2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣電磁輻射特征及電電導(dǎo)率分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種氣體對(duì)太陽(yáng)短波輻射（如紫外線、可見光）的吸收能力最強(qiáng)？A.氧氣（O?）B.氮?dú)猓∟?）C.水汽（H?O）D.二氧化碳（CO?）2.大氣中的瑞利散射主要是由哪種粒子引起的？A.大氣分子B.水滴C.云滴D.塵埃顆粒3.地球大氣上界接收到的太陽(yáng)輻射稱為：A.到達(dá)地面的總輻射B.直接輻射C.太陽(yáng)常數(shù)D.散射輻射4.根據(jù)比爾-朗伯定律，當(dāng)光通過均勻介質(zhì)時(shí)，透射比與介質(zhì)厚度成：A.正比B.反比C.指數(shù)關(guān)系D.無關(guān)5.大氣凈輻射是指：A.太陽(yáng)輻射到達(dá)地面的總能量B.地面接收到的太陽(yáng)輻射與地面反射太陽(yáng)輻射之差C.地面有效輻射與大氣逆輻射之差D.大氣吸收的太陽(yáng)輻射與大氣發(fā)射的輻射之差6.大氣電離的主要來源是：A.大氣中的水汽B.地面放射性元素衰變C.宇宙射線D.大氣垂直運(yùn)動(dòng)7.下列哪項(xiàng)因素會(huì)使大氣電導(dǎo)率增大？A.氣壓升高B.溫度降低C.水汽含量減少D.宇宙射線強(qiáng)度減弱8.在大氣電學(xué)中，通常將大氣劃分為具有不同電導(dǎo)率的區(qū)域，其中電導(dǎo)率最低的區(qū)域是：A.對(duì)流層B.平流層C.中層大氣D.電離層9.大氣電導(dǎo)率主要隨高度變化的趨勢(shì)是：A.自下而上逐漸增大B.自下而上逐漸減小C.在一定高度保持不變D.呈波動(dòng)變化10.地面有效輻射是指：A.地面吸收的太陽(yáng)輻射B.地面發(fā)射的長(zhǎng)波輻射C.地面與大氣之間長(zhǎng)波輻射的凈交換量D.地面散射的太陽(yáng)輻射二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后橫線上）1.太陽(yáng)輻射經(jīng)過大氣層時(shí)，波長(zhǎng)越短的光，被吸收得越________。2.大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的主要散射過程有________散射和米氏散射。3.大氣輻射傳輸?shù)幕径芍皇潜葼?朗伯定律，它描述了輻射強(qiáng)度與介質(zhì)________的關(guān)系。4.地球能量平衡的三個(gè)主要分量是感熱flux、潛熱flux和________。5.大氣電離是指大氣中的中性氣體分子失去或得到電子，形成________和自由電子的過程。6.影響大氣電導(dǎo)率的主要因素包括大氣成分、溫度、________和氣壓。7.大氣電導(dǎo)率通常隨高度增加而________（增大/減?。?.大氣中的正負(fù)離子通過碰撞復(fù)合而形成中性分子，這個(gè)過程稱為________。9.雷電活動(dòng)與大氣電導(dǎo)率密切相關(guān)，高電導(dǎo)率區(qū)域通常________（更容易/更不容易）發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。10.大氣作為整體，在接收到太陽(yáng)輻射后，將其中的大部分能量通過________傳輸?shù)狡渌貐^(qū)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收過程及其主要吸收氣體。2.解釋什么是大氣輻射的散射現(xiàn)象，并說明瑞利散射和米氏散射的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述大氣電離的主要物理機(jī)制。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請(qǐng)列出計(jì)算步驟并給出結(jié)果）1.假設(shè)太陽(yáng)輻射通過厚度為10公里的大氣層時(shí)，某波段的輻射強(qiáng)度衰減了90%。已知該波段的大氣吸收符合比爾-朗伯定律，求該波段氣體的吸收系數(shù)（α）。2.某地大氣溫度為20°C（293K），水汽濃度為10g/m3。假設(shè)大氣中的正離子和負(fù)離子濃度均為1×10?個(gè)/cm3，平均碰撞頻率為1×10?次/秒。若復(fù)合系數(shù)為1×10??cm3/s，求該條件下的大氣電導(dǎo)率（單位：西門子/米）。五、論述題（10分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，展開論述）試述大氣電磁輻射特征（特別是太陽(yáng)輻射）對(duì)大氣電導(dǎo)率的影響，并分析這種影響在電離層物理或雷電研究中可能具有重要意義。試卷答案一、選擇題1.C2.A3.C4.B5.C6.C7.A8.B9.A10.C二、填空題1.多2.瑞利3.密度（或濃度）4.