农业气象学试题及答案

农业气象学试题及答案农业气象学试题(有答案) 第一章 大气一、名词解释题： 1. 干洁大气：除去了水汽和各种悬浮的固体 与液体微粒的纯净大气，称为干洁大气。2. 下垫面：指与大气底部相接触的地球表面，或垫在空气层之下 的界面。如地表面、海面及其它各种水面、植被表面等。 3. 气象要 素：构成和反映大气状态的物理量和物理现象，称气象要素。主要包 括气压、气温、湿度、风、云、能见度、降水、辐射、日照和各种天 气现象等二、填空题： (说明：在有底线的数字处填上适当内容) 1. 干洁 大气中，按容积计算含量最多的四种气体是： (1)、(2)、氩和(3)。2. 大气中臭氧主要吸收太阳辐射中的 (4)。 3. 大气中二氧化碳 和水汽主要吸收 (5)辐射。4. 近地气层空气中二氧化碳的浓度一般白天比晚上 (6)，夏天比 冬天 (7) 。5. (8) 是大气中唯一能在自然条件下发生三相变化的成分，是天 气演变的重要角色。6. 根据大气中 (9) 的铅直分布，可以把大气在铅直方向上分为 五个层次。7. 在对流层中，温度一般随高度升高而 (10) 。 8. 大气中对流 层之上的一层称为 (11) 层，这一层上部气温随高度增高而 (12) 。9. 根据大气中极光出现的最大高度作为判断大气上界的标准， 大气顶约高 (13) 千米。答案： (1)氮 (2)氧 (3)二氧化碳 (4)紫外线 (5)长波 (6)低 (7)低(8)水汽 (9)温度 (10)降低 (11)平流 (12)升高 (13)1200三、判断题：(说明：正确的打“”，错误的打“X”)1.臭氧主要 集中在平流层及其以上的大气层中，它可以吸收太阳辐射中的紫外线2. 二氧化碳可以强烈吸收太阳辐射中的紫外线，使地面空气升 温，产生“温室效应”。3. 由于植物大量吸收二氧化碳用于光合作用，使地球上二氧化 碳含量逐年减少。4. 地球大气中水汽含量一般来说是低纬多于高纬，下层多于上 层，夏季多于冬季。5. 大气在铅直方向上按从下到上的顺序，分别为对流层、热成层、 中间层、平流层和散逸层。6. 平流层中气温随高度上升而升高，没有强烈的对流运动。7. 热成层中空气多被离解成离子，因此又称电离层。 答案：1. 对，2.错，3.错，4.对，5.错，6.对，7.对。四、问答题： 1. 为什么大气中二氧化碳浓度有日变化和年变化？答：大气中的二氧化碳是植物进行光合作用的重要原料。植物在 太阳辐射的作用下，以二氧化碳和水为原料，合成碳水化合物，因此 全球的植物要消耗大量的二氧化碳；同时，由于生物的呼吸，有机物 的分解以及燃烧化石燃料等人类活动，又要产生大量的二氧化碳。这 样就存在着消耗和产生二氧化碳的两种过程。一般来说，消耗二氧化 碳的光合作用只在白天进行，其速度在大多数地区是夏半年大，冬半 年小；而呼吸作用等产生二氧化碳的过程则每时每刻都在进行。所以 这两种过程速度的差异在一天之内是不断变化的，在一年中也随季节 变化，从而引起二氧化碳浓度的日变化和年变化。在一天中，从日出开始，随着太阳辐射的增强，植物光合速率不 断增大，空气中的二氧化碳浓度也随之不断降低，中午前后，植被上 方的二氧化碳浓度达最低值；午后，随着空气温度下降，光合作用减 慢，呼吸速率加快，使二氧化碳消耗减少；日落后，光合作用停止， 而呼吸作用仍在进行，故近地气层中二氧化碳浓度逐渐增大，到第二 天日出时达一天的最大值。在一年中，二氧化碳的浓度也主要受植物光合作用速率的影响。 一般来说，植物夏季生长最旺，光合作用最强，秋季最弱。因此二氧 化碳浓度秋季最小，春季最大。此外，由于人类燃烧大量的化石燃料，大量的二氧化碳释放到空 气中，因而二氧化碳浓度有逐年增加的趋势。 2. 对流层的主要特点 是什么？答：对流层是大气中最低的一层，是对生物和人类活动影响最大 的气层。对流层的主要特点有： (1)对流层集中了 80%以上的大气质 量和几乎全部的水汽，是天气变化最复杂的层次，大气中的云、雾、 雨、雪、雷电等天气现象，都集中在这一气层内；(2) 在对流层中，气温一般随高度增高而下降，平均每上升 100米，气温降低0.65C。，在对流层顶可降至一50C。至一85C。；(3) 具有强烈的对流运动和乱流运动，促进了气层内的能量和物 质的交换；(4) 温度、湿度等气象要素在水平方向的分布很不均匀，这主要 是由于太阳辐射随纬度变化和地表性质分布的不均匀性而产生的。 第二章 辐射一、名词解释题： 1. 辐射：物体以发射电磁波或粒子的形成向外放射能量的方式。