微气象学的特点

4．微气象学的研究领域

5．微气象学的研究方法

6．微气象学的研究动态

7．近年来的几个热点问题

第一章不同下垫面上的辐射交换过程

包括均一下垫面和起伏地形上的辐射平衡方程，不同下垫面上各辐射通量的确定方法及其基本变化规律等。

1．1到达下垫面的太阳总辐射

1．2下垫面的反射特征

1．3下垫面的有效辐射

1．4下垫面的凈辐射

1．5地形对太阳辐射的影响坡地直接辐射的计算、起伏地形中日照条件分析

1．6不同类型下垫面的辐射状况

本章重点：辐射平衡各分量的时空变化规律、地形对太阳辐射的影响。

第二章土壤中的热量交换和土壤温湿度状况

包括土壤热力特性，土壤热通量的确定方法，土壤温湿度变化规律等。

2．1土壤热力特性

2．2土壤导温率的确定方法

2．3土壤热通量的确定方法

2．4土壤温度状况

2．5土壤湿度状况

本章重点：土壤热通量的确定方法、土壤温度分布。

第三章近地层湍流输送理论及湍流通量的确定

包括近地层湍流的基本概念、湍流输送理论和湍流通量的计算方法等，难点是M—O 相似理论方法。

3．1湍流的一般概念

3．2湍流扩散的基本理论

3．3湍流通量的确定—K理论方法

3．4湍流通量的确定—相似理论方法

3．5湍流通量的确定—其它方法

3．6湍流系数和湍流通量的变化特征

本章重点：湍流概念、扩散理论、湍流通量的变化规律等。

第四章近地层中的气象要素分布

包括近地层中温、湿、风的一般变化规律，地形对气象要素的影响和起伏地形中的基本分布规律等。

4．1气温在近地层中的分布

4．2近地层中的空气湿度

4．3近地层中的风状况 重点是温湿风的时间变化和空间分布规律

4．4地形对气象要素分布的影响

第五章 农田微气象条件分析

包括农田植被下垫面上的太阳辐射、热量、温、湿、风等微气象条件分析。

5．1农田中太阳辐射的传播

5．2农田中的辐射平衡和热量平衡

5．3农田中的温度

5．4农田蒸发和湿度

5．5农田中的风状况 重点是农田中的太阳辐射分布、温度和风状况

5．6农田中的二氧化碳输送

第六章 水体微气象条件分析

6．1水体辐射平衡和热量平衡 重点是水面与水体的辐射差异、热量和温度差异

6．2水域的温度状况

6．3水域上的湿度状况

6．4水域上的风状况

6．5水域与陆地的相互影响

第七章 雪被微气象条件分析

7．1雪被的辐射平衡和热量平衡

7．2雪被上的空气温湿度

7．3雪被上的风和湍流交换

7．4雪被对土壤温湿度的影响

第八章 森林微气象条件分析

8．1森林中的辐射平衡和热量平衡

8．2森林中的空气温度

8．3森林中的湿度和蒸发

8．4森林中的风状况

8．5森林对降水的影响

掌握微气象学的基本概念、基本理论和基本方法；重点是地表辐射平衡、热量平衡和水分平衡方程及其各分量的变化规律和确定方法，难点是湍流通量的微气象学确定方法。能够运用所学知识解释一些微气象现象的成因，掌握不同类型下垫面上微气象条件的基本分析方法，提高分析问题和解决问题的能力。 一些基本概念：下垫面、粗糙度、零平面位移、导温率、导热率、容积热容量、层结稳定度、湍流系数、湍流能量平衡、里查逊数、鲍文比、影响湍流的外因参数等。 两个平衡方程：F A Q U sG R D S B --=-+-+=)1(

S Q LE P B -+=。 三个要素变化：温度——土壤温度、空气温度（裸地、农田）、温度波方程；

湿度——土壤湿度、空气湿度（绝对湿度、相对湿度）；

风 ——裸地、农田（水平分布、垂直分布）、廓线方程； 四种计算方法：土壤热通量、感热通量、潜热通量和坡地直接辐射量的计算方法。

试题类型： 判断题、填充题、作图题、问答题。

习 题 课

1．我校农业气象试验站（32o14'N ）拟进行科学实验，需要确定二分二至日坡地直接辐射量最大的坡度是多少，试计算之。

解：①计算公式：)]cos(sin cosh cos [sinh βαααβ-+=A S S m

ωδ?δ?cos cos cos sin sin sinh +=

②条件分析：已知条件，地理纬度 ?=32o14'=32.23o ；

太阳赤纬，北半球夏至日δ=23.5o，冬至日δ=-23.5o，二分日δ=0；

时角，根据太阳辐射的日变化规律，太阳直接辐射量S 随太阳高度角h 的增大而增大，即真太阳时正午时刻坡地直接辐射量αβS 最大；而正午时刻有ω=0，A =0，而且有δ?+-= 90h ；

