2025年大學《地球系統(tǒng)科學》專業(yè)題庫——地球系統(tǒng)科學與自然災害防治考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題1.地球系統(tǒng)科學強調地球作為一個整體，其各圈層之間通過___、___、___等相互作用進行物質和能量交換。2.地球系統(tǒng)科學的核心思想包括整體性、關聯(lián)性、動態(tài)性和___。3.水循環(huán)是地球系統(tǒng)中最活躍的循環(huán)之一，它連接著大氣圈、___、___和生物圈。4.自然災害系統(tǒng)通常由致災因子、孕災環(huán)境和___三個基本要素構成。5.氣候變化導致的___增加是許多區(qū)域洪水和極端降水事件風險上升的重要原因。6.遙感技術在自然災害監(jiān)測中可用于___、___和災害損失評估等方面。7.地理信息系統(tǒng)（GIS）在自然災害風險評估中主要用于___和空間分析。8.地球系統(tǒng)模型是模擬地球系統(tǒng)過程和變化的重要工具，可用于___自然災害發(fā)生的可能性和影響。9.“基于自然的解決方案”（NbS）是指利用___的生態(tài)系統(tǒng)服務功能來應對社會面臨的挑戰(zhàn)，在自然災害防治中可發(fā)揮重要作用。10.地球系統(tǒng)科學視角下的自然災害風險管理強調預防為主、___和可持續(xù)發(fā)展。二、名詞解釋1.地球系統(tǒng)循環(huán)2.孕災環(huán)境3.風險評估4.模型模擬5.跨學科整合三、簡答題1.簡述地球系統(tǒng)科學相比于傳統(tǒng)地學學科的顯著特點。2.氣候變化如何增加全球自然災害的風險？3.闡述遙感技術在監(jiān)測地質災害（如滑坡）中的應用原理。4.簡述基于GIS的自然災害風險區(qū)劃的基本步驟。四、分析題1.分析土地利用變化如何影響區(qū)域的水循環(huán)過程，并進而增加洪水或干旱的風險。2.以洪水災害為例，說明地球系統(tǒng)科學視角下的綜合風險評估包含哪些主要方面。3.論述生態(tài)系統(tǒng)恢復和基于自然的解決方案在減輕自然災害風險和促進可持續(xù)發(fā)展方面的潛力與挑戰(zhàn)。五、論述題結合地球系統(tǒng)科學的多圈層相互作用理念，論述如何構建一個綜合性的自然災害防治體系，以更有效地應對日益復雜的自然災害挑戰(zhàn)。試卷答案一、填空題1.能量流通物質2.非線性3.水圈巖石圈4.承災體5.降水強度6.地表形變監(jiān)測7.空間數(shù)據(jù)管理8.預測9.自然環(huán)境10.綜合防治二、名詞解釋1.地球系統(tǒng)循環(huán):指地球系統(tǒng)中各種物質（如水、碳、氮等）和能量（如太陽能）在地球的不同圈層之間以及圈層內部進行遷移、轉化和循環(huán)的過程，是維系地球生命支持系統(tǒng)的基本機制。**解析思路:*定義核心在于物質和能量的遷移、轉化、循環(huán)以及圈層間的互動，是地球系統(tǒng)科學的基礎概念。2.孕災環(huán)境:指能夠產(chǎn)生自然災害的地理環(huán)境條件，包括自然因素（如地形、地質、氣候、水文等）和社會經(jīng)濟因素（如人口密度、土地利用、工程建設等），是致災因子作用的對象和基礎。**解析思路:*定義核心在于“產(chǎn)生災害”的環(huán)境條件，區(qū)分自然和社會經(jīng)濟因素，強調其是災害形成的必要條件。3.風險評估:指識別自然災害可能發(fā)生的因素、評估可能發(fā)生的概率（或頻率）、分析可能造成的影響（或損失），并綜合這些信息確定自然災害風險的過程。