由辐射所传输的能量称为辐射能，有时 把辐射能也简称为辐射。2. 太阳高度角：太阳光线与地平面的交角。是决定地面太阳辐射 通量密度的重要因素。在一天中，太阳高度角在日出日落时为 0，正 午时达最大值。3. 太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的交 角。以正南为 0，从正南顺时钟向变化为正，逆时针向变化为负，如 正东方为90，正西方为 90。 4. 可照时间：从日出到日落之间的 时间。5. 光照时间：可照时间与因大气散射作用而产生的曙暮光照射 的时间之和。6. 太阳常数：当地球距太阳为日地平均距离时，大气上界垂直于 太阳光线平面上的太阳辐射能通量密度。其值为1367 瓦?米-2。 7. 大气质量数：太阳辐射在大气中通过的路径长度与大气铅 直厚度的比值。8. 直接辐射：以平行光线的形式直接投射到地面上的太阳辐射。9. 总辐射：太阳直接辐射和散射辐射之和。10. 光合有效辐射：绿色植物进行光合作用时，能被叶绿素吸收 并参与光化学反应的太阳辐射光谱成分。11. 大气逆辐射：大气每时每刻都在向各个方向放射长波辐射， 投向地面的大气辐射，称为大气逆辐射。12 . 地面有效辐射：地面辐射与地面吸收的大气逆辐射之差，即 地面净损失的长波辐射。13. 地面辐射差额：某时段内，地面吸收的总辐射与放出的有效 辐射之差。二、填空题： 1. 常用的辐射通量密度的单位是 (1) 。 2. 不透 明物体的吸收率与反射率之和为 (2) 。3. 对任何波长的辐射，吸收率都是1的物体称为 (3) 。 4. 当绝 对温度升高一倍时，绝对黑体的总辐射能力将增大 (4) 倍。5. 如果把太阳和地面都视为黑体，太阳表面绝对温度为 6000K， 地面温度为300K,则太阳表面的辐射通量密度是地表面的(5)倍。6. 绝对黑体温度升高一倍时，其辐射能力最大值所对应的波长 就变为原来的 (6) 。7. 太阳赤纬在春秋分时为 (7) ，冬至时为 (8) 。 8. 上午 8 时的时角为(9)，下午15时的时角为(10)。9.武汉(30N)在夏至、冬 至和春秋分正午时的太阳高度角分别为 (11) ，(12) 和 (13) 。10. 冬半年，在北半球随纬度的升高，正午的太阳高度角(14) 。11. 湖北省在立夏日太阳升起的方位是 (15) 。12. 在六月份，北京的可照时间比武汉的 (16) 。13. 在太阳直射北纬 10时，北半球纬度高于 (17) 的北极地区就出现极昼。14. 由冬至到夏至，北半球可照时间逐渐 (18) 。15. 光照时间 延长，短日照植物的发育速度就会 (19) 。 16. 在干洁大气中，波长 较短的辐射传播的距离比波长较长的辐射传播距离 (20) 。17. 随着太阳高度的降低，太阳直接辐射中长波光的比 (21) 。18. 地面温度越高，地面向外辐射的能量越 (22) 。 19. 地面有 效辐射随空气湿度的增大而 (23) ，随地面与空气温度之差的增大而 (24) ，随风速的增大而 (25) 。 20. 地面吸收的太阳总辐射与地面有 效辐射之差称为 (26) 。答案： (1)瓦.米2； (2)1； (3) 绝对黑体； (4)15； (5)*； (6)二分之一； (7)0； (8)2327；(9)60； (10)45； (11)8327； (12)3633； (13)60； (14)减 小； (15)东偏北； (16)长； (17)80； (18)延长； (19)减慢； (20)短； (21)增加； (22)多； (23)减小； (24)增大； (25)减小； (26)地面辐射 差额。三、选择题： (说明：在四个答案中，只能选一个正确答案填入 空格内。)1. 短日照植物南种北引，生育期将。 A.延长；B.缩短；C.不变；D可能延长也可能缩短。2. 晴朗的天空呈蓝色，是由于大气对太阳辐射中蓝紫色光 较多的结果。A吸收；B.散射；C.反射；D.透射。3.对光合作用有效的 辐射包含在中。 A. 红外线； B. 紫外线； C. 可见光； D. 长波辐射。4. 在大气中放射辐射能力最强的物质是。 A. 氧； B. 臭氧；C. 氮； D. 水汽、水滴和二氧化碳。5. 当地面有效辐射增大时，夜间地面降温速度将。 A. 加快；B. 减慢； C. 不变； D. 取决于气温。 答案： 1. A；2. B；3. C；4. D； 5. A四、判断题： 1. 对绝对黑体，当温度升高时，辐射能力最大值 所对应的波长将向长波方向移动。2. 