海南大学2012年农业气象学

1. 五、计算题任意时刻太阳高度角的计算：计算武汉(30N)在冬至日上午10时的太阳高度角。解：上午10时：3=(t12)X15=(1012)15=-30冬至日：32327武汉纬度：0=30/-sinh=sin30sin(2327)+cos30Cos(2327)cos(30)=0.48908h=2917正午太阳高度角的计算。计算当太阳直射20S时(约11月25日)在40S的正午太阳高度角。解：已知0=40在南半球)320/h=90(40)+(20)=110计算结果大于90故取补角，太阳高度角为：h=18011070。也可用上述后一公式直接得h=90|-3|=9040(20)|=70计算可照时间计算11月25日武汉的可照时间。解：由附表3可查得3=20。，武汉纬度0=30cos0g=0tg=30tg(20)=0.21013830=77即7日出时角为一77.87(相当于真太阳时6时49分),日落时角为77.87(相当于真太阳时17时11分)。可照时间=230/15=277.87/15/小时0.38计算水平面上的太阳直接辐射通量密度。计算北京(取0=40/冬至日上午10时水平面上的太阳直接辐射通量密度(设Rsc=1367瓦？米-2,a=0.8)。解：已知0=40,3=2327(冬至日),3=30sinh=sin40in(2327)+cos40cos(2327)cos(30)=0.352825m=1/sinh=1/0.352825=2.8343/Rsb=Rsc?amsinh=136782.8343052825=256.25(瓦？米-2)，计算武汉(0为30N)在夏至日正午时的太阳直接辐射通量密度(已知a=0.8)。解：已知0=303=2327正午太阳高度角为h=9003=90302327=8327m=1/sinh=1.00657Rsb=Rsc?amsinh=13670.810657si8327=1084.87(瓦？米-2)例3当太阳直射南半球纬度18时，试求我国纬度42处地面上正午时的直接辐射通量密度(已知大气透明系数为0.7，太阳常数为1367瓦？米-2)。解：已知0=42=8a=0.7正午时：2. h=90/0+3=9(-42/18=30/m=1/sinh=1/sin30=2Rsb=Rsc?amsinh=1367.7)2sin30=334.9(瓦？米-2)某地在200米处气温为19.9C，在1300米处气温为7.8C。试求2001300米气层中干空气块的大气稳定度。解：据题意先求出丫：丫=(19.97.8)/(1300200)=1.1/100米再进行比较判断：丫d=1C/100米丫Yd在2001300米的气层中，对干空气块是不稳定状态。某作物从出苗到开花需一定有效积温，其生物学下限温度为10C，它在日均气温为25C条件下，从出苗到开花需要50天。今年该作物5月1日出苗，据预报5月平均气温为20.0C,6月平均气温为30.0C,试求该作物何月何日开花？所需活动积温及有效积温各是多少？解：(1)求某作物所需有效积温(A):由公式n=A/(TB)得A=n(TB)则A=(25C10C)X50=750C(2)求开花期：5月份有效积温为：A5=(20C10C)31=310C从五月底至开花还需有效积温：750310=440C还需天数n=440/(3010)=22天，即6月22日开花(3)求活动积温与有效积温：活动积温=20C31+30CX22=1280C有效积温=750C答：该作物于6月22日开花，所需要的活动积温和有效积温分别为1280C和750C。育种过程中，对作物进行杂交，要求两亲本花期相遇，已知杂交品种由播种到开花，母本不育系和父本恢复系各要求大于10C的有效积温分别为765C和1350C,试问父本播种后，母本何时播种为宜？已知父本播种后，天气预报日平均温度为25C。解：A母=765C,A父=1350C,T=25C,B=10Cn=(A父A母)/(TB)=(1350765)/(2510)=585/15=39天答：父本播种后39天母本播种。