2012森林气象学作业1

作业内容：（1）简述气象学的定义、研究对象及其研究内容。

（2）阐述大气的组成、层次的划分？主要的气象要素有哪些？如果可以用数学公式表示的话，写出其数学表达式。

（3）什么是大气辐射、地面辐射、大气逆辐射、地面有效辐射、净辐射？（4）何谓温度日较差、年较差？影响土壤温度和空气温度日较差、年较差的主要因素有哪些？在其他因素相同的情况下，纬度如何影响温度的日较差和年较差？你认为逆温在林业上有何应用？（5）凝结与凝华的条件是什么？简述凝结核能够促进凝结的原因。

分别采取何种措施能够促进冷云和暖云的降水？（6）影响气候的因子有哪些？主要因子是什么？季节划分有哪三种方法？候温季节是如何划分季节的？答：（1）简述气象学的定义、研究对象及其研究内容。

定义：气象学是把大气当作研究的客体，从定性和定量两方面来说明大气特征的学科，集中研究大气的天气情况和变化规律和对天气的预报。

研究对象：大气中所发生的物理现象（风、云、雨、雪、雾、霜、露、寒、暖、干、湿、光、电、声）和物理过程（大气的增热与冷却、蒸发与凝结、降水过程等）。

研究内容：1、观测和研究各种各样的大气现象，大气层与下垫面之间的相互作用及人类活动所产生的气象效应。

2、解释系统地,科学地解释这些现象，作用和效应,阐明它们的发生和演变规律。

3、分析根据所认识的规律分析，诊断和预测过去,现在和未来的天气。

气候，为国民经济和人们的日常生活服务。

4、依据从理论和实践上探索和模拟认为的天气过程,人为气候环境，为人工影响天气,气候提供科学依据。

（2）阐述大气的组成、层次的划分？主要的气象要素有哪些？如果可以用数学公式表示的话，写出其数学表达式。

大气是由多种气体混合组成的气体和悬浮其中的水分及杂质组成。

1．干洁空气大气中除去水汽和各种杂质以外的所有混合气体统称干洁空气。

干洁空气的主要成分是氮、氧、氩和二氧化碳。

这四种气体占空气总容积的99.98%，而氖、氦、氪、氩、氙、臭氧等稀有气体的总含量不足0.02%；2．水汽水汽是低层大气中的重要成分，含量不多，只占大气总容积的0%~4%，是大气中含量变化最大的气体；3．杂质杂质是悬浮在大气中的固态、液态的微粒，主要来源于有机物燃烧的烟粒、风吹扬起的尘土、火山灰尘、宇宙尘埃、海水浪花飞溅起的盐粒、植物花粉、细菌微生物以及工业排放物等等。

大气层位于地球的最外层，介于地表和外层空间之间，它受宇宙因素（主要是太阳）作用和地表过程影响，形成了特有的垂直结构和特性。

根据大气层垂直方向上温度和垂直运动的特征，一般把大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层五个层次。

表明大气物理状态、物理现象以及某些对大气物理过程和物理状态有显著影响的物理量。

主要有：气温、气压、风、湿度、云、降水、蒸发、能见度、辐射、日照以及各种天气现象。

气象要素（物理量）x在空气中的密度如果是ρx（即单位空气体积内该气象要素的数量），那么空气以风速u运动时，就在单位时间，通过单位截面积携带了ρx u这么多的该物理量，它也就是物理量x的通量T x，我们也称为输送量。

即一般有T x=ρx u。

（3）什么是大气辐射、地面辐射、大气逆辐射、地面有效辐射、净辐射？大气辐射：大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式向外放射能量。

