(2) 玻璃面上的直接辐射通量密度为
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
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
水平地面上直接辐射能量密度
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(0.15－0.4微米)、可见光(0.4－0.76微米)和红外线(0.76－4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(0.4－0.5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2.0－3.0微米的红外线。 七、复习思考题：
1.对A、B两灰体，在同样强度的辐射照射下，A升温快得多，问在移去外界辐射源后，哪一个降温快？若A、B都不是灰体，你的结论还成立吗？
2.雪面对太阳辐射的反射率很大(约0.9)，对红外辐射的吸收率也很大(可达0.99)，由此解释地面积雪时天气特别寒冷的原因。
3.设灰体的吸收率为a，试推导其总辐射能力与温度的关系式（提示：将Kirchhoff定律与Stefan－Boltzmann定律结合起来考虑)。
4.已知太阳表面温度约为6000K，地球表面温度平均约为300K，假定太阳表面为绝对黑体，地球表面为吸收率为0.9的灰体，试分别计算太阳和地球表面的总放射能力。 5.计算武汉(30°N)二分、二至日出、日落时间和可照时间。 6.试分析正午太阳高度角随纬度和季节的变化规律。
7.根据可照时间计算公式分析可照时间随纬度和季节的变化规律。 8.当太阳赤纬为δ时，在地球上哪些区域分别出现极昼、极夜？
9.假如地球自转轴与公转轨道面铅直，地球上还会有季节交替吗？可照时间还会变化吗？正午太阳高度角随纬度如何变化呢？为什么？
10.为何长日照植物大多原产于高纬度地区，而短日植物一般原产于低纬度地区？ 11.对长日照作物和短日照植物进行南北引种，哪一种更易成功？为什么？
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12.已知日地平均距离为1.495×10公里，太阳直径为1.392×10公里，太阳常数为 1367瓦?米-2，将太阳视为绝对黑体，忽略宇宙尘埃对太阳辐射的吸收作用，试推算太阳表面辐射的辐射通量密度、总功率和有效温度。
13.为何晴天天空常呈尉蓝色？而日出、日落时太阳光盘又呈红色？
14.根据水平面太阳直接辐射通量密度的计算式，分析直接辐射的影响因素。
15.计算武汉(30°N)和北京(40°N)冬至和夏至日晴天真太阳时10、12时的太阳直接辐射通量密度（设透明系数 p=0.8）。
16.任一坡面上太阳直接辐射通量密度为 Rsb坡=Rsc?am sinα(其中α为太阳光线与坡面的夹角)，试分别计算武汉冬至和夏至正午时，在坡度为30°的南坡和北坡上的太阳辐射通量密度（设透明系数 p=0.8）。
17.武汉夏至日测得正午水平面上的直接辐射通量密度为800瓦?米-2 ，设这一天天空晴朗，透明系数不变，试计算透明系数和下午16时的太阳辐射通量密度。 18.太阳直接辐射、散射辐射与总辐射各受哪些因素影响？
19.晴天直接辐射和散射辐射中光谱能量分布各随太阳高度角如何变化？为什么？(提示：根据分子散射规律解释)。
20.不同光谱成分的太阳辐射对植物的生命活动有何影响？ 21.地面辐射通量密度如何计算？它受什么因素影响？
22.何谓大气的“温室效应”？如果大气中水汽含量减少，“温室效应”是增强还是减弱？为什么（不考虑大气中水汽的凝结物的影响）？
23.何谓地面有效辐射？它受哪些因素的影响？ 24.为何在对流层中，气温随高度的升高而降低？
25.何谓地面辐射差额？其日变化和年变化特征如何？
26.解释名词：辐射、绝对黑体、灰体、太阳赤纬、太阳高度角、方位角、可照时间、光照时间、光周期现象、长日照植物、短日照植物、太阳常数、大气透明系数、大气质量数、总辐射、大气逆辐射、温室效应、地面有效辐射、辐射差额。
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)÷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。
12.容积热容量：单位容积的物质，升温1℃，所需要的热量。
13.农耕期：通常把日平均温度稳定在0℃以上所持续的时期，称为农耕期。
14.逆温层：气温随高度升高而升高的现象，称为逆温现象。发生逆温现象的气层，称为逆温层。
15.三基点温度：是指生物维持生长发育的生物学下限温度、上限温度和最适温度。 二、填空题：
1.空气温度日变化规律是：最高温度出现在(1)时，最低温度出现(2)时。年变化是最热月在(3)，最冷月在(4)月。