某作物品种5月1日出苗，7月31日成熟。其生物学下限温度为10C，这期间各月平均温度如下表。试求全生育期的活动积温和有效积温。月份月平均温度(C)567,解：已知：=21.3C,t5n=31天，=25.7C,t6n=30天，=28.8C,n=31天，B=10Ct7(1)Y=刀t10=n1t1+n2t2+n3t3=3121.3+30X25.7+3128.8=2324.1C(2)A=刀(TB)=n1(t1-B)+n2(t2-B)+n3(t3-B)=31X11.3+30X15.7+31X18.8=1404.1C答：活动积温和有效积温分别为2324.1C和1404.1C。离地面200米高处的气温为20C。此高度以上气层的气温垂直递减率平均为0.65C/100米，试求离地面1200米高处的气温。若1200米处空气是未饱和状态，当气块从此高度下沉至地面，其温度为若干？解：已知Z1=200米，Z2=1200米，t1=20Cr=0.65C/100米rd=1C/100米设1200米处气温为t2，气块下沉至地面时的温度为t。(1)(t2-11)/(Z2-Z1)=-rt2=t1-r(Z2-Z1)=20-0.65C/100米X(1200-200)米=13.5C(2)(t2-to)/Z2=rdto=t2+rdZ2=13.5C+1C/100米X1200米=25.5C答：离地面1200米高处的气温为13.5C;气块下沉至地面时的温度为25.5C。某水稻品种5月25日开始幼穗分化，从幼穗分化到抽穗的有效积温为242C，生物学下限温度为11.5C，天气预报5月下旬至6月中旬平均温度为22.5C,试问抽穗日期是何时？解：已知A=242C,T=22.5C,B=11.5Cn=A/(T-B)=242/(22.5-11.5)=242/11=22(天)答：6月16日抽穗。3. 当饱和差为1hPa,相对湿度为80%，求饱和水汽压是多少？解：已知d=E-e=1hpaU=e/E=0.8贝U:e=E-1又(E-1)/E=0.8/E=5(hPa)答：饱和水汽压为5hPa。当气温为15.0C时，饱和水汽压为17.1hPa,在气温为26.3C时，饱和水汽压为34.2hPa,现测得气温为26.3C,水汽压为17.1hPa,试求相对湿度和露点是多少？解：tU=e/EX100%,据题意当t=26.3C,贝U：E=34.2hPa,e=17.1hPa/U=17.1/34.2X100%=50%又当t=15.0,则E=17.1hPa,此时t=td(露点温度)答：相对湿度为50%，露点温度为15C。温度为20C，水汽压为17.1hPa的一未饱和气块，从山脚海平处抬升翻越1500m的高山，凝结产生的水滴均降在迎风坡，求该气块到达山背风坡海平面处的温度和相对湿度(已知rd=1C/100米，rm=0.5C/100米，且温度为10C,15C,20C,25C时的饱和水汽压分别为12.3,17.1,23.4,31.7hPa，忽略未饱和气块升降时露点的变化)。解：te=17.1hPa当t=15C时，则水汽饱和：E15=17.1hPa凝结高度为：Zd=(20-15)X100=500米t2000米=20-(1.0X500/100)-0.5(1500-500)/100=10C/.t山背脚=10+1X1500/100=25CU=e/EX100%=12.3/31.7X100%=39%答：背风坡海平面上的气温为25C，相对湿度为39%。4. 温度为25C,水汽压为22hPa的空气块，从迎风坡山脚处向上爬升，已知山高1500米，凝结产生的水滴均降在迎风坡。试求空气块的凝结高度、山顶处的温度和相对湿度。气温为19C和25C的饱和水汽压依次是22.0hPa和31.7hPa,忽略空气上升时露点的变化。