2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星大氣層和氣候變化的研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、解釋下列術(shù)語的定義。1.行星大氣層2.輻射收支3.溫室效應(yīng)4.軌道參數(shù)變化（指米蘭科維奇旋回中的三個參數(shù)）5.氣候反饋機(jī)制二、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)）。1.以下哪種氣體是地球大氣中主要的溫室氣體？()A.氮?dú)?N?)B.氧氣(O?)C.氬氣(Ar)D.二氧化碳(CO?)2.木星大氣的主要成分是？()A.氮?dú)夂脱鯕釨.氫氣和氦氣C.二氧化碳和甲烷D.水蒸氣和氨氣3.導(dǎo)致火星大氣層顯著減少的主要原因是？()A.行星自轉(zhuǎn)速度減慢B.沒有全球性磁場保護(hù)C.接收到的太陽輻射遠(yuǎn)高于地球D.長期持續(xù)的全球性火山活動4.平流層中臭氧層的主要作用是？()A.阻擋可見光B.吸收大部分紫外線輻射C.引起大氣上升運(yùn)動D.分離大氣成分5.根據(jù)當(dāng)前主流理論，金星極端高溫的主要原因是？()A.距離太陽過近B.大氣層極其厚重且富含二氧化碳，導(dǎo)致強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)C.沒有磁場保護(hù)D.地質(zhì)活動極其活躍三、簡答題。1.簡述行星大氣垂直分層結(jié)構(gòu)的基本特征，并說明地球大氣層各層的主要溫度變化規(guī)律。2.解釋什么是行星的能量平衡。為什么說溫室效應(yīng)是一個普遍存在的物理現(xiàn)象？3.列舉至少三種不同類型的行星氣候變化反饋機(jī)制，并簡要說明其作用方式。4.比較地球與火星大氣層的密度、主要成分和壓力分布的主要差異，并分析這些差異對兩顆行星表面環(huán)境可能產(chǎn)生的影響。5.簡述利用遙感技術(shù)（如衛(wèi)星觀測）研究行星大氣成分的基本原理。四、論述題。1.結(jié)合軌道參數(shù)的變化，論述米蘭科維奇旋回如何影響地球的接收能量，并進(jìn)而可能導(dǎo)致地球氣候的周期性變化。2.分析人類活動向大氣中排放溫室氣體的主要途徑及其對地球氣候系統(tǒng)的潛在長期影響。討論減緩氣候變化可能采取的幾個主要方向。3.以火星或金星為例，詳細(xì)分析其獨(dú)特的氣候特征（如極端溫度、全球性風(fēng)暴等）與其大氣層結(jié)構(gòu)、組成以及與太陽的相互作用之間的聯(lián)系。試卷答案一、解釋下列術(shù)語的定義。1.行星大氣層：包裹在行星表面外部的氣體層，通常由行星引力束縛住。它對行星的溫度、氣候、表面形態(tài)以及生命（如果存在）的形成和維持起著至關(guān)重要的作用。2.輻射收支：指在一個給定時間內(nèi)，行星表面和大氣層向外部空間的總輻射輸出與從外部空間接收的總輻射輸入之間的差額。它是決定行星能量平衡和表面溫度的關(guān)鍵因素。3.溫室效應(yīng)：指行星大氣層中的某些氣體成分（溫室氣體，如二氧化碳、水蒸氣）能夠吸收并重新輻射紅外輻射（熱量），從而將熱量保留在行星系統(tǒng)內(nèi)部，導(dǎo)致行星表面溫度高于無大氣層情況下的理論溫度的現(xiàn)象。這是行星維持適宜溫度的必要條件之一，但過強(qiáng)的溫室效應(yīng)也可能導(dǎo)致極端氣候。