**解析思路:*定義核心在于“識別、評估、分析、確定”風險，包含概率、影響和綜合三個層面。4.模型模擬:指利用數(shù)學方程和算法構建反映自然災害形成、發(fā)展或影響的簡化模型，通過計算機運算模擬其過程、預測其結果，為認識和防治災害提供科學依據(jù)。**解析思路:*定義核心在于“數(shù)學方程、算法、計算機運算、模擬過程或結果”，強調其工具性和預測性。5.跨學科整合:指將來自不同學科（如地學、大氣科學、生態(tài)學、社會學、經(jīng)濟學、工程學等）的知識、理論、方法和視角結合起來，以更全面、系統(tǒng)地認識和解決復雜問題的思想和實踐。**解析思路:*定義核心在于“不同學科”、“知識理論方法視角”的“結合”，目的在于“全面系統(tǒng)地認識和解決復雜問題”，是地球系統(tǒng)科學的特征。三、簡答題1.簡述地球系統(tǒng)科學相比于傳統(tǒng)地學學科的顯著特點。*答：地球系統(tǒng)科學的顯著特點包括：(1)整體性：強調地球作為一個整體系統(tǒng)，關注各圈層間的相互作用和聯(lián)系，而非孤立地研究單個圈層或現(xiàn)象。(2)關聯(lián)性：注重揭示不同地球系統(tǒng)要素之間的相互關聯(lián)和反饋機制。(3)動態(tài)性：關注地球系統(tǒng)的動態(tài)變化過程，包括自然變化和人類驅動的變化。(4)非線性：認識到地球系統(tǒng)過程中普遍存在的非線性特征，即小的輸入可能引發(fā)巨大的輸出。(5)跨學科性：融合地學、生物學、化學、物理學、大氣科學、海洋學等多個學科的知識和方法。(6)人地系統(tǒng)：關注人類活動與地球系統(tǒng)之間的相互作用和耦合。**解析思路:*回答需突出“整體”、“關聯(lián)”、“動態(tài)”、“非線性”、“跨學科”、“人地系統(tǒng)”這幾個核心關鍵詞，與傳統(tǒng)地學側重單一學科、單一圈層或現(xiàn)象的特點進行對比。2.氣候變化如何增加全球自然災害的風險？*答：氣候變化通過多種途徑增加全球自然災害風險：(1)改變大氣環(huán)流，導致極端天氣事件（如熱浪、強降水、干旱、臺風）頻率和強度增加。(2)全球變暖導致冰川融化、海平面上升，增加沿海地區(qū)洪水、海岸侵蝕和咸水入侵的風險。(3)水汽含量增加為強降水和洪水提供了更多水汽來源。(4)極端低溫事件頻率減少可能改變某些災害（如凍害）的分布和風險。(5)氣候變化與其他因素（如土地利用變化、工程缺陷）疊加，可能進一步放大災害風險。**解析思路:*回答需涵蓋氣候變化對主要極端天氣事件、海平面上升、水汽含量等具體影響，并點明這些影響如何直接轉化為洪水、干旱、熱浪、臺風、海岸侵蝕等自然災害風險的升高。3.闡述遙感技術在監(jiān)測地質災害（如滑坡）中的應用原理。*答：遙感技術在監(jiān)測滑坡中的應用原理主要是利用其非接觸、大范圍、高效率的特點獲取地表信息：(1)形變監(jiān)測：通過對比不同時相的衛(wèi)星影像或航空影像，利用差分干涉雷達（DInSAR）、合成孔徑雷達干涉測量（InSAR）等技術監(jiān)測地表微小形變，識別潛在滑坡體或已發(fā)生滑坡的區(qū)域。(2)地表特征變化檢測：通過光學影像（如多光譜、高分辨率可見光）監(jiān)測地表植被覆蓋變化、地形地貌改變、裂縫出現(xiàn)等滑坡前兆或跡象。(3)致災因子監(jiān)測：利用遙感監(jiān)測降雨分布、地表溫度（與融雪凍融相關）、地震影響范圍、地下水位變化等可能誘發(fā)或加劇滑坡的致災因子。(4)災害后快速評估：滑坡發(fā)生后，可快速獲取災區(qū)范圍、災害體形態(tài)、道路橋梁等基礎設施損毀情況，為應急救援和災后評估提供依據(jù)。