解：(1)to=25Ctd=19Crd=1C/100米(td-to)/Zd=-rd凝结高度为：Zd=(to-td)/rd=(25-19)/(1C/100米)=600米(2)已知rm=0.5C/100米(t山顶一td)/(Z-Zd)=-rmt山顶=td-rm(Z-Zd)=19-0.5/100米X(1500-600)=19-0.5/100米X900米=14.5C(3)因气块到达山顶时水汽是饱和的，所以相对湿度r=100%某地夏季(6-8月)各月降水量及平均温度资料如下表：月份67降水量(毫米)平均温度(C试求夏季干燥度，并说明其干湿状况。解：K=0.16刀T10/R=0.16(30X25.7+31X28.8+31X28.3)-(209.5+156.2+119.4)=0.16X(771+892.8+877.3)/(209.5+156.2+119.4)=(0.16X2541.1)/485.1=0.84K0.99故为湿润状态。5. 在百叶箱中，自然通风状况(风速0.4m/s)下，用球状干湿表测得干湿球温度分别为30.0C和20.0C,当时大气压为1010.0hPa，请分别计算当时空气的水汽压、绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点温度。解：1.分别计算空气及湿球表面的饱和水汽压E=6.1078X10A(7.5Xt/(237.3+t)=6.1078X10人(7.5X30/(237.3+30)=42.43(hPa)Etw=6.1078X10人(7.5Xtw/(237.3+tw)=6.1078X10人(7.5X20/(237.3+20)=23.38(hPa)。2.由题意可知:A=0.857X10-3C-1。3.计算当时空气中的水汽压：e=Etw-AP(t-tw)=23.38-0.857X10-3X1010X(30-20)=14.72(hPa)。4.计算绝对湿度：a=218.4Xe/T=218.4X14.72/(273.15+30)=。5.计算相对湿度：RH=e/EX100%=14.72/42.43X100%=34.7%。6.计算饱和差：d=E-e=42.43-14.72=27.71(hPa)。7.计算露点温度：td=237.3Xlg(e/6.1078)/(7.5-lg(e/6.1078)=237.3Xlg(14.72/6.1078)/(7.5-lg(14.72/6.1078)=12.7(C)请分别计算1卩Ei波长为0.5微米和频率为2450MHz的光量子的能量。E仁nhv=nhc/入=10-6*6.02*10-23*6.63*10-34*(3*10-8/0.5*10-6)J=0.24J,E2=hv=6.63*10-34*2456*106=1.62*10-24J请分别计算太阳表面(6000K)和地球表面(约300K)的辐射强度。E仁rT4=5.67*10-8*(6000)4=7.35*107W/m2,E2=rT4=5.67*10-8*(300)4=459.27W/m2佃.分别计算太阳和地球辐射的最大单色辐射波长。入max1=2897/T1=2897/6000=0.483卩m,入max2=2897/T2=2897/300=9.657卩m太阳到达月球表面直射点的强度为1400W/m2，请问该直射点的温度是多少？由于E=rT4,T=396.4K,c=396.4-273.15=123.25C北京时间12点时，海口(110E,20N)地方时为多少？已知北京的经度约为120E,则海口的地方时为12-(120-110)*4)/60=34/3，故海口的地方时为11时20分。20. 海口(110E,20N)夏至日正午太阳高度角。夏至日时，S=23.5,$=20,h正午=90-$+3=90-20+23.5=93.5海口有一坡面(S-N),坡度均为20,计算正午太阳平行线与南北坡面夹角的角度范围(年变化)。南坡：/仁h正午+a，冬至日时，正午太阳高度角最小，h冬至正午=90-$+3=90-20-23.5=46.5;夏至日时，正午太阳高度角最大，h夏至正午=90-$+3=90-20+23.5=93.5，所以，h正午的取值范围是46.5,93.5，所以，南坡坡面与正午太阳平行线的夹角的角度范围是66.5,113.5;同理，北坡h正午的取值范围不变，所以北坡坡面与正午太阳平行线的夹角的角度范围是26.5,73.5。