2.土温日较差，随深度增加而(5)，极值(即最高，最低值)出现的时间，随着深度的增加而(6)。 3.水的热容量(C)比空气的热容量(7)。水的导热率(λ)比空气(8)。粘土的热容量比沙土的要(9)，粘土的导热率比沙土(10)。 4.干松土壤与紧湿土壤相比： C干松土 土壤的春季增温和秋季的降温比较：沙土春季升温比粘土(11)，秋季降温，沙土比粘土(12)，沙土温度日较差比粘土要(13)。 5.土壤温度的日铅直分布的基本型有：白天为(14)型；夜间为(15)型；上午为(16)型；傍晚为(17)型。 6.在对流层中，若1000米的温度为16.5℃，气温铅直梯度是0.65℃/百米，到2000米处，温度应是(18)℃。 7.温度的非周期性变化，常由(19)而造成。多发生在(20)季节。 8.当rd=1℃/100米，r =0.9℃/100米，则此时的大气层结对干空气是(21)的。 9.我国气温日较差，高纬度地区(22)，低纬度地区(23)，年较差随纬度的升高而(24)，且比世界同纬度地区要(25)。 10.土、气、水温日较差，以土温(26)，气温(27)，水温(28)。 11.日平均气温稳定大于0℃持续日期，称为(29)。 12.某地某月1～6日的日均温分别是10.2，10.1，9.9，10.5，10.0，10.2℃，若某一生物的生物学下限温度为10℃，则其活动积温为(30)℃，有效积温为(31)℃。 答案：(1)14时，(2)日出前后， (3)7月， (4)1月， (5)减小，(6)推迟，(7)大，(8)大，(9)大，(10)大，(11)快， (12)快， (13)大， (14)受热型，(15)放热型，(16)上午转换型，(17)傍晚转换型，(18)10℃， (19)天气突变及大规模冷暖空气入侵，(20)春夏和秋冬之交，(21)稳定，(22)大， (23)小，(24)增大，(25)大，(26)最大，(27)其次，(28)最小，(29)农耕期，(30)51℃，(31)1℃。 三、判断题： 1.对流层中气温随高度升高而升高。 2.我国气温的日较差，年较差都是随纬度升高而升高。 3.寒冷时期，灌水保温，是因为水的热容量大。 4.紧湿土壤，春季升温和秋季降温均比干松土壤要慢。 5.干绝热直减率：rd=0.5℃/100米；湿绝热直减率：rm=1.0℃/100米。 6.因为太阳辐射先穿进大气，再到达地面，所以地面上最高温度出现的时刻比空气的要稍后。 7.日平均气温大于5℃的日期越长，表示农耕期越长。 8.气温随高度升高而升高的气层，称为逆温层。 9.对同一作物而言，其生物学下限温度高于其活动温度，更高于有效温度。 10.正午前后，土温随深度加深而升高，气温随高度降低而降低。 11.地面辐射差额最大时，地面温度最高。 答案：1.错；2.对；3.对；4.对；5.错；6.错；7.错；8.对；9错；10.错；11.错 四、选择题： 1.某时刻土壤温度的铅直分布是随着深度的增加而升高，它属于(3 )。 ①清晨转换型 ②正午受热(日射)型 ③夜间放热(辐射)型 ④傍晚转换型 2.地面温度最高时，则是( 1 )时。 ①地面热量收支差额等于零 ②地面热量收支差额小于零 ③地面热量收支差额大于零 ④地面热量收支差额不等于零 3.由于水的热容量、导热率均大，所以灌溉后的潮湿土壤，白天和夜间的温度变化是(4 )。 ①白天升高慢，夜间降温快 ②白天升高快，夜间降温慢 ③白天和夜间，升温、降温都快 ④白天升高慢，夜间降温慢 4.我国温度的日较差和年较差随着纬度的升高是( 2 )。 ①日较差，年较差均减小 ②日较差、年较差均增大 ③年较差增大，日较差减小 ④日较差增大，年较差减小 答案：1.③；2.①；3.④；4.②。 五、简答题： 1.地面最高温度为什么出现在午后(13时左右)？ 答：正午时虽然太阳辐射强度最强，但地面得热仍多于失热，地面热量贮存量继续增加，因此，温度仍不断升高，直到午后13时左右，地面热收入量与支出量相等，热贮存量不再增加，此时地面热贮存量才达到最大值，相应地温度才出现最高值。 2.试述什么是逆温及其种类，并举例说明在农业生产中的意义。 答：气温随着高度升高而升高的气层，称为逆温层。逆温的类型有辐射逆温、平流逆温、下沉逆温和锋面逆温。农业生产中，常利用逆温层内气流铅直运动弱的特点，选择上午喷洒农药和进行叶面施肥以提高药效及肥效。逆温层对熏烟防霜冻也有利。特别是晴天逆温更显著，贴近地面温度，可比2米上的气温低3～5℃，故冬季对甘薯、萝卜等晒干加工时，为防冻应将晒制品搁放在稍高处。 3.试述我国气温日较差和年较差随纬度的变化特点、以及海陆对它的影响。 答：在我国气温的日较差和年较差均是随纬度升高而升高，且我国气温的年较差比其它同纬度地区要大，因为我国的大陆性强。另外，由海洋面上—沿海地区—内陆地区气温的日、年较差均依次增大，这是因为水、陆热特性差异而造成的。 4.试比较沙土和粘土、干松土壤和紧湿土壤温度变化的特点及其成因。 答：沙土和干松土在白天或增温季节，升温比粘土、紧湿土壤要快；在夜间或降温季节沙土和干松土降温比粘土和紧湿土也快。结果沙土和干松土的温度日较差比粘土和紧湿土的日较差大。这是因为沙土和干松土中空气较多，粘土和紧湿土中水分较多，而空气的热容量和导热率比水的要小的缘故。 5.试述气温非周期性变化的原因及主要季节 答：主要是由于大规模冷暖空气的入侵引起天气的突变所造成，如晴天突然转阴或阴天骤然转晴。主要发生在过渡季节，如春夏或秋冬之交最为显著。 6.空气块在作上升运动时会降温的原因是什么？ 空气块作上升运动是绝热过程。当上升运动时，因周围气压降低，气块体积膨胀，以维持与外界平衡，对外作功，消耗能量。因为是绝热过程，所消耗的能量只能取自气块本身，所以温度降低。
农业气象学考试复习题
