2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣污染對氣象的影響研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述溫室效應(yīng)的物理機制，并列舉至少三種主要的人為溫室氣體及其來源。二、解釋什么是大氣穩(wěn)定度，并說明大氣穩(wěn)定度類型（如絕對不穩(wěn)定、絕對穩(wěn)定、條件性不穩(wěn)定）對近地面污染物垂直擴散能力的不同影響。三、氣溶膠可以通過哪些主要途徑影響區(qū)域氣候？請分別闡述其作用機制。四、對比分析硫酸鹽氣溶膠和黑碳?xì)馊苣z在大氣化學(xué)和氣候效應(yīng)方面的主要異同點。五、描述城市熱島效應(yīng)的形成原因及其對城市局地天氣（如邊界層結(jié)構(gòu)、降水）可能產(chǎn)生的影響。六、解釋“半直接效應(yīng)”的概念，并說明氣溶膠如何通過影響云的微物理過程進(jìn)而對氣候產(chǎn)生反饋。七、列舉三種用于監(jiān)測大氣污染物濃度的地面觀測技術(shù)，并簡要說明其中一種技術(shù)的原理。八、簡述數(shù)值空氣質(zhì)量模型在研究大氣污染與氣象相互作用中的基本作用和主要組成部分。九、以某一次典型的區(qū)域性重污染事件為例，分析影響其發(fā)生、發(fā)展和消散的關(guān)鍵氣象因素。十、討論氣候變化背景下，未來大氣污染物擴散條件可能發(fā)生的變化及其潛在影響。十一、如果讓你設(shè)計一個研究項目，旨在探究特定工業(yè)區(qū)排放的污染物對其周邊農(nóng)業(yè)氣象條件的影響，你會選擇哪些研究方法？請闡述你的研究思路和需要關(guān)注的關(guān)鍵問題。試卷答案一、*答案：溫室效應(yīng)是指地球大氣中的某些氣體（溫室氣體）吸收并重新輻射紅外線，導(dǎo)致地球表面和低層大氣的溫度升高的現(xiàn)象。其物理機制主要是太陽短波輻射到達(dá)地表后，地表吸收部分能量升溫并輻射長波紅外輻射，大氣中的溫室氣體（如CO?、H?O、CH?等）選擇性地吸收這些紅外輻射，然后向各個方向重新輻射，部分能量向上輻射回太空，部分向下輻射回地表，從而使得地表溫度高于同等太陽輻射條件下的溫度。人為溫室氣體主要包括：二氧化碳（主要來自化石燃料燃燒、水泥生產(chǎn)等）、氧化亞氮（主要來自農(nóng)業(yè)活動、化石燃料燃燒等）、甲烷（主要來自稻田種植、畜禽養(yǎng)殖、化石燃料開采等）。*解析思路：第一部分要求回答溫室效應(yīng)的基本原理，即大氣對紅外輻射的吸收和再輻射過程。第二部分要求列舉主要的人為溫室氣體并說明來源，考察對關(guān)鍵污染物的認(rèn)知。二、*答案：大氣穩(wěn)定度是指大氣垂直運動受到抑制或促進(jìn)的程度。它根據(jù)大氣溫度隨高度的垂直分布（即位溫廊線）來劃分。絕對不穩(wěn)定是指大氣任意一點受擾動后，無論向上還是向下運動，都將繼續(xù)加速，有利于污染物垂直擴散；絕對穩(wěn)定是指大氣任意一點受擾動后，無論向上還是向下運動，都將受到減速，垂直運動受到強烈抑制，不利于污染物擴散，僅有利于水平擴散；條件性不穩(wěn)定是指大氣在低層不穩(wěn)定，高層穩(wěn)定，當(dāng)?shù)蛯佑信搅骰蛱龝r，會觸發(fā)不穩(wěn)定發(fā)展，這種不穩(wěn)定的發(fā)生與否取決于特定的氣象條件，其對污染物擴散的影響也較為復(fù)雜，通常在邊界層底部有利于擴散，但在高空可能形成逆溫層抑制擴散。*解析思路：首先要定義大氣穩(wěn)定度。然后關(guān)鍵在于準(zhǔn)確描述三種穩(wěn)定度類型（絕對、絕對穩(wěn)定、條件性）對垂直運動的影響，并明確這種影響如何關(guān)系到污染物的擴散。三、*答案：氣溶膠可以通過以下主要途徑影響區(qū)域氣候：1.直接效應(yīng)：氣溶膠粒子通過反射、散射太陽短波輻射，使到達(dá)地面的太陽輻射減少，導(dǎo)致地表溫度降低，稱為冷卻效應(yīng)；部分深色氣溶膠（如黑碳）吸收太陽輻射，可能導(dǎo)致地表或大氣溫度升高。2.間接效應(yīng)：氣溶膠作為云凝結(jié)核（CCN）或冰核（IN），影響云的形成、云滴/冰晶的數(shù)量、大小和分布，進(jìn)而改變云的輻射特性（如反照率、壽命）和降水效率，從而對區(qū)域乃至全球氣候產(chǎn)生顯著影響。3.半直接效應(yīng)：氣溶膠影響云的微物理過程（如通過改變云滴大小影響蒸發(fā)和降水效率），進(jìn)而影響云自身的加熱/冷卻效應(yīng)，這種效應(yīng)既與輻射過程有關(guān)，也與云的物理過程有關(guān)。*解析思路：要求全面列舉氣溶膠影響氣候的主要途徑，并對其中的直接效應(yīng)、間接效應(yīng)和半直接效應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確的概念界定和機制說明。四、*答案：硫酸鹽氣溶膠（主要來自SO?氧化）通常具有較大的半徑和較低的吸收率，主要通過與氣溶膠或云滴的碰撞增長形成云凝結(jié)核，其最主要的氣候效應(yīng)是間接效應(yīng)，即通過增加云的凝結(jié)核數(shù)量，可能導(dǎo)致云變薄、覆蓋范圍擴大，從而對地球產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。硫酸鹽也具有一定的反照率效應(yīng)，進(jìn)一步加劇冷卻。黑碳?xì)馊苣z（主要來自化石燃料和生物質(zhì)不完全燃燒）具有黑色表面，對太陽短波輻射有強烈的吸收作用，導(dǎo)致其上空大氣和地表變暖（直接冷卻地表、間接增溫大氣），同時黑碳沉降到冰雪表面會降低反照率，加速冰雪融化（進(jìn)一步加劇變暖）。此外，黑碳也是一種有效的冰核，可能影響云的形成和性質(zhì)。*解析思路：要求對比兩種氣溶膠的物理化學(xué)特性（大小、顏色、吸光性等），并重點闡述它們各自最主要、最獨特的氣候效應(yīng)（硫酸鹽的間接冷卻和反照率冷卻，黑碳的直接增溫、冰雪反照率降低效應(yīng)及冰核效應(yīng)）。五、*答案：城市熱島效應(yīng)的形成原因主要包括：1.下墊面性質(zhì)差異：城市建筑、道路等surfaces具有較高的熱容量和導(dǎo)熱率，比郊區(qū)的土壤、植被吸熱快、散熱慢；其反照率較低，對太陽輻射吸收更多；城市綠地和水體面積相對較少，蒸騰致冷效應(yīng)減弱。2.人類活動熱源：交通、工業(yè)生產(chǎn)、空調(diào)散熱、暖氣排放等直接向城市大氣釋放大量熱量。3.大氣污染物：某些氣溶膠可能吸收紅外輻射或改變云的輻射特性，對城市增溫有貢獻(xiàn)。城市熱島效應(yīng)對城市局地天氣的影響包括：可能增強城市近地面風(fēng)速，改變邊界層結(jié)構(gòu)，有時會抑制低層輻合和降水形成，但在特定條件下也可能促進(jìn)不穩(wěn)定發(fā)展而加劇對流天氣。*解析思路：需要分別說明城市熱島的形成物理機制（下墊面、人為熱源、污染物）和其對局地天氣（風(fēng)、邊界層、降水）的具體影響。六、*答案：半直接效應(yīng)是指氣溶膠通過改變云的微物理過程，進(jìn)而影響云自身的輻射收支，從而對氣候產(chǎn)生反饋。具體來說，氣溶膠作為云凝結(jié)核（CCN）或冰核（IN），增加了云滴或冰晶的初始數(shù)量。如果云滴數(shù)量增多，平均云滴半徑減小，這可能導(dǎo)致云的蒸發(fā)速率增加，或者當(dāng)云滴足夠小且濃度足夠高時，可能抑制冰晶的形成（在暖云中）或減少降水效率（通過抑制碰并）。