4.軌道參數(shù)變化（指米蘭科維奇旋回中的三個參數(shù)）：指地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道偏心率、地軸傾角（黃赤交角）和歲差（地球繞太陽公轉(zhuǎn)的節(jié)點(diǎn)在黃道上的進(jìn)動）這三個長期緩慢變化的參數(shù)。這些變化會周期性地改變地球接收到的太陽輻射的強(qiáng)度和分布，是驅(qū)動地球氣候進(jìn)行長期周期性變化的主要外部因素。5.氣候反饋機(jī)制：指大氣中的某些變化（如溫度、水汽含量、云量等）會進(jìn)一步引起其他相關(guān)氣候要素的變化，這種變化又會反過來影響最初的那個變化，從而放大或減弱初始擾動對氣候系統(tǒng)的影響。常見的反饋機(jī)制包括水汽反饋、冰/雪反饋、云反饋、粉塵/甲烷反饋等。二、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填入括號內(nèi)）。1.D(二氧化碳(CO?)是地球大氣中主要的溫室氣體，盡管濃度相對較低，但其吸收紅外輻射的能力很強(qiáng)。氮?dú)夂脱鯕馐谴髿獾闹饕煞值皇菧厥覛怏w，氬氣是稀有氣體，作用甚微。)2.B(木星是氣態(tài)巨行星，其大氣主要由氫氣和氦氣組成，與太陽的組成成分相似。)3.B(火星缺乏像地球這樣全球性的強(qiáng)磁場保護(hù)其大氣層，導(dǎo)致其大氣分子容易受到太陽風(fēng)的高能粒子轟擊和剝離，加上火星表面的低溫，使得大氣有更強(qiáng)的逃逸傾向。)4.B(平流層中的臭氧層能夠強(qiáng)烈吸收太陽輻射中的大部分紫外線（尤其是UV-B和UV-C），保護(hù)地球表面生命免受其有害影響。)5.B(金星擁有極其厚重（約地球的90倍）且主要由二氧化碳組成的大氣層，形成了極其強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致其表面溫度高達(dá)約460攝氏度，是太陽系中最熱的行星。)三、簡答題。1.簡述行星大氣垂直分層結(jié)構(gòu)的基本特征，并說明地球大氣層各層的主要溫度變化規(guī)律。行星大氣垂直分層主要是基于溫度隨高度變化的規(guī)律?；咎卣魇牵簭男行潜砻嫦蛏?，大氣密度逐漸減小，壓力逐漸降低。不同行星的分層結(jié)構(gòu)（層名、高度范圍）因行星自身物理化學(xué)性質(zhì)（如溫度、組成、重力等）而異。地球大氣層主要分為五層：*對流層：覆蓋從地面到約10-12公里（極地）或18公里（赤道）的高度。溫度隨高度升高而降低，平均每升高1公里下降約6.5攝氏度。這是天氣現(xiàn)象（云、雨、風(fēng)）發(fā)生的主要區(qū)域。*平流層：位于對流層之上，延伸到約50-55公里高度。溫度隨高度升高而升高，主要是因?yàn)槌粞跷兆贤饩€導(dǎo)致。存在臭氧層。*中間層：位于平流層之上，延伸到約80-85公里高度。溫度隨高度升高而降低。*熱層：位于中間層之上，延伸到約600公里高度。溫度隨高度急劇升高，主要因?yàn)榇髿夥肿优c太陽紫外線和X射線發(fā)生碰撞而激發(fā)加熱。*散逸層/外逸層：是大氣的最外層，向上延伸至數(shù)千公里，逐漸過渡到星際空間。溫度極高，大氣分子運(yùn)動速度足以克服行星引力而逃逸。2.解釋什么是行星的能量平衡。為什么說溫室效應(yīng)是一個普遍存在的物理現(xiàn)象？