大氣逆輻射5.離子6.濕度（或水汽含量）7.增大8.離子復(fù)合9.更容易10.大氣環(huán)流（或熱力環(huán)流）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：考察對(duì)大氣吸收特性的理解。需指出大氣中的各種氣體成分（如水汽、CO?、臭氧、氧氣、氮?dú)獾龋┲粚?duì)特定波段的太陽(yáng)輻射有選擇性吸收。例如，水汽主要吸收紅外和微波波段，CO?吸收紅外波段，臭氧吸收紫外線波段，而氧氣和氮?dú)庵饕尶梢姽夂筒糠旨t外輻射通過。*答案要點(diǎn)：大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收具有選擇性。不同氣體成分吸收不同波段的輻射。主要吸收氣體包括：水汽（紅外、微波），二氧化碳（紅外），臭氧（紫外），氧氣（紅外、部分紫外），氮?dú)猓ㄖ饕尶梢姽馔ㄟ^）。2.解析思路：考察對(duì)輻射散射現(xiàn)象及其分類的理解。首先要定義散射是太陽(yáng)輻射與大氣粒子相互作用后改變方向的現(xiàn)象。然后區(qū)分瑞利散射（由大氣分子引起，波長(zhǎng)反比四次方定律，藍(lán)光散射強(qiáng)）和米氏散射（由氣溶膠粒子引起，波長(zhǎng)關(guān)系復(fù)雜，白光散射強(qiáng)）。*答案要點(diǎn)：大氣輻射散射是指太陽(yáng)輻射與大氣中的粒子相互作用，使輻射改變方向的現(xiàn)象。主要分為瑞利散射和米氏散射。瑞利散射由大氣分子引起，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，短波（藍(lán)紫光）散射強(qiáng)；米氏散射由氣溶膠粒子引起，散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)關(guān)系復(fù)雜，對(duì)各種波長(zhǎng)散射差異較小，白光散射強(qiáng)。3.解析思路：考察對(duì)電離機(jī)制的理解。大氣電離是指中性氣體分子失去電子變?yōu)檎x子或獲得電子變?yōu)樨?fù)離子。主要機(jī)制包括：宇宙射線的高能粒子撞擊，放射性元素衰變釋放的射線，太陽(yáng)紫外輻射光電離，以及地面或大氣中其他過程產(chǎn)生的離子與中性分子碰撞電離。*答案要點(diǎn)：大氣電離是指大氣中的中性氣體分子由于獲得足夠能量（如高能粒子撞擊、紫外線照射、放射性衰變等）而失去電子，形成正離子和自由電子的過程。主要物理機(jī)制包括：宇宙射線電離、放射性電離、光電離等。四、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用比爾-朗伯定律I=I?*10^(-αx)。已知I?,I,x，求α。先求10^(-αx)=I/I?，然后取對(duì)數(shù)求解α。注意單位換算，厚度需轉(zhuǎn)換為米。*計(jì)算步驟：1.I=0.1*I?(衰減90%)2.x=10km=10,000m3.10^(-αx)=I/I?=0.1=10^(-1)4.-αx=-15.α=1/x=1/10,000m=0.0001m?1*結(jié)果：α=0.0001m?12.解析思路：應(yīng)用電導(dǎo)率定義公式γ=neμ。已知n(離子濃度),e(基本電荷),μ(平均碰撞頻率)。注意單位統(tǒng)一，離子濃度需轉(zhuǎn)換為m?3，電荷轉(zhuǎn)換為C。*計(jì)算步驟：1.n=1×10?個(gè)/cm3=1×10?×(100cm/m)3=1×1021m?3(正負(fù)離子濃度相同)2.e=1.6×10?1?C3.μ=1×10?次/秒4.γ=n×e×μ5.γ=(1×1021m?3)×(1.6×10?1?C)×(1×10?s?1)6.γ=1.6×1021?3?1??1?m?3Cs?17.γ=1.6×10?S/m*結(jié)果：γ=1.6×10?S/m五、論述題解析思路：考察對(duì)大氣輻射與電離層/雷電相互作用的綜合理解。需要首先說明太陽(yáng)輻射（特別是紫外線和X射線）是引起大氣電離的主要能量來源。然后，分析電離程度（即電導(dǎo)率）如何受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和波段的影響（如太陽(yáng)活動(dòng)周期）。最后，闡述電離率（與電導(dǎo)率相關(guān)）對(duì)電離層結(jié)構(gòu)和參數(shù)的影響，以及如何影響大氣電導(dǎo)率分布，進(jìn)而影響雷電的形成、傳播和地磁效應(yīng)等。*答案要點(diǎn)：大氣電離主要依賴太陽(yáng)輻射提供的能量。太陽(yáng)紫外輻射和X射線能夠撞擊大氣中的中性分子，使其電離產(chǎn)生離子和自由電子，從而形成導(dǎo)電的大氣層。太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度和光譜成分隨太陽(yáng)活動(dòng)周期變化，因此大氣電離程度（表現(xiàn)為電導(dǎo)率）也相應(yīng)變化。高太陽(yáng)活動(dòng)期，大氣電離