這些變化會改變云的輻射特性（如有效反照率、壽命），進(jìn)而影響云對能量的吸收和反射，最終對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋。例如，氣溶膠增加導(dǎo)致云變薄、壽命縮短，可能減少對太陽輻射的反射，使地表和大氣增溫，這就是一種正反饋。*解析思路：核心在于理解“半直接”與“直接”和“間接”效應(yīng)的區(qū)別，即它不是直接改變輻射，而是通過改變云的物理過程（云滴大小、數(shù)量、降水效率）來間接影響輻射平衡。七、*答案：用于監(jiān)測大氣污染物濃度的地面觀測技術(shù)包括：1.化學(xué)采樣器：如濾膜采樣器（用于測定顆粒物質(zhì)量濃度或特定氣體吸收量）、氣體吸收劑采樣管（用于測定特定氣體濃度）；2.氣體分析儀：如紅外氣體分析儀（用于CO?、SO?等）、紫外吸收儀（用于O?）、化學(xué)發(fā)光法分析儀（用于NOx）、熒光法分析儀（用于SO?）等，可直接在線測量某些氣體濃度；3.顆粒物監(jiān)測儀：如β射線法或光散射法顆粒物監(jiān)測儀（用于實時監(jiān)測PM??、PM?.?濃度）。其中，以紅外氣體分析儀為例，其原理是利用特定氣體分子對特定波長的紅外輻射具有選擇性吸收的特性，通過測量紅外輻射通過樣品氣柱后的減弱程度，根據(jù)朗伯-比爾定律計算氣體濃度。*解析思路：要求列舉至少三種不同類型的觀測技術(shù)，并選擇一種進(jìn)行原理說明。重點在于覆蓋不同污染物（氣體、顆粒物）的常用監(jiān)測手段，并能解釋一種分析儀的基本工作原理。八、*答案：數(shù)值空氣質(zhì)量模型在研究大氣污染與氣象相互作用中的基本作用是模擬大氣污染物的時空分布、遷移轉(zhuǎn)化過程，并評估氣象條件對污染事件的影響。其主要組成部分包括：1.氣象場模擬模塊：模擬影響污染物擴散的氣象條件，如風(fēng)場、溫度廓線、濕度、邊界層高度等，通常使用氣象再分析數(shù)據(jù)或獨立運行的氣象模式提供；2.污染源排放模塊：模擬各種固定和移動污染源的排放清單，考慮排放強度、高度、動態(tài)變化等；3.大氣化學(xué)轉(zhuǎn)化模塊：模擬污染物在大氣中的化學(xué)反應(yīng)、光解過程以及干濕沉降等轉(zhuǎn)化和去除過程；4.求解器：求解描述污染物濃度分布的偏微分方程組（如對流擴散方程），將排放、氣象、轉(zhuǎn)化過程耦合起來，得到污染物濃度的時間空間分布模擬結(jié)果。*解析思路：首先說明模型的核心功能和目的。然后需要分解模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，闡述其主要子模塊的功能及其在模擬過程中的作用。九、*答案：以一次典型的區(qū)域性重污染事件為例（例如，可參考?xì)v史事件如2013年京津冀重污染過程），影響其發(fā)生、發(fā)展和消散的關(guān)鍵氣象因素通常包括：1.持續(xù)性的不利擴散條件：長時間（數(shù)天至數(shù)周）的穩(wěn)定或弱不穩(wěn)定大氣層結(jié)，低空逆溫持續(xù)存在，導(dǎo)致近地面污染物難以擴散；2.逆溫層：近地面存在強大的逆溫層，像蓋子一樣將污染物“捂”在近地面；3.靜穩(wěn)風(fēng)場：風(fēng)速?。ㄍǔ?lt;2-3m/s），且風(fēng)向穩(wěn)定，導(dǎo)致污染物在局地積累；4.缺乏有效的清除機制：無降水或降水強度/持續(xù)時間不足以有效沖刷和清除大氣中的污染物；5.高濕條件：有利某些化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，并可能促進(jìn)顆粒物的二次生成。當(dāng)上述條件出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，如出現(xiàn)有利擴散的天氣系統(tǒng)（如強烈的冷空氣活動、大風(fēng)、降水），則污染過程會得到緩解或消散。