能量平衡：指在一個穩(wěn)定狀態(tài)下，行星系統(tǒng)（包括行星表面和大氣層）接收的來自外部源（主要是太陽輻射）的總能量，等于其向外部空間散失的總能量（主要是紅外輻射）。如果接收能量大于散失能量，行星會變暖；反之則會變冷，直到達(dá)到新的平衡。能量平衡是維持行星表面特定溫度的關(guān)鍵。溫室效應(yīng)普遍性：溫室效應(yīng)是一個普遍存在的物理現(xiàn)象，其基本原理是：任何有大氣層的行星，其大氣成分如果包含能夠吸收并重新輻射紅外輻射（熱量）的氣體（即溫室氣體），都會發(fā)生溫室效應(yīng)。這些溫室氣體就像一層“毯子”，捕獲了部分從行星表面向外散發(fā)的熱量，使其回到表面附近，從而提升行星的整體溫度。沒有溫室效應(yīng)，地球表面溫度將驟降至零下幾十?dāng)z氏度，不適合生命生存。因此，只要行星存在大氣層并含有溫室氣體，就會存在溫室效應(yīng)，只是強(qiáng)度因大氣成分和密度的不同而差異巨大。3.列舉至少三種不同類型的行星氣候變化反饋機(jī)制，并簡要說明其作用方式。*水汽反饋：水汽是重要的溫室氣體。當(dāng)氣候變暖時，大氣能容納更多水汽，導(dǎo)致更多的紅外輻射被吸收，進(jìn)一步加劇變暖；反之，當(dāng)氣候變冷時，水汽含量減少，溫室效應(yīng)減弱，導(dǎo)致進(jìn)一步變冷。*冰/雪反饋（反演反饋）：冰和雪對太陽輻射具有高反射率（高反照率）。當(dāng)氣候變暖導(dǎo)致冰雪融化時，暴露出下面的暗色地表（如海洋或陸地），吸收更多太陽輻射而變暖；反之，當(dāng)氣候變冷導(dǎo)致冰雪形成時，增加地表反照率，反射更多太陽輻射而加速變冷。*云反饋：云對氣候的影響復(fù)雜，取決于云的類型、高度、厚度和覆蓋范圍。低云通常具有高反照率，會反射太陽輻射導(dǎo)致冷卻（直接反饋）；高云（如卷云）通常具有較低的反照率，但對紅外輻射有較強(qiáng)的吸收和反射能力。云反饋的凈效應(yīng)（增暖或冷卻）取決于多種因素，是氣候模型中的一個重要不確定性來源。*（可選）粉塵/甲烷反饋：大氣中的塵埃（如來自沙塵暴）會增加大氣層的反照率，導(dǎo)致冷卻（直接反饋）。甲烷也是一種強(qiáng)效溫室氣體，其濃度的變化會通過自身溫室效應(yīng)以及可能影響水汽含量的方式影響氣候。4.比較地球與火星大氣層的密度、主要成分和壓力分布的主要差異，并分析這些差異對兩顆行星表面環(huán)境可能產(chǎn)生的影響。*密度：地球大氣層密度相對較高，尤其在低層；火星大氣層密度極低，大約只有地球海平面密度的1%。這主要源于地球更強(qiáng)的引力（與火星相比）和更濃厚的大氣層。*主要成分：地球大氣主要由氮?dú)猓s78%）和氧氣（約21%）組成，是典型的以氮氧為主的大氣；火星大氣以二氧化碳（約95%）為主，還含有少量氮?dú)狻鍤夂秃哿克魵狻?壓力分布：地球表面平均大氣壓約為1013百帕（1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），大氣壓力隨高度顯著下降；火星表面平均大氣壓僅為約7百帕，僅為地球的1%，大氣壓力隨高度下降更快。*影響：*密度差異：低密度導(dǎo)致火星表面缺乏顯著的風(fēng)壓、氣壓感受，聲音無法遠(yuǎn)傳，也難以形成類似地球的液態(tài)水穩(wěn)定存在（除非在特定低溫高壓條件下或地下）。*成分差異：火星以CO?為主，雖然也有溫室效應(yīng)，但強(qiáng)度遠(yuǎn)不及地球（因大氣稀?。?；地球的N?和O?大氣相對穩(wěn)定，并支持呼吸作用和液態(tài)水。*壓力差異：極低的大氣壓導(dǎo)致火星表面溫度波動極大，水只能以冰或水蒸氣的形式存在，無法形成穩(wěn)定的液態(tài)海洋或河流。5.簡述利用遙感技術(shù)（如衛(wèi)星觀測）研究行星大氣成分的基本原理。遙感技術(shù)通過衛(wèi)星搭載的傳感器（如光譜儀）從軌道上接收來自行星大氣的電磁輻射信號來研究大氣成分?；驹硎牵翰煌髿獬煞值姆肿踊蛄Ｗ訒栈蛏⑸涮囟úㄩL（頻率）的電磁輻射。通過分析探測器接收到的、經(jīng)過大氣層“過濾”或“標(biāo)記”后的輻射光譜（即測量不同波長的輻射強(qiáng)度），可以識別出哪些成分存在，并量化其含量。例如，通過測量特定波長的紅外吸收線，可以確定二氧化碳、水蒸氣、臭氧等溫室氣體的濃度；通過測量可見光和近紅外波段的反射率變化，可以反演出氣溶膠（塵埃、硫酸鹽等）的分布和性質(zhì)。這種方法無需直接采樣，可以大范圍、高頻率地獲取行星大氣信息。四、論述題。1.結(jié)合軌道參數(shù)的變化，論述米蘭科維奇旋回如何影響地球的接收能量，并進(jìn)而可能導(dǎo)致地球氣候的周期性變化。地球圍繞太陽的運(yùn)動軌道并非完美圓形，且地軸相對于公轉(zhuǎn)平面的傾角和方向也在緩慢變化，這三個因素——軌道偏心率、地軸傾角（黃赤交角）和歲差——的變化周期性地改變了地球接收太陽輻射的總量和空間分布。具體來說：*軌道偏心率變化：偏心率決定地球在近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)時與太陽的距離差異。偏心率在約100萬年周期內(nèi)從接近0變化到約0.06，影響地球接收太陽總輻射的年際差異。在偏心率較大的時期，近日點(diǎn)時接收的輻射更多，遠(yuǎn)日點(diǎn)時更少。*地軸傾角變化：黃赤交角在約4萬年間在22.1°到24.5°之間擺動。傾角越大，太陽直射點(diǎn)在南北回歸線之間移動的范圍越大，導(dǎo)致高低緯度之間接收的太陽輻射差異更大，季節(jié)性變化更劇烈。*歲差：地軸指向在黃道上的位置約26000年周期緩慢移動。這導(dǎo)致太陽直射點(diǎn)在南北回歸線之間的移動路徑隨時間發(fā)生變化，使得不同時間到達(dá)某個緯度的太陽輻射量發(fā)生周期性變化。這些周期性的軌道參數(shù)變化組合在一起，形成了具有不同周期（約23,000年、41,000年和100,000年）的復(fù)雜變化模式，導(dǎo)致到達(dá)地球的總太陽輻射以及太陽輻射在地球表面的分布發(fā)生長期、緩慢的變化。當(dāng)這種變化的輻射輸入與地球內(nèi)部的氣候系統(tǒng)（如海洋熱容量、冰雪覆蓋、大氣環(huán)流等）相互作用時，如果能量輸入的變化超出了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，就可能觸發(fā)氣候狀態(tài)的長期、周期性的轉(zhuǎn)換，例如冰期與間冰期的交替。2.分析人類活動向大氣中排放溫室氣體的主要途徑及其對地球氣候系統(tǒng)的潛在長期影響。人類活動主要通過以下途徑向大氣中排放溫室氣體（主要指二氧化碳CO?、甲烷CH?、氧化亞氮N?O等）：*燃燒化石燃料：如煤炭、石油、天然氣的燃燒是CO?最主要的排放源，用于發(fā)電、供暖和交通運(yùn)輸。*工業(yè)過程：氧化鋁生產(chǎn)、水泥制造等工業(yè)過程會排放大量CO?。某些化工生產(chǎn)會排放N?O。*農(nóng)業(yè)活動：使用含氮肥料會產(chǎn)生N?O；牲畜（特別是反芻動物）消化過程和糞便管理會產(chǎn)生CH?