发布时间 : 星期四 文章气象学试题及答案1更新完毕开始阅读
大致分三步进行：
(1) 计算时角ω，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ω＝(t－12)×15°其中t为以小时为单位的时间；如以“弧度”为单位，则ω＝(t－12)×2π/24建议计算时以角度为单位。
(2) 计算sinh值(所需的δ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(30°N)在冬至日上午10时的太阳高度角。 解：上午10时：ω＝(t－12)×15°＝(10－12)×15°＝－30° 冬至日：δ=－23°27' 武汉纬度：φ=30° ∴sinh = sin30°sin(－23°27')＋cos30°cos(－23°27')cos(－30°)=0.48908 h=29°17'
2. 正午太阳高度角的计算 根据公式： h=90°－φ＋δ
进行计算；特别应注意当计算结果h>90°时，应取补角(即用180°－h作为太阳高度角)。 也可根据 h=90°－|φ－δ|
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，φ应取负值；在北半球为冬半年(秋分至春分)时，δ也取负值。 例 计算当太阳直射20°S时(约11月25日)在40°S的正午太阳高度角。 解：已知φ= －40°(在南半球) δ=－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°－|φ－δ| = 90°－|－40°－(－20°)|=70° 3. 计算可照时间 大致分三步：
(1) 根据公式： cosω0 = －tgφtgδ 计算cosω0 的值。
(2) 计算反余弦函数值ω0 ，得日出时角为－ω0 ，日落时角为+ω0 (3) 计算可照时间2ω0 /15°(其中ω0 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δ=－20°，武汉纬度φ=30° cosω0 =－tgφtgδ=－tg30°tg(－20°)=0.210138 ω0 =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=2ω0/15°=2×77.87°/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
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例1 计算北京(取φ=40°N)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φ=40°,δ=－23°27'(冬至日)，ω=－30° sinh=sin40°sin(－23°27') + cos40°cos(－23°27') cos(－30°)=0.352825 m=1/sinh=1/0.352825=2.8343
∴Rsb=Rsc?am sinh=1367×0.82.8343×0.352825=256.25 (瓦?米-2 ) 例2 计算武汉(φ为30°N)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φ=30°，δ=23°27'， 正午太阳高度角为h=90°－φ－δ=90°－30°－23°27'=83°27' m=1/sinh=1.00657
Rsb=Rsc?am sinh=1367×0.81.00657 ×sin83°27'=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φ=42° δ=－18° a=0.7 正午时：h=90°－φ+δ=90°－42°－18°=30° m=1/sinh=1/sin30°=2
Rsb=Rsc?am sinh=1367×(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=Rsc?am sinα
其中α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α。
例1 计算武汉(φ为30°N)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φ=30°，δ=－23°27'，正午太阳高度角为：h=90°－|φ－δ|=90°－|30°－(－23°27')|=36°33' m=1/sinh=1/sin36°33'=1.6792(注意：此处计算m时不能用α代替h)。 对于南坡，正午时α=h+坡度=36°33'+20°=56°33'
Rsb南坡=Rsc?am sinα=1367×0.81.6792 ×sin56°33'=784.14 (瓦?米-2 ) 对于北坡，正午时α=h－坡度=36°33'－20°=16°33'(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 sinα=1367×0.81.6792 ×sin16°33'=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46.5°N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φ=46.5°，δ=－23.5°，a=0.8 (1) h=90°－φ+δ=90°－46.5°－23.5°=20° m=1/sinh=1/sin20°=2.923804
玻璃面与地平面的夹角β=90°－h = 90°－20°= 70° (2) 玻璃面上的直接辐射通量密度为
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Rsb坡=Rsc?am sinα =1367×(0.8)2.923804 ×sin90°=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φ=36.5°，δ=－23.5°，a=0.8，坡面坡度β=30° h=90°－φ+δ=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 =1367×(0.8)2×sin30°=437.4 (瓦?米-2 ) 南坡：Rsb南坡=Rsc?am sinα=Rsc?am sin(h+β)=1367×(0.8)2 ×sin60°= 757.7(瓦?米-2 ) 北坡：Rsb北坡=Rsc?am sinα=Rsc?am sin(h－β)=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0.15~4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3~80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°－｜φ－δ｜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(φ>δ)，随着纬度φ的增大，正午h逐渐减小；在直射点以南的地区，随φ的增大，正午h逐渐增大。
随季节(δ)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｜φ－δ｜>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φ值的增大(在南半球由南极向赤道φ增大)，可照时间延长；在北半球为冬半年时,全球随纬度φ值的增大可照时间缩短。
随季节(δ)的变化：春秋分日，全球昼夜平分；北半球随δ增大(冬至到夏至)，可照时间逐渐延长；随δ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(δ>0)时，北极圈内纬度为(90°-δ）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(δ<0)时，北极圈90°+δ以北的地区出现极夜，南
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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
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