21. 计算海口春分日日出时间(北京时)和日长。日出时间：6+(120-110)*4)/60=20/3,即6时40分。日长为12小时。22. 某地一天蒸发量为10毫米，则其潜热通量为？LE=2450J/g*10mm/d=2450J/cm3*1cm/86400s=2450J/10-4m2*1/86400s=286W/m2湖南衡阳观测越冬二化螟幼虫，已知3月11日化蛹，蛹的有效积温是126.9C,发育的起点温度是10.8C,3月11日到4月中旬的平均气温是16.3C,问越冬二化螟什么时候可以开始羽化成虫？根据有效积温，Y=刀(ti-B)，故126.9=刀(ti-B)，又因为ti-B=16.3-10.8=5.5，故n=23，所以越冬二化螟4月3日可以羽化成虫。通过测量，已知某山的山脚的温度为25.7C，气压为1005.5hPa,山顶处气温14.3C,气压855.5hPa,计算此山的相对高度。t=(td+tu)/2=(25.7+14.3)/2=20.0C,Z=18400X(1+20/273)Xlog(1005.5/855.5)=1385.6(m)计算坡面的太阳直接辐射通量密度坡面上的直接辐射通量密度计算式为：Rsb坡=Rsc*am*sina其中a为太阳光线与坡面的夹角。Rsb坡的计算步骤与上述水平面上Rsb的计算类似，但在第2步(计算m)后，应确定夹角a。例1计算武汉($为30N)冬至日坡度为20的南坡和北坡在正午时的太阳直接辐射通量密度(设透明系数a=0.8)。解：已知$=30,3=-2327，正午太阳高度角为：h=90-|$-3|=90-|30-(-2327)|=3633m=1/sinh=1/sin3633=1.6792(注意：此处计算m时不能用a代替h)。对于南坡，正午时a=h+坡度=3633+20=5633Rsb南坡=Rsc*am*sina=1367XXsin5633=784.14(瓦？米-2)对于北坡，正午时a=h坡度=3633-20=1633(如果北坡坡度大于h时则无直射光，即Rsb北坡=0)Rsb北坡=Rsc*am*sina=1367XXsin1633=267.71(瓦？米-2)由此题可知冬季南坡暖而北坡冷的一个重要原因在于Rsb南坡和Rsb北坡的差别。例2在46.5N的某地欲盖一朝南的玻璃温室，为了减小反射损失，要使冬至日正午时太阳直接光线垂直于玻璃面，试问玻璃面与地平面的夹角应是多少？冬至日正午时到达玻璃面上的直接辐射通量密度为多少(已知太阳常数为1367瓦/米2，透明系数为0.8)?解：已知0=46.5,S=23.5,a=0.8(1)h=90-+S=9046.523.5=20m=1/sinh=1/sin20=2.923804玻璃面与地平面的夹角3=90h=9020=70(2)玻璃面上的直接辐射通量密度为Rsb坡=Rsc*am*sina=1367x(0.8)2.923804xsin90=711.9(瓦?米-2)例3在北纬36.5处有一座山，其南北坡的坡度为30,试求冬至日正午时水平地面上及南北坡面上的太阳直接辐射通量密度(设大气透明系数为0.8,太阳常数为1367瓦？米-2)。解：已知0=36.5,S=23.5,a=0.8,坡面坡度3=30h=900+3=9036.5+(23.5)=30m=1/sinh=1/sin30=2水平地面上直接辐射能量密度Rsb=Rsc*am*sinh=1367x(0.8)2xsin30=437.4(瓦？米-2)南坡：Rsb南坡=Rsc*am*sina=Rsc*am*sin(h+3)=1367x(0.8)2xsin60=757.7(瓦？米-2)北坡：Rsb北坡=Rsc*am*sina=Rsc*am*sin(h3)=Rsc*am*sin0=0由此题可知，一般来说冬季正午南坡上的太阳直接辐射最强，而对坡度大于太阳高度角的北坡，则无太阳直接辐射。所以南坡为温暖的阳坡，北坡为阴冷的阴坡。