；毀林（土地利用變化）減少了吸收CO?的植被，并可能釋放儲存的碳。*廢棄物處理：堆積的有機(jī)廢物在厭氧條件下分解會產(chǎn)生CH?；污水處理也會排放CH?和N?O。這些溫室氣體的增加導(dǎo)致大氣對紅外輻射的吸收能力增強(qiáng)，破壞了地球原有的能量平衡，使得更多熱量被困在地球系統(tǒng)內(nèi)，導(dǎo)致全球平均氣溫升高（全球變暖）。其潛在長期影響廣泛而深遠(yuǎn)，包括：*氣候模式改變：極端天氣事件（熱浪、強(qiáng)降水、干旱）頻率和強(qiáng)度增加；季風(fēng)模式改變；冰川和冰蓋加速融化；海平面上升。*生態(tài)系統(tǒng)影響：物種分布范圍改變、滅絕風(fēng)險(xiǎn)增加；植物生長季提前；珊瑚礁白化；海洋酸化（CO?溶于海水形成碳酸）。*社會經(jīng)濟(jì)影響：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力受影響；水資源管理挑戰(zhàn)增加；沿海地區(qū)面臨淹沒風(fēng)險(xiǎn)；人類健康受威脅（熱相關(guān)疾病、空氣質(zhì)量下降等）；經(jīng)濟(jì)損失。長期來看，如果不采取有效措施減少溫室氣體排放，地球氣候系統(tǒng)可能進(jìn)一步向更極端、更不穩(wěn)定的方向發(fā)展，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，對人類生存和地球生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。3.以火星或金星為例，詳細(xì)分析其獨(dú)特的氣候特征（如極端溫度、全球性風(fēng)暴等）與其大氣層結(jié)構(gòu)、組成以及與太陽的相互作用之間的聯(lián)系。以金星為例：*聯(lián)系：*極端高溫：金星擁有極其厚重（約90倍地球）且主要由二氧化碳（約96%）組成的大氣層。CO?是強(qiáng)效溫室氣體。如此厚重的大氣層產(chǎn)生了極其強(qiáng)大的溫室效應(yīng)，使得大部分太陽輻射被吸收并重新輻射回表面，導(dǎo)致金星表面溫度高達(dá)約460攝氏度，遠(yuǎn)超地球。大氣層的高密度和主要成分是導(dǎo)致極端高溫的根本原因。*全球性風(fēng)暴：金星大氣旋轉(zhuǎn)速度極快，形成了覆蓋全球的、以赤道為中心的巨大反氣旋環(huán)流（超級旋轉(zhuǎn)），風(fēng)速可達(dá)每秒數(shù)百米。這主要是由于金星自轉(zhuǎn)緩慢（一個金星日長達(dá)243個地球日）但大氣密度大、粘性高，導(dǎo)致大氣層內(nèi)部角動量守恒效應(yīng)顯著，使得風(fēng)速遠(yuǎn)超金星自轉(zhuǎn)速度。濃厚的大氣層是其能夠維持如此強(qiáng)勁全球風(fēng)系的物質(zhì)基礎(chǔ)。*與太陽的相互作用：金星距離太陽非常近（約地球到太陽距離的0.72倍），接收到的太陽輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)超地球。強(qiáng)大的太陽輻射為金星大氣提供了巨大的能量，維持了其高溫狀態(tài)和劇烈的大氣動力學(xué)活動（如超級風(fēng)暴）。同時，太陽輻射驅(qū)動著金星大氣與表面之間強(qiáng)烈的熱量交換，盡管效率被溫室效應(yīng)極大扭曲。以火星為例：