大气这种向外放射能量的方式，称为大气辐射。

地面辐射：地球表面在吸收太阳辐射的同时，又将其中的大部分能量以辐射的方式传送给大气。

地表面这种以其本身的热量日夜不停地向外放射辐射的方式，称为地面辐射。

大气逆辐射：大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式向外放射能量。

大气这种向外放射能量的方式，称为大气逆辐射。

地面有效辐射：地面放射的辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，称为地面有效辐射。

净辐射：净辐射是某一作用面或活动辐射能收入与支出之差，即一切辐射的净通量。

（4）何谓温度日较差、年较差？影响土壤温度和空气温度日较差、年较差的主要因素有哪些？在其他因素相同的情况下，纬度如何影响温度的日较差和年较差？你认为逆温在林业上有何应用？由于太阳辐射有周期性的日变化和年变化，所以使得土壤温度和空气温度有周期性的日变化和年变化。

温度周期变化特征，通常以最高温度和最低温度之差（即较差）和最高温度与最低温度出现时间（即位相）来描述。

日较差：一日中最高温度与最低温度之差。

年较差：一年中最热月平均温度和最冷月平均温度之差。

影响土温日较差的因素：土壤日较差的大小，主要决定于地面热收支状况和土壤热特性。

1)纬度：一般是低纬度大于高纬度。

2)距离海洋的远近：内陆大于沿海。

3)季节：夏季大于冬季。

4)地面状况：凹地大于平地；干土大于湿土；裸地大于有各种覆盖的地面（如植物、森林、雪覆盖等）；敝塞地大于通风地等等。

5)坡向：阳坡大于阴坡。

6)天气状况：晴天大于阴天。

7)土壤深度：随着深度增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后。

影响土温年较差的因素：土温年较差的大小与纬度、季节、下垫面状况、天气条件等因子密切相关。

与日较差相反，随纬度的增加年较差增大，这是因为太阳辐射的年变化是随纬度的增加而增大的。

其他因子对土温年较差的影响与日较差大体相同。

在其他因素相同的情况下，气温年较差随纬度的升高而增大。

这是因为随纬度的增高，太阳辐射能的年变化增大。

低纬度地区气温年较差很小，高纬度地区气温年较差可达40～50℃；气温日较差随纬度的升高而减小。

这是因为一天中太阳高度的变节是随纬度的增高而减小的。

大陆上一般热带地区气温日较差为12℃左右；温带地区气温日较差为8.0～9.0℃；极圈内气温日较差为3.0～4.0℃。

逆温条件对某些林业生产有利。

如用烟雾剂防治植物病虫害，常选择在逆温时进行。

利用逆温层对烟雾剂的阻挡作用，使烟雾停留在植物周围可减少用药量，提高杀虫治病效果。

（5）凝结与凝华的条件是什么？简述凝结核能够促进凝结的原因。

分别采取何种措施能够促进冷云和暖云的降水？发生凝结和凝华需要满足两个条件，即空气中的水汽达到饱和或过饱和，同时还需要有水汽凝结核（凝华核）存在。

凝结核促进凝结的主要原因是凝结核吸附水汽分子的能力比水汽分子之间的相互碰撞合并力要强，同时，凝结核的存在使水滴半径增大，曲率减小，从而使饱和水汽压减小，易于发生凝结。

对吸湿性凝结核来说，吸水后形成溶液，使饱和水汽压减小，甚至在相对湿度接近100%时，就能发生凝结现象。

人工促进冷云降水的措施：(1)向冷云中撒播人工冰核如碘化银（Agl）、碘化铅(Pbl)。

碘化银、碘化铅等的晶体结构与冰晶相似，具有冰核作用，水汽可以在其表面上直接冻结或凝华，而形成冰晶。

一克碘化银所能产生的冰晶数视温度而定，温度低，有效冰核数目多，产生的冰晶数也多。

如t=-10℃，1g的Agl能产生1010～1012个冰核；t=-20℃，则能产生1016个冰核。

(2)向冷云中撒播制冷剂如干冰(固体C02)。

干冰即固体二氧化碳，是不透明的白色晶体，在一个大气压下，汽化时，其表面温度为-78.9℃，升华潜热为5.73×105 J/Kg。

干冰撒入云中后，干冰升华。

从周围吸取大量的热，使周围空气急剧冷却而形成高度过饱和。

实验指出，当温度低于-40℃时，就有自生冰晶产生。

人工促进暖云降水的措施：(1)在暖云中撒播吸湿物质的粉末如氯化钠、氯化钾、氯化钙和氯化铁等。

(2)直接撒播大水滴，催化暖云降水。

（6）影响气候的因子有哪些？主要因子是什么？季节划分有哪三种方法？候温季节是如何划分季节的？影响气候的主要因素：纬度位置、大气环流、海陆分布、洋流和地形是影响气候的主要因素。

