2015年气象学与气候学习题答案---cuit

第一章 引论
1、说明“天气”和“气候”的区别和联系，并指出下列问题中哪些是天气性的，哪些是气候性的。

（1）室外棒球赛因雨而被取消； （2）今天下午最高气温25℃
（3）我要移居昆明了，那里阳光明媚，四季如春。

（4）本站历史最高温度为43摄氏度； （5）成都明天天气阴有阵雨。

答：天气与气候既有联系又有区别：
区别：（1）概念不同
天气：某地在某一瞬间或某一段时间内，大气状态和大气现象的综合。

气候：在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下，某一地区多年间
大气的一般状况，既包括大气的平均状况，也包括极端状况。

（2）变化周期不同
天气：变化快，周期短；气候：变化慢，周期长。

联系：天气是气候的基础，气候是天气的总结和概括。

气候是在多年观测到的天气基础上所得出的总结和概括，是在一定时段内由大量天气过程综合而得出的长期大气过程， 二者之间存在着统计联系，从时间上反映 出微观与宏观的关系 判断：属于天气的为（1、2、5），属于气候的为（3、4）
2、（1）某一中纬度城市的海平面气温为10℃，探空资料显示大气温度直减率为6.5℃/km ，对流层顶部气温为-55℃，试问其对流层顶的高度是多少？
（2）同一天赤道地区某地的气温是25℃，探空资料给出大气温度直减率为6.5℃/km ，对流层顶高16km ，那么对流层顶部的气温是多少？
答：（1）已知：T 0=10℃， γ=6.5℃/km ，T=-55℃， 根据T= T 0 +γZ → Z=10km
（2）已知：T 0=25℃， γ=6.5℃/km ，Z=16km ， 根据T= T 0 +γZ → T=-79℃
3、已知在0℃、10℃、20℃、30℃和40℃时水面的饱和水汽压分别为6.1hPa 、12.3 hPa 、23.9 hPa 、42.3 hPa 、73.9 hPa 。

假设一教室内气温为30℃，经测定其露点温度为10℃，那么该教室内空气的相对湿度是多少？
答： 4、已知空气温度在13.4℃时，饱和差为4.2hPa ，那么空气要冷却到多少度时才达饱和？ 答：已知t=13.4℃
5、已知相对湿度f=40%,气温为15℃，大气压为p=1000hPa ，求实际水汽压e 、比湿q 和水汽混合比γ。

答：
6、某湿空气气块的P=1000hPa ，e=25hPa ， t=32℃，其中干空气为3000g ，试问： 17.2717.2713.4237.313.4237.36.11 6.1115.4t t s e e e hPa ⨯⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭=⨯=⨯=12.342.3
100%29.1%a s e RH e = = ⨯=s a a s d e e e e d hPa =- ⇒ =- = 15.4-4.2=11.217.276.11exp()8.63237.3a t e hPa t t =11.2=⨯ ⇒ =+℃17.271540% 6.11exp() 6.8215237.3a a s s e RH e RH e e ⨯= ⇒ =⨯=⨯⨯ =+hPa 36.820.6220.622 4.2410/1000a e q g g P - = ==⨯36.820.6220.622 4.2710/1000 6.82a a e g g P e γ- = ==⨯--
（1）该气块中含有多少克水？
（2）若保持温度不变，气压增加到1020hPa ，需要增加多少克水汽刚好使其达到饱和？ 答：思路1 （1）
（2）达到饱和时的比湿为：
所以 89.647.3942.21w m g ∆=-=
思路2
（1）
（2）达到饱和时的比湿为：
250.6220.6220.015551000300047.39a w w d w w w e m m q P m m m m g = == ==++⇒ = 6.11exp((17.2732)/(237.1532))0.6220.6220.0291020300089.6a w w d w w w e q P m m m m m m g ⨯⨯+ = == ==++⇒ = 250.6220.6220.0159100025300047.7a w w
a d w e m m P e m m g
γ = == ==--⇒ =(32) 6.11exp((17.2732)/(237.1532))47.5647.560.6220.6220.03042102047.56300091.2691.2647.743.56s a w w
d w w
e t e m m P m m g m g γ ==⨯⨯+== == ==- ⇒ = ∴∆=-=
第二次作业
1、未饱和气块的起始气压P0=1000hPa ，温度T0=280K ，比湿q=2.5×10-3g/kg ，试计算在多 元大气中（γ=0.6℃/100m ）,该气块绝热上升到600m 处的水汽压和饱和水汽压。

答：根据多元大气压高方程，计算出600m 高空处大气的压强为：
思路1
由于大气一般处于准静力平衡状态，
也为929.0hPa 。

由于气块做干绝热过程，故依据泊松方程可得出600m 处高空气块的温度T ：
故气块的饱和水汽压为： ( 1.05) 6.11exp((17.27 1.05)/(237.3 1.05)) 6.59s e t hPa ==⨯⨯+=
根据比湿q 的计算公式：
2、气压为950hPa 、温度-3℃、水汽压为3.62hPa 的未饱和湿空气的位温是多少？ 答：未饱和湿空气的露点温度是： 3.62 6.11exp((17.27)/(237.3))7.0s e t t t ==⨯⨯+⇒=-℃
3、初始温度为27℃的干空气微团，从1000hPa 绝热上升到500hPa ，它的终止温度为多少度 答：依据泊松方程得到：
4、近地层一气块的气压、温度和比湿分别为1000hPa 、25℃、16.3g/kg ，受热影响作绝热上升，假如水汽含量不变，计算其凝结高度（即气块中水分发生凝结高度）。

在实际情况中未饱和湿空气在上升绝热过程中水汽含量是减少的，因此要依据凝结高度公式来计算。

设T 0和T d0分别为起始高度气块的温度和露点，则气块干绝热上升的凝结高度Z c 为： ()0123c d Z T T =-
起始状态时气块的水汽含量为：
依据饱和水汽压公式可计算出气块发生凝结时的温度（露点温度）为：
26.21 6.11exp((17.27)/(237.3))21.85s e t t t ==⨯⨯+⇒=℃
依据凝结高度公式计算可得凝结高度为：
()0123123(2521.85)387.45c d Z T T m =⨯-=⨯-=
9.80.287*1000*0.6/100000.6/100600(1)1000(1)280929.0g R Z Z P P T hPa
γγ⨯=-=- =0.2860.28600929.0274.2 1.052801000T P T T K T P ⎛⎫⎛⎫= ⇒ = ⇒ =≈ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭℃630.622 2.5100.622 3.7310929e e q e hPa P --= ⇒ ⨯= ⇒ =⨯0.2860.2860010001000==950T P θ⎛⎫⎛⎫ = 270.15⨯ 274.14K =0.99 ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭℃0.2860.28600500246.17=-26.98273.15+271000T P T T K T P ⎛⎫⎛⎫= ⇒ = ⇒ = ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭℃30.622.3100.62226.211000e e q e hPa P -= ⇒ 16⨯= ⇒ =
5、有一未饱和湿空气经一座高3000m 的高山，已知湿空气在山脚处的温度t 0=20℃，露点t d =15,湿空气爬坡上升过程中可视为绝热过程（假设湿绝热直减率γm=0.5℃/100m ，凝结出来的水全部下降掉），试问：
（1）凝结高度等于多少？
（2）在山顶处的温度等于多少？
（3）在背风山麓处温度等于多少？
答：
（1）依据凝结高度公式可得：
()0123123(2015)615c d Z T T m =⨯-=⨯-=
（2）未饱和湿空气从地表上升到615m 处属于干绝热过程，故根据干绝热直减率可得615m 处的气温为：
从615m 处到山顶3000m 过程认为气块始终处于饱和状态，因此属于湿绝热过程，依据湿绝热直减率可得山顶处的温度为：
（3）从山顶往下运动属于干绝热过程，故背风山麓处的温度为：
6、若甲气象站的海拔高度为200米，测得气压为988hPa 、温度-11℃，邻近的乙气象站气压为980hPa 、温度-13℃，问乙气象站的海拔高度为多少？
答：依据等温大气压高方程
得：
7、某日登山活动中测得山脚、山顶的气压和温度分别为1000hPa 、温度10℃和955hPa 、5℃，试估算山有多高？ 答：依据等温大气压高方程 6150200.98/10061514.0T T z γ=-⨯∆ =-⨯=℃0140.5/100(3000615) 2.1top m T T z γ=-⨯∆ =-⨯-=℃0 2.10.98/100300031.5bottom T T z γ=+⨯∆ =+⨯=℃1
21218400(1/273)log P Z Z t P -=+22111398820018400(1/273)log 2980
262.1Z Z m
---=+⇒ =1
21218400(1/273)log P Z Z t P -=+221051000018400(1/273)log 2955Z Z m +-=+
⇒
= 378.0。