在南北回归线之间的地区，一年有两次地理纬度等于太阳赤 纬。3. 时角表示太阳的方位,太阳在正西方时,时角为 90。4. 北半球 某一纬度出现极昼时，南半球同样的纬度上必然出现极夜。5. 白天气温升高主要是因为空气吸收太阳辐射的缘故。 6. 光合 有效辐射只是生理辐射的一部分。7. 太阳直接辐射、散射辐射和大气逆辐射之和称为总辐射。8. 地面辐射和大气辐射均为长波辐射。9. 对太阳辐射吸收得很少的气体，对地面辐射也必然很少吸收。10. 北半球热带地区辐射差额昼夜均为正值，所以气温较高。答案： 1. 错； 2. 对； 3. 错； 4. 对； 5. 错； 6. 对； 7. 错；8. 对； 9.错； 10. 错。 五、计算题1. 任意时刻太阳高度角的计算根据公式 Sinh=sin申sinO+cos申cos&cosw 大致分三步进行：(1) 计算时角3,以正午时为0,上午为负，下午为正，每小时 15；如以“度”为单位，其计算式是3=(t12)x15其中t为以小时为 单位的时间；如以“弧度”为单位，则w = (t12)x2n/24建议计算时以 角度为单位。(2) 计算 sinh 值(所需的 O 值可从教材附表 3 中查到，考试时一 般作为已知条件给出)。(3) 求反正弦函数值h,即为所求太阳高度角。例：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 = (t 12)x15 = (10 12)x15 = 30 冬至日：6= 2327武汉纬度：申=30sinh = sin30sin( 2327) + cos30cos( 2327)cos( 30)=0 .* h=29172. 正午太阳高度角的计算 根据公式：h=90 申进行计算；特别应注意当计算结果h90时，应取补角（即用180 h 作为太阳高度角）。 也可根据h=90-|-6|进行计算，就不需考虑取补角的问题（建议用后一公式计算）。还 应注意对南半球任何地区，申应取负值；在北半球为冬半年（秋分至春分）时，6也取负值。例 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 申二-40（在南半球）6=-20 /.h=90-（-40）+（- 20）=110 计算结果大于 90，故取补角， 太阳高度角为： h=180- 110=70 也可用上述后一公式直接得h=90-|申-6| = 90-1-40-（-20）|=70 3.计算可照时间 大致分三步：（1）根据公式：coswO = -tg申tg6计算coswO的值。（2）计 算反余弦函数值30，得日出时角为一30，日落时角为+30（3）计算可照时间230 /15（其中30必须以角度为单位）。例 计算 11 月25日武汉的可照时间。解：由附表3可查得6= -20，武汉纬度 申=30 COS30 = tgtg6=-tg30tg（-20）=0.* 30 =77.87即：日出时角为-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=2x77.87/15=10.38小时4.计算水平面上的太阳直接辐 射通量密度 根据公式： Rsb=Rsc?am sinh 大致分三步进行计算：（1）计算太阳高度角的正弦sinh （参看第1, 2两部分）。（2）计算 大气质量数，一般用公式 m=1/sinh （3） 计算 Rsb例1计算北京（取=40N）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：已知申=40,6二 -2327（冬至日），3=-30sinh=sin40sin（ 2327） + cos40cos（ 2327） cos（ 30）=0 .*m=1/sinh=1/0.*=2.8343Rsb二Rsc?am sinh = 1367x0.82.8343x0.*=256.25 （瓦？米-2 ） 例2计算武汉为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：已知申=30, 6=2327，正午太阳高度角为 h=90 -申-6=90 - 30 - 2327=8327 m=1/sinh=1.00657Rsb=Rsc?am sinh = 1367x0.81.00657 xsin8327 = 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：已知申=42 6=-18 a=0.7正午时：h=90 -申+6=90 - 42 - 18=30 m=1/sinh=1/sin30=2Rsb=Rsc?am sinh=1367x（0.7）2 sin30=334.9 （ 瓦?