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应用气象学考试整理资料

应用气象学专业就业排名
学科：工学-大气科学类
排名：大气科学类共2个专业，应用气象学专业在大气科学类专业中排名第1。在整个工学类203个本科专业中，应用气象学专业就业排名第88。


气象：大气中时刻进行着各种不同的物理过程， 出现各种各样的自然现象，如风、云、雨雪、霜等物理现象，俗称气象。


气象学：是研究地球大气中所发生的各种物理现象和物理过程的本质及其变化规律的科学。 气候：是在一较长时间阶段中大气的统计状态。一般用气象要素（包括太阳辐射、温度、大气压力、湿度、风、云、降水）的统计量来表示。


气候学：是研究气候形成和变化规律，综合分析、评价各地气候资源及其与人类关系的学科。 天气：在一定地区和一定时间内，由各项气象要素一定的结合所决定的大气状态。 天气学：是研究天气过程发生发展规律，并运用这些规律预报未来天气的学科。


天气是气候的基础，气候是天气的总和；天气是短时间内的大气过程，而其后是长时间的天气状况，气候具有一定的稳定性。


气象条件对农业生产的影响


1、农业生产的各个环节都与天气的好坏有直接的关系；2、各种农作物每个发育阶段都要求一定量的光照时数、热量和水分条件；3、作物对养分的吸收和利用也依赖于气象因子的配合；4、光热水分条件决定地区气候资源，而这些资源又决定了作物在地理上的分布界限，种植制度与耕作方法；5、各种自然灾害都给农业生产造成不同程度的影响和损失；


农业气象学：是研究气象与农业生产之间的相互关系，并运用气象科学为农业生产服务，促进农业高产、稳产、优质的科学。


气象学常用研究分法


地理播种法； 地理移植法或小气候栽种法； 分期播种法； 地理分期播种法；人工气候实验法； 气候分析法；（此外还有卫星遥感和计算分析的一些新方法，如聚类分析；线性规划；模糊数学；系统论；决策论等。）


第一章 地球大气


干洁大气：大气中除去水汽和杂志后混合气体叫干洁大气。其成分主要是N、O、Ar，约占干洁大气总容积的99.97%。还有少量的二氧化碳、臭氧和其他气体。


干洁大气中几种气体在气象学上的作用


（1）二氧化碳：具有较强的吸收长波辐射的能力，其含量的增减能影响地面和大气温度的变化。温室效应。


（2）臭氧：能对紫外线辐射的吸收比较强，一方面可使得40-50km高度上的气温显著增加，同时对地面生物起着保护的作用；在对流层上部和平流层底部产生温室作用。


（3）水汽：具有很强的吸收长波辐射的能力，与二氧化碳共同对地面温暖起着十分重要的作用。此外，水汽三种形态的变化，伴随着潜能的吸收和释放，不仅引起大气中湿度的变化，同时，也引起热量的转移。


（4）杂质：能削弱太阳辐射能量；能成为水汽凝结的核心，促进水汽的凝结。


对流层的意义：集中了大约80%的大气质量和几乎所有水汽含量，因此主要天气现象的发生都在这一层。其特点有：（1）气温虽高度增加而减小。（2）空气有规则的垂直运动和无规则的乱流运动都相当显著。（3）温度和湿度等气象要素水平分布不均匀。


大气质量：假定大气是均匀的，即大气密度不随高度而变化，并以0℃时、一个标准大气压下的空气密度1.293kg/m3作为标准密度，通话理论计算得到的大气厚度约为8000m。单位截面积的大气柱的质量为10344 kg/m3,而整个地球大气的总质量大约有5*10（15次方）t。大气质量绝大部分集中在从地面到30km左右高度的大气层中。


气象要素：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（包括日照、太阳辐射、温度、湿度、大气压力、风、云、降水、能见度等）


辐射：物体以电磁波或粒子流动形式向周围传递或交换能量的方式称为辐射，传递交换的能量称为辐射能。


辐射能通量：辐射能在传递过程中于单位时间内达到或通过某一表面积上的总辐射能量，单位J/S或W。


辐射能通量密度：单位面积上的辐射能通量。也称为辐射强度，单位为J/（s*㎡）或W/㎡。 光通量：单位时间通过任意面积上得光能，单位为流明（lm）。


光通量密度：单位面积上的光通量，单位lm/㎡。


辐射定律（吸收率、反射率和透射率之间的关系）


吸收率a、反射率r、透射率d、总辐射量为Q0


a=Qa/Q0、r=Qr/Q0、d=Qd/Q0，a+r+d=1，a、r、d在0~1之间变化。


辐射三大基本定律


1、斯蒂芬—波尔兹曼定律 黑体的辐射强度与其表面的绝对温度的四次方成正比。E=σT4 （式中，σ= 5.67×10-8 w/(m2?K4)，Stefan-Boltzmann常数）物体温度愈高，其放射能力越强。