*解析思路：選擇一個具體案例（不必是真實指定，可泛指典型過程），重點分析氣象因素（層結(jié)、風(fēng)、降水、濕度、逆溫等）如何在污染物的排放和源強相對穩(wěn)定的情況下，導(dǎo)致污染物在近地面累積，形成重污染事件的持續(xù)、發(fā)展和最終消散。十、*答案：氣候變化背景下，未來大氣污染物擴散條件可能發(fā)生的變化及其潛在影響包括：1.邊界層高度變化：全球變暖可能導(dǎo)致平均邊界層高度升高，在無污染源區(qū)有利于擴散，但在污染源附近，若邊界層升高速度慢于近地面污染物濃度增加速度，或存在近地面逆溫，則可能加劇近地面污染；2.氣象極端事件變化：氣候變化可能增加某些極端天氣事件（如熱浪、干旱、強降水）的頻率和強度。熱浪和干旱天氣不利于污染物擴散，可能加劇污染；強降水雖然能清除污染物，但極端強降水可能伴隨更強的污染排放（如交通擁堵），且易引發(fā)次生污染（如污水溢出）；3.風(fēng)場變化：區(qū)域風(fēng)場的變化可能改變污染物的輸送路徑和輸送距離，某些區(qū)域可能更易受到遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠绊?，而另一些區(qū)域本地排放的影響可能加??；4.化學(xué)反應(yīng)環(huán)境變化：溫度和濕度的變化可能影響大氣氧化能力（如羥基自由基濃度），進(jìn)而改變污染物（特別是揮發(fā)性有機物）的轉(zhuǎn)化和二次生成過程。綜合來看，氣候變化對污染物擴散條件的影響是復(fù)雜的區(qū)域差異，總體上可能使某些地區(qū)的空氣污染問題更加嚴(yán)峻。*解析思路：要求從氣候變化（全球變暖、極端事件、風(fēng)場、氧化能力等）對氣象要素（邊界層、風(fēng)、降水、化學(xué)反應(yīng)環(huán)境）的影響入手，分析這些變化如何進(jìn)一步影響大氣污染物的擴散能力和污染分布格局，并指出潛在的積極或消極后果。十一、*答案：如果讓我設(shè)計一個研究項目，旨在探究特定工業(yè)區(qū)排放的污染物對其周邊農(nóng)業(yè)氣象條件的影響，我會采取以下研究方法和思路：1.明確研究區(qū)域和目標(biāo)：確定工業(yè)區(qū)具體位置、周邊主要農(nóng)業(yè)類型和關(guān)注的主要氣象/農(nóng)業(yè)指標(biāo)（如溫度、濕度、光照、作物生長指數(shù)、產(chǎn)量等）；2.污染物監(jiān)測：在工業(yè)區(qū)和周邊農(nóng)業(yè)區(qū)布設(shè)監(jiān)測站點，長期監(jiān)測PM?.?、SO?、NOx、VOCs等主要污染物的濃度時空變化；3.氣象要素監(jiān)測：在研究區(qū)域布設(shè)氣象站或利用高分辨率氣象再分析數(shù)據(jù)，獲取溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、太陽輻射、降水等數(shù)據(jù)；4.農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測：監(jiān)測作物生長關(guān)鍵期的氣象參數(shù)（如有效積溫、光溫水綜合指數(shù)）和作物生長狀況（如葉面積指數(shù)、蒸散量、產(chǎn)量）；5.數(shù)值模擬：利用空氣質(zhì)量模型模擬工業(yè)排放對周邊污染物濃度的貢獻(xiàn)；利用氣象模型或WRF-Chem等耦合模式模擬污染物對局地氣象場的影響，以及氣象和污染物對農(nóng)業(yè)氣象條件的影響；6.統(tǒng)計分析：采用相關(guān)性分析、回歸分析、矩估計等方法，分析污染物濃度與氣象要素、農(nóng)業(yè)氣象