米-2 ） 5. 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 坡二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：已知申=30, 6= - 2327，正午太阳高度角为：h=90 - |申-6|=90 -130 -（- 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 南坡二Rsc?am sina=1367x0.81.6792 xsin5633=784.14 (瓦？ 米-2 )对于北坡，正午时a二h 坡度二3633-20=1633(如果北坡坡 度大于 h 时则无直射光，即 Rsb 北坡 =0)Rsb 北坡二Rsc?am sina=1367x0.81.6792 xsin1633=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：已知申=46.5, 6= 23.5, a=0.8 (1) h=90+6=9046.5 23.5=20 m=1/sinh=1/sin20=2.*玻璃面与地平面的夹角P=90 h = 9020= 70 (2)玻璃面上 的直接辐射通量密度为Rsb 坡二Rsc?am sina =1367x(0.8)2.* xsin90=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：已知申=36.5, 6= 23.5, a=0.8，坡面坡度 P=30 h=90 +6=90 36.5+( 23.5)=30 m=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 南坡二Rsc?am sina=Rsc?am sin(h + |3)=1367x(0.8)2 xsin60= 757.7(瓦?米-2 )北坡：Rsb 北坡二Rsc?am sina=Rsc?am sin(hP)=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。 六、问答题：1. 太阳辐射与地面辐射的异同是什么？答：二者都是以电磁波方式放射能量；二者波长波不同，太阳辐 射能量主要在 0.154 微米，包括紫外线、可见光和红外线，能量最 大的波长为 0.48 微米。地面辐射能量主要在380 微米，为红外线， 能量最大的波长在 10 微米附近。二者温度不同，太阳表面温度为地 面的 20 倍，太阳辐射通量密度为地面的 204 倍。 2. 试述正午太北 半球阳高度角随纬度和季节的变化规律。 答：由正午太阳高度角计 算公式h=90丨-6丨可知在太阳直射点处正午时h最大，为90； 越远离直射点，正午h越小。因此正午太阳高度角的变化规律为：随纬度的变化：在太阳直射点以北的地区(g),随着纬度申的增 大,正午h逐渐减小；在直射点以南的地区，随申的增大，正午h逐 渐增大。随季节(6)的变化：对任何一定的纬度，随太阳直射点的接近，正 午h逐渐增大；随直射点的远离，正午h逐渐减小。例如北回归线以 北的地区，从冬至到夏至，正午h逐渐增大；从夏至到冬至，正午h 逐渐减小。在丨申一6 I 90的地区(极圈内)，为极夜区，全天太阳在地平线以 下。3. 可照时间长短随纬度和季节是如何变化的？答：随纬度的变化：在北半球为夏半年时，全球随纬度申值的增 大(在南半球由南极向赤道申增大)，可照时间延长；在北半球为冬半 年时，全球随纬度申值的增大可照时间缩短。随季节(6)的变化：春秋 分日，全球昼夜平分；北半球随 6 增大(冬至到夏至)，可照时间逐渐 延长；随 6 减小(夏至到冬至)，可照时间逐渐缩短；南半球与此相反。在北半球为夏半年(60)时，北极圈内纬度为(90-6)以北的地区 出现极昼，南极圈内同样纬度以南的地区出现极夜；在北半球冬半年 (60)时，北极圈90+6 以北的地区出现极夜，南极圈内同样纬度以南 出现极昼。4. 光照时间长短对不同纬度之间植物的引种有什么影响？ 答： 光照长短对植物的发育，特别是对开花有显著的影响。有些植物要求 经过一段较短的白天和较长的黑夜才能开花结果，称短日照植物；有 些植物又要求经过一段较长的白天和较短的黑夜才能开花结果，称长 日照植物。