**解析思路:*回答需圍繞“非接觸、大范圍、高效率”的特點展開，具體說明如何利用不同遙感類型（雷達、光學）及其技術（DInSAR、InSAR）監(jiān)測形變、地表特征變化、致災因子以及災害后評估。4.簡述基于GIS的自然災害風險區(qū)劃的基本步驟。*答：基于GIS的自然災害風險區(qū)劃的基本步驟通常包括：(1)數(shù)據(jù)收集與準備：收集與災害風險評估相關的各類空間數(shù)據(jù)，如致災因子數(shù)據(jù)（如降雨量、地震烈度、地形坡度）、承災體數(shù)據(jù)（如人口分布、建筑物、土地利用類型）和孕災環(huán)境數(shù)據(jù)（如地質構造、河流網(wǎng)絡）。(2)數(shù)據(jù)預處理：對收集到的數(shù)據(jù)進行格式轉換、坐標系統(tǒng)一、拓撲檢查、屬性連接等預處理操作，使其能在GIS軟件中統(tǒng)一處理。(3)指標構建與權重確定：根據(jù)災害形成機制和風險評估目標，構建具體的風險評估指標體系，并確定各指標在風險綜合評價中的權重。(4)單因素風險制圖：利用GIS空間分析功能（如疊置分析、緩沖區(qū)分析等），根據(jù)各風險評估指標的空間分布和閾值，制作單因素風險區(qū)劃圖。(5)多因素風險綜合評價：將各單因素風險圖進行加權疊置分析或其他綜合評價方法，生成綜合的自然災害風險區(qū)劃圖，通常表現(xiàn)為風險等級圖。(6)結果分析與驗證：對風險區(qū)劃結果進行空間分析、統(tǒng)計檢驗和專家驗證，評估其合理性和可靠性，并形成最終的風險區(qū)劃報告。**解析思路:*回答需按標準流程展開，涵蓋數(shù)據(jù)、預處理、指標權重、單因素制圖、多因素綜合、結果分析等核心環(huán)節(jié)，突出GIS的空間分析功能在其中的應用。四、分析題1.分析土地利用變化如何影響區(qū)域的水循環(huán)過程，并進而增加洪水或干旱的風險。*答：土地利用變化顯著影響區(qū)域水循環(huán)過程：(1)植被覆蓋減少：毀林開荒、城市擴張等導致植被覆蓋度降低，減少了地表對降水的截留、蒸發(fā)和下滲，增加了地表徑流。這會加速地表水下流，減少土壤蓄水能力，使得降雨更易形成地表徑流。(2)地表硬化：城市建設、道路鋪設等造成地表硬化（不透水層），雨水無法下滲，幾乎全部形成地表徑流，導致徑流系數(shù)增大，徑流峰值出現(xiàn)時間提前且峰值流量增大。(3)濕地破壞：濕地是重要的“海綿”，具有調蓄洪水、補充地下水、凈化水質的作用。濕地面積減少或功能退化，削弱了其對水循環(huán)的調節(jié)能力。(4)土地利用方式改變：如將森林轉變?yōu)檗r(nóng)田，改變了植被類型和根系結構，影響土壤持水能力和水分蒸散。*對洪水風險的影響：土地利用變化導致產(chǎn)流迅速、匯流時間縮短、徑流量增大、洪水峰值高，顯著增加了河流洪水和城市內澇的風險。*對干旱風險的影響：雖然短期內增加地表徑流，但長期來看，植被破壞和土壤硬化減少了地下水補給和區(qū)域蒸散發(fā)調節(jié)能力，可能加劇區(qū)域水資源短缺，使得干旱影響更嚴重，或在相同干旱條件下持續(xù)時間更長，增加了干旱風險。**解析思路:*需清晰闡述土地利用變化（植被減少、地表硬化、濕地破壞等）對水循環(huán)中蒸發(fā)、下滲、徑流等關鍵環(huán)節(jié)的具體影響機制，并分別、邏輯清晰地分析這些機制如何最終導致洪水和干旱風險的升高。需結合水循環(huán)原理進行解釋。2.以洪水災害為例，說明地球系統(tǒng)科學視角下的綜合風險評估包含哪些主要方面。