2、维恩Wien位移定律


绝对黑体的放射能力最大值对应的波长（λ）与其本身的绝对温度成反比，即λm=C/T或λm T=C（维恩位移定律）λm T=2897微米·开 表明，物体温度越高，放射能量最大值的波长越短。最大辐射波长由长波向短波方向位移。凡是高温物体，其放射能力最大值的波长为短波，如太阳辐射；凡是低温物体，其放射能力最大值的波长多为长波，如人、地面辐射和大气辐射。


3、基尔荷夫定律


当热量平衡时，物体对某一波长的放射能力与物体对该波长的吸收率的比值只是温度与波长的函数，而与物体的其他性质无关。eλT /aλT =EλT (eλT表示物体对某一波长的放射能力;aλT表示物体对某一波长的吸收率；EλT表示温度与波长的函数 )


克希荷夫定律的推论:


1、对于不同性质的物体，当它的放射能力较强时，其吸收能力也较强，反之亦然。黑体的吸收能力最强，因此它也是最强的放射体。


2、对于同一物体，如果某一温度时放射某一波长的辐射，那么在同一温度下，它也吸收这一波长的辐射。


太阳常数:在大气上界，当太阳位于日地平均距离时，垂直于太阳光线的单位面积上，在单位时间内所获得的太阳辐射能量。


太阳高度角(太阳高度):指太阳光与地面的夹角。


正午太阳高度随季节而变化：正午太阳高度季节变化规律：正午太阳高度夏季比冬季大；同一地点夏季杆影比冬季长。


春夏秋冬四季的交替1、当太阳直射北回归线，即夏至日，北半球各地，太阳高度角最大，受太阳照射时间最长，受热最多。2、过了夏至日，太阳直射点南移，太阳高度角变小，昼长变短，北半球受热开始减少。3、到了秋分日，太阳直射赤道，南北半球各地昼长等长。4、秋分后，太阳直射点移向南半球，北半球各地的太阳高度角一致减少，昼长继续缩短。5、到了冬至日，太阳直射南回归线，对北半球各地而言，太阳高度角最小，昼长最短，受热最少。6、冬至后，太阳直射点逐渐北移，北半球各地的太阳高度角又逐渐增大，昼长逐步变长。受热增多。7、如此反复，就形成了春夏秋冬四季的交替。


大气对太阳辐射的削弱作用：表现在大气对太阳辐射的吸收、反射与散射。纬度低—太阳高度大—经过的大气路程短—大气削弱少。


影响因素：大气路径长短和大气透明程度。


天空散射辐射强度：是阳光被大气散射后，单位时间内以散射的形式到达地表单位水平面积上得太阳辐射能，也称散射辐射。


地面辐射：地面昼夜不停的向外放射辐射能。是低层大气的主要热源。


大气辐射：大气向外的辐射。


大气逆辐射 ：大气辐射投向地面部分称为大气逆辐射。


温室效应：大气能透过短波辐射，吸收地面长波辐射使其不易逸出大气并以逆辐射形式返回地面部分能量，对地面有保温作用。称为温室效应。


大气阳伞效应：大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用的现象。


地面有效辐射：地面辐射减去大气逆辐射，称为地面有效辐射。


地面辐射差额变化：白天，地面吸收的太阳总辐射值经常超过地面有效辐射值，地面辐射差额为正值，由于白天是太阳短波辐射起主导作用，所以地面辐射差额的变化与太阳直接辐射的变化趋势是一致的，即靠近正午时达到最大值。夜间地面没有太阳辐射，地面辐射经常超过它所吸收的大气逆辐射，地面辐射差额为负值，因而夜间地面温度和邻近地面的大气温度都使降低的。


光照度影响植物的生长发育


1）强光下使苗木茎粗、低矮、节间缩短，促进根系生长。


2）光照度不同会使园林树木产生偏冠现象。


3）适当的弱光有利于植物的营养生长，而较强的光照有利于植物繁殖器官的发育。 光照度影响植物产品品质


1． 光照度影响叶色 2．光照度影响果实着色 3．光照度影响产品的营养成分


光周期现象：植物对昼夜长短的反应。光周期现象影响着植物的开花结实、落叶、休眠以及地下块根块茎等贮藏器官的形成。


光周期理论在农生产中的应用


1.光照时间与植物引种


1）纬度相近或同纬度地区之间引种容易成功。


2）短日照植物北种南引，生育期缩短，应引晚熟品种，南种北引则相反。


3）长日照植物北种南引生育期延迟，应引早熟品种，南种北引则相反。


长日照植物有“温抵偿现象。”短日照植物有“光温叠加现象。”


2.调节植物开花时间 遮光可提早短日照花卉开花、延迟长日照花卉开花。菊花。


3.改变植物休眠与促进植物生长 长日照条件能促进多年生植物的萌动生长，短日照条件则引起植物落叶及休眠。


植物光能的利用率：植物光合产物中贮存的能量占其所得到能量的百分率，称为植物的光能利用率。


提高植物光能利用率的途径


1合理密植


2选育光能利用率高的品种


3生长季的太阳光能 （采用间作、套种、复种、立体栽培、育苗移栽、地膜覆盖等。充分利用生长季，提高光能利用率。）


4提高光合强度（1．人工补充光照2．调节温度 3．改善CO2的供应条件 4．降低光呼吸） 5加强田间管理


第三章 温度


土壤的热性质：是指土壤在热学方面所具有的特性，包括热容量、导热率和导温率。


土壤热容量：单位质量（重量）或容积的土壤每升高（或降低）1℃所需要（或放出的）的热量，被称为土壤热容量。


导热率：导热性大小用导热率（λ）表示，即在单位厚度（1cm）土层，温差为1℃时，每秒


22钟经单位断面（1cm）通过的热量焦耳数。其单位是J/（cm·s·℃）。


导温率：土壤导热系数或热扩散系数，指在标准状况下，在土层垂直方向上每厘米距离内有1K的温度梯度，每秒流入1cm土壤断面面积的热量，使单位体积（1cm）土壤所发生的温度变化。


热量收支方式：1.辐射热交换 2.传导热交换3.流体运动热交换（对流、平流与乱流）4.潜热交换


活动面：凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而能调节邻近气层(或土层)的辐射收支、温度高低或湿度大小的物质面，都称为活动面，又称作用面。


活动层：指能够调节自身内部及相邻其他物质层的辐射、热量、水分分布的物质层。


土壤收支平衡表示式：0=Q=uR±P±B±LE（S-单位时间内土壤实际获得或失掉的热量；R-辐射差额P-土壤与大气层之间的湍流交换量LE-水相变化时地表得失的热量B土面与土壤下层的之间的热交换量。Q土表热量的收入、支出量）白天：R-P-B-LE=Q；夜间：-R+P+B+LE= -Q 较差：指一定周期内，最高温度与最低温度之差。


土壤垂直分布的类型：一天中分为日射型、辐射型、上午转变型和傍晚转变型。一年中可分为放热型（冬季，相当于辐射型），受热型（夏季，相当于日射型）和过渡型春季和秋季，相当于上午转变型和傍晚转变型）。


影响因素：纬度、坡向、坡度、海拔高度、土壤因素、地面覆盖、天气条件


水体温度变化特点 时间变化：日变化：水面最高温度出现在午后15～16h，最低温度出现在日出后的2～3h内。年变化：水面最高温度一般出现在8月，最低温度则出现在2～3月。日、年较差：均小于陆地。位相：一年中最高温度和最低温度出现的时间，大约每深入60ｍ落后一个月。 垂直变化 夏季：水表层趋于等温分布。在等温层以下有一个跃变层。跃变层以下是等温层。 23冬季：水温的垂直分布几乎呈等温状态。当水面温度降到4℃以下时，表层冷水不再下沉，使水面以下的水温在4℃左右。


气温的非周期性变化：气温变化的幅度和时间没有一定的周期，视气流的冷暖性质和运动状况而不同。


空气温度的水平分布：


1.等温线大部分趋向于接近东西向排列，赤道地区气温高，向两级逐渐降低。


2.冬季北半球的等温线在大陆上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向基地，而夏季相反。


3.最高温度带并不位于赤道上，而是冬季在5~10°N处,夏季移到20°N左右。


4.赤道附近的气温年变化很小，随着纬度的增加，年变化幅度也增大。


5.世界绝对最低气温出现在南极，为-90℃；绝对最高气温出现在索马里境内，为63℃。 绝热过程：在气象上，将任一气块与外界之间无热量交换时的状态变化过程，称为绝热过程。 干绝热直减率（γd ）：降运动而引起气块温度随高度的变化率，称之为干绝热直减率。


湿绝热直减率（γm ）：湿绝热过程中的温度变化率。（γm不是常数，它是气压和温度的函数，随着气压的减小、温度的升高而减小。）


空气稳定度的判别标准


对于未饱和空气：γ>γ


对于饱和湿空气：γ>γ


推论： 不稳定；γ=γm 不稳定；γ=γd d 中性；γ<γd 稳定。 m 中性；γ<γm 稳定。


1.γ愈大，大气愈不稳定；γ愈小，大气愈稳定。如果γ很小，甚至等于零（等温）或小于零（逆温），那将是对流发展的障碍。所以习惯上常将逆温、等温以及γ很小的气层称为阻挡层。


2.当γ＜γm时，不论空气是否达到饱和，大气总是处于稳定状态的，因而称为绝对稳定；当γ＞γd时则相反，因而称为绝对不稳定。


3.当γd＞γ＞γm时，对于作垂直运动的饱和空气来说，大气是处于不稳定状态的；对于作垂直运动的未饱和空气来说，大气又是处于稳定状态的。这种情况称为条件性不稳定状态。 三基点温度：最低温度、最适温度、最高温度


农业界限温度：0℃：土壤冻结或解冻的标志。5℃：喜凉植物开始生长的标志。10℃：喜温植物开始播种或停止生长的标志。15℃：大于15℃期间为喜温植物的活跃生长期。20℃： 热带植物开始生长的标志。


积温：一定时期积累的温度，即一定时期温度的总和。植物生长发育期间的活动温度的总和，叫活动积温。生育期内的有效温度积累的总和叫有效积温。


逆温：是指在一定条件下，气温随高度的增高而增加，气温直减率为负值的现象。逆温按其形成原因，可分为辐射逆温、平流逆温、湍流逆温、下沉逆温等类型。


逆温在农业生产上的意义：1寒冷季节能避免辐射型冻害；2熏烟防霜时，由于逆温的存在，使烟雾正好弥散在贴地层，保温效果好。3在防治病虫害时，利用清晨的逆温，能使药剂均匀地落在植株上。


光温综合作用对作物引种的影响：短日照植物：北种南引，生育期缩短，应引晚熟品种，南种北引则相反。长日照植物：北种南引，生育期延迟，应引早熟品种，南种北引则相反。


第四章 大气中的水分


大气湿度：大气中水分含量的多少，称为湿度，即空气的干湿程度。


空气湿度的表示方法：1.水汽压（大气中水汽部分的分压力，空气中水汽含量越多，水汽压越大）2.绝对湿度（单位体积湿空气所含有得水汽质量，又称水汽密度。）3.饱和水汽压（一定体积空气在一定温度条件下所能容纳的最大水汽量所具有的压力。饱和水汽压随温度的升高而增大。）4.相对湿度（空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压之比的百分数）5.饱和差（在一定温度下，饱和水汽压与空气中实际水汽压之差。饱和差越大，空气中水汽含量越少。）6、露点（指空气中水汽含量不变，气压保持一定时，气温下降到使空气达到饱和时的温度。用 Td 表示。在饱和空气中， T－Td ＝ 0；而在未饱和空气中，则 T－Td ＝＞ 0 。T－Td 差值越大，相对湿度越小，反之相对湿度越大。气温降到露点，是水汽凝结的必要条件。）比湿：在一团湿空气中，水汽的质量与该团空气的总质量的比值称为比湿。 空气中水的凝结必须具备两个条件：空气要达到饱和或过饱和状态；要有凝结核。


空气达到饱和或过饱和的途径：增加空气水汽含量，如暖水面的蒸发；降低气温，大气中水的凝结主要由于空气冷却而产生（绝热冷却：云、雨产生的主要方式；辐射冷却和平流冷却：雾、露、霜等产生的主要方式 ）。


凝结核：指具有吸湿性、可作为水汽凝结核心的微粒。其含量随高度递减；陆地多海洋少；城市多乡村少，工业区最多。


1、地面凝结现象（露和霜、雾凇和雨凇）


露：如果露点温度高于 0 ℃，水汽凝结为液态，称为露；霜：如果露点温度低于 0 ℃，水汽凝结为固态，称为霜；霜冻：是指温度下降到足以引起农作物受害或死亡的低温。


露和霜的形成条件：近地面层空气湿度要大；有利于辐射冷却的天气条件；地面或地物热传导不良。


2、近地气层中的凝结物（雾）


雾：指漂浮在近地面层、由水汽凝结（凝华）而成的小水滴或小冰晶构成的可见集合体。