坡向，根据坡向β对坡地直接辐射αβS 分布的影响，“αβS 随

β的增大而减小”

可知，南坡αβS 最大，北坡αβS 最小；因此，有β=0；

③max α求解：将坡地直接辐射公式对坡度α求偏导数，并令ααβ?S =0,即 0)cos(cos cosh sin sinh =-+-=??βααα

αβ

A S S S m m 得 )cos(cos cosh sin sinh βαα-=A

)cos(βα-=A ctgh tg

正午时 )()90(δ?δ?α-=+-=tg ctg tg

代入已知条件，得

夏至日max α=8.73o，冬至日max α=55.73o，二分日max α=32.23o。

2．我校有两排东西走向足够长的宿舍楼，高度为Z ；若要求后排楼房所有南房全年各日都不少于4小时日照时间，试求两楼房间距L 至少要多远？ 解：①计算公式：后排楼房有日照的条件为太阳高度角≥前排楼对后楼所形成的遮蔽

角，即)(ψh h ≥；遮蔽角公式为 ψψ

ψ22cos cos )sinh(+=a h ctg ②条件分析：我校的地理纬度为?=32o14' =32.23o；根据题意，测点因位于后楼中间位置的南房窗台高度W z （一般离地面0.95~1.0m ）处，令W z Z z -=，则有z L ctgh a =；

全年日照最短日为冬至日，若冬至日满足4小时日照条件，则全年各日均满足，取太阳赤纬δ=23.5o；

每天不少于4小时日照，由于是东西走向足够长楼房，故应该以正午前后各2小时内前排对后排影响最大（遮蔽角最大），则取10h~14h 的时角ω=-30o~30o。

O

③min L 计算：有日照的条件为)(ψh h ≥，则10h 应有)sinh(sinh ψ=，即

30cos 5.23cos 23.32cos )5.23sin(23.32sin cos )(cos 22+-=+ψ

ψ

a h z L

ψψ222cos )

5.23sin 23.32sin 30cos 5.23cos 23.32(cos cos )(--=z L 取正南方位为ψ=0（楼房朝向），即与太阳方位角A 的度量一致，则10h 有ψ=A ；由太阳方位角公式 cosh

sin cos cos cos sin cos δ?ωδ?-=

A 可得 2

)5.23sin 23.32sin 30cos 5.23cos 23.32(cos 15.23sin 23.32cos 30cos 5.23cos 23.32sin cos --+=

ψ 代入前式，可得 5

.23sin 23.32sin 30cos 5.23cos 23.32cos 5.23sin 23.32cos 30cos 5.23cos 23.32sin min -+?=z L 又解：如图所示，上午10h 的太阳高度角可表示为z OB ctgh /'=，A OB L cos '?=，则 sinh /cos cosh cos A z A ctgh z L ?=??=，代入太阳方位角公式，结果同上。

3．题2的可照条件分析（日照示图的绘制方法与步骤）

①以测点为圆心，任一长为半径划圆，表示测点的视地平；

②取坐标：方位角坐标以正南为0，顺时针为正，逆时针为负，将圆周360等分；高度角坐标，从圆周开始向圆心将半径90等分；

③根据地形绘出遮蔽范围，东西走向足够长楼房，ψ=0时，)(1z L ctg h a -==α； ④绘制冬至日的太阳视轨道，方法是取3个特殊点；正午时刻，A =0，ω=0，5.2323.3290--=h ，日出、日落时h =0，由天文公式先计算出日出、日落时角ω，再转换为方位角表示在图中；

⑤可照条件分析讨论，有日照时间可由图读取h 和A ，转换为时角并化为时间。

4．我国北方大多采用套间作种植措施，试分析套作农田中的可照条件，并比较南北行向和东西行向的可照条件差异。（套作是指在作物生长季内高矮杆作物同期共生，间作指生长期不同的两种作物分垄轮换种

植的耕作方式。）

示意图：