前者发育速度随生育期内光照时间的延长而减慢，后者则 相反。对植物的主要生育期（夏半年）来说，随纬度升高光照时间延长， 因而短日照植物南种北引，由于光照时间延长，发育速度将减慢，生 育期延长；北种南引，发育速度因光照时间缩短而加快，生育期将缩 短。长日照植物的情况与此相反。而另一方面，对一般作物来说，温度升高都会使发育速度加快， 温度降低使发育速度减慢。因此，对长日照植物来说，南种北引，光 照时间延长将使发育速度加快，温度降低又使发育速度减慢，光照与 温度的影响互相补偿，使生育期变化不大；北种南引也有类似的光温 互相补偿的作用。所以长日照植物不同纬度间引种较易成功。而对短 日照植物，南种北引，光照和温度的改变都使发育速度减慢，光照影 响互相叠加，使生育期大大延长；而北种南引，光温的变化都使发育 速度加快，光温影响也是互相叠加，使生育期大大缩短，所以短日照 植物南北引种一般不易成功。但纬度相近且海拔高度相近的地区间引 种，不论对长日照植物和短日照植物，一般都容易成功。 5. 为什么 大气中部分气体成分对地面具有 “温室效应”？ 答：大气对太阳短波 辐射吸收很少，绝大部分太阳辐射能透过大气而到达地面，使地面在 白天能吸收大量的太阳辐射能而升温。但大气中的部分气体成分，如 水汽、二氧化碳等，都能强烈地吸收地面放射的长波辐射，并向地面 发射大气逆辐射，使地面的辐射能不致于大量逸出太空而散热过多， 同时使地面接收的辐射能增大（大气逆辐射）。因而对地面有增温或保 暖效应，与玻璃温室能让太阳辐射透过而又阻止散热的保温效应相似 所以这种保暖效应被称为大气的“温室效应”。6. 什么是地面有效辐射？它的强弱受哪些因子的影响？举例说 明在农业生产中的作用。答：地面有效辐射是地面放射的长波辐射与地面所吸收的大气逆 辐射之差，它表示地面净损失的长波辐射，其值越大，地面损失热量 越多，夜晚降温越快。影响因子有：（1）地面温度：地面温度越高，放射的长波辐射越多， 有效辐射越大。（2）大气温度：大气温度越高，向地面放射的长波辐射越多，有效辐射越小。（3）云和空气湿度：由于大 气中水汽是放射长波辐射的主要气体，所以水汽、云越多，湿度越大， 大气逆辐射就越大，有效辐射越小。（4）天气状况：晴朗无风的天气条 件下，大气逆辐射减小，地面有效辐射增大。（5）地表性质：地表越粗 糙，颜色越深，越潮湿，地面有效辐射越强。（6）海拔高度：高度增高， 大气密度减小，水汽含量降低，使大气逆辐射减小，有效辐射增大。 （7）风速：风速增大能使高层和低层空气混合，在夜间带走近地层冷空 气，而代之以温度较高的空气，地面就能从较暖的空气中得到较多的 大气逆辐射，因而使有效辐射减小；而在白天风速增大可使有效辐射 转向增大。举例：因为夜间地面温度变化决定于地面有效辐射的强弱，所以 早春或晚秋季节夜间地面有效辐射很强时，引起地面及近地气层急剧 降温，可出现霜冻。7. 试述到达地面的太阳辐射光谱段对植物生育的作用。 答：太 阳辐射三个光谱段是紫外线（0.150.4微米）、可见光（0.40.76 微米） 和红外线（0.764 微米）。紫外线对植物生长发育主要起生化效应，对 植物有刺激作用，能促进种子发芽、果树果实的色素形成，提高蛋白 质和维生素含量以及抑制植物徒长和杀菌作用等。可见光主要起光效 应，提供给绿色植物进行光合作用的光能，主要吸收红橙光区（0.6 0.7 微米）和蓝紫光区（0.40.5 微米）。红外线主要起热效应，提供植物 生长的热量，主要吸收波长为2.03.0微米的红外线。 第三章 温度一、名词解释题： 1. 温度（气温）日较差：一日中最高温度（气温） 与最低温度（气温）之差。2. 温度（气温）年较差：一年中最热月平均温度 （气温）与最冷月平 均温度（气温）之差。3. 日平均温度：为一日中四次观测温度值之平均。即 T 平均 = （T02+T08+T14+T20）一4。4候平均温度：为五日平均温度的平均 值。 5. 活动温度：高于生物学下限温度的温度。6. 活动积温：生物在某一生育期（或全生育期）中，高于生物学下 限温度的日平均气温的总和。7. 有效温度：活动温度与生物学下限温度之差。 8. 有效积温： 生物在某一生育期（或全生育期）中，有效温度的总和。9. 逆温：气温随高度升高而升高的现象。10. 辐射逆温：晴朗小风的夜间，地面因强烈有效辐射而很快冷 却，从而形成气温随高度升高而升高的逆温。11. 活动面（作用面）：凡是辐射能、热能和水分交换最活跃，从而 能调节邻近气层和土层温度或湿度状况的物质面。