前二者是全球性的地带性因素，后三者是非地带性因素。

纬度位置是影响气候的基本因素。

因地球是个很大的球体，纬度不同的地方，太阳照射的角度就不一样，有的地方直射，有的地方斜射，有的地方整天或几个月受不到阳光的照射。

因此，各地方的太阳高度角不同，接受太阳光热的多少就不一样，气温的高低也相差悬殊。

一般是纬度越低，气温越高；纬度越高，气温越低。

各地区所处的纬度位置不同，是造成世界各地气温不同的主要原因。

大气环流是形成各种气候类型和天气变化的主要因素。

大气圈内空气作不同规模的运行，统称为大气环流。

它是大气中热量、水汽等输送和交换的重要方式。

大气环流的表现形式有行星风系、季风环流、海陆风、山谷风等，人们平常讲的大气环流，主要是指行星风系。

大气环流对气候的影响十分显著，赤道低气压带上升气流强烈，水汽易于凝结，降水丰富；副热带高气压带下沉气汽盛行，水汽不易凝结，雨水稀少；在信风带气流从纬度较高的地区流向低纬度地区，水汽不易凝结，一般少雨。

但在大陆东岸，信风从海上吹来，降水机会较多；在大陆西岸，信风从内陆吹来，降水就少。

在西风带控制的地区，大陆西岸风从海上吹来，水汽充沛，降水丰富，越向内陆水汽越少，降水减少；大陆东岸，西风从内陆吹来，降水较少。

一般说来，上升气流和从低纬度流向高纬度的气流，气温由高变低，水汽容易凝结，降水机会较多；下沉气流和从高纬度流向低纬度的气流，气温由低变高，水汽不易凝结，降水机会就少。

因此，在不同气压带和风带控制下，气候特征，尤其是降水的变化有显著的差异。

加之风带和气压带随季节的移动，从而形成各种不同的气候类型。

海陆分布改变了气温和降水的地带性分布。

由于海洋和陆地的物理性质不同，在强烈的阳光照射下，海洋增温慢，陆地增温快；阳光减弱以后，海洋降温慢而陆地降温快。

海洋与陆地表面空气中所含水汽的多少也不同，一般说来，在海洋或近海的地区，气温的日变化和年变化较小，降水比较丰富，降水的季节分配也比较均匀，多形成海洋性气候。

因此，在相同的纬度，处于同一气压带或风带控制之下的地区，由于所处的海陆位置不同，形成的气候特征也不同。

地形的起伏能破坏气候分布的地带性。

地形是一个非地带性因素，不同的地形对气候有不同的影响。

在同一纬度地带，地势越高，气温越低，降水在一定高度的范围内，是随高度的升高而增加。

因此，在热带地区的高山，从山麓到山顶，先后出现从赤道到极地的气候变化。

另外，高大的山脉可以阻挡气流的运行，山脉的迎风坡和背风坡的气温与降水有明显的差异。

洋流对其流经的大陆沿岸的气候也有一定的影响。

从低纬度流向高纬度的洋流，因含有大量的热能，对流经的沿海地区，起有增温增湿的作用；从高纬度流向低纬度的洋流，水温低于周围海面，对所流经的沿海地区有降温减湿作用。

因而在气温上，洋流可以调节高、低纬度间的温差，在盛行气流的作用下，使同纬度大陆东西岸气温显著不同，破坏了气温纬度地带性的分布季节的划分：1）天文季节、2）自然天气季节、3）温侯季节。

张宝坤先生根据一年中气温的变化，提出了用候平均气温作为划分季节的依据，其界限是：候平均气温<10℃为冬季；10℃≤候平均气温≤22℃为春季或秋季；候平均气温>22℃为夏季。