*答：地球系統(tǒng)科學視角下的洪水災害綜合風險評估是一個系統(tǒng)性的過程，包含以下主要方面：(1)孕災環(huán)境評估：評估洪水發(fā)生的自然背景，包括氣候變化導致的降水模式變化（頻率、強度）、地理地形特征（如平原、河谷、海岸線）、水系特征（河道縱坡、流域面積）、土壤性質、植被覆蓋、湖泊水庫調蓄能力等。特別關注氣候變化對極端降水事件頻率和強度的增強作用。(2)致災因子評估：評估引發(fā)洪水的具體物理過程和強度，主要是降雨量及其時空分布、融雪或融冰速率、風暴潮surge高度等。利用地球系統(tǒng)模型模擬未來情景下致災因子的可能變化。(3)承災體評估：評估洪水可能影響和損害的對象，包括人口分布、密度、經(jīng)濟社會活動（城市、工農(nóng)業(yè)、基礎設施）、土地利用類型、建筑物性質和抗災能力、生態(tài)系統(tǒng)（如濕地）等。關注承災體的脆弱性，如缺乏防洪設施、低洼地帶人口密集等。(4)人地系統(tǒng)互動評估：考慮人類活動對洪水過程的影響（如土地利用變化、河道整治、水庫調度、城市排水系統(tǒng)建設）以及洪水對人類社會和生態(tài)系統(tǒng)的反饋影響。評估人類活動干預對風險增減的作用。(5)風險綜合與不確定性分析：綜合孕災環(huán)境、致災因子、承災體以及人地互動評估的結果，計算洪水風險（可能性和潛在損失），并進行不確定性分析，識別評估過程中的關鍵不確定因素，提高風險評估的可靠性和適應性。**解析思路:*回答需緊扣“地球系統(tǒng)科學”視角，強調“系統(tǒng)性”、“綜合性”，明確風險評估包含“孕災環(huán)境”、“致災因子”、“承災體”、“人地系統(tǒng)互動”以及“風險綜合與不確定性”這幾個相互關聯(lián)的核心組成部分，并指出各部分評估的具體內容和側重點。3.論述生態(tài)系統(tǒng)恢復和基于自然的解決方案在減輕自然災害風險和促進可持續(xù)發(fā)展方面的潛力與挑戰(zhàn)。*答：生態(tài)系統(tǒng)恢復和基于自然的解決方案（NbS）在減輕自然災害風險（災防）和促進可持續(xù)發(fā)展方面具有顯著潛力，但也面臨挑戰(zhàn)。*潛力：*減輕自然災害風險：(1)增強生態(tài)系統(tǒng)服務功能：恢復森林、濕地、紅樹林、珊瑚礁等生態(tài)系統(tǒng)，可以增強其提供水調節(jié)（涵養(yǎng)水源、調節(jié)徑流、減少洪水）、土壤保持（減少滑坡、泥石流）、海岸防護（抵御風暴潮、侵蝕）等生態(tài)服務功能，直接降低相關災害風險。(2)提高韌性：健康的生態(tài)系統(tǒng)更能有效緩沖和適應自然災害沖擊，減少損失，并促進災后恢復。(3)成本效益高：相較于硬工程措施，NbS通常具有更高的長期成本效益和多重生態(tài)社會效益。(4)促進生物多樣性：NbS的實施有助于保護和支持生物多樣性。*促進可持續(xù)發(fā)展：(1)應對氣候變化：恢復陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)（如植樹造林、恢復濕地）有助于吸收大氣中的二氧化碳，減緩氣候變化。(2)改善水資源管理：NbS有助于涵養(yǎng)水源、凈化水質、調節(jié)水循環(huán)，保障水資源安全。(3)提升社區(qū)生計：NbS可以提供非木材林產(chǎn)品、改善漁業(yè)資源、增加就業(yè)機會，改善當?shù)厣鐓^(qū)生計。(4)提升公眾健康：清潔的水源和健康的綠地有助于提升公眾健康水平。(5)促進社會公平：NbS可以作為參與式治理的工具，促進社區(qū)參與和利益共享。*挑戰(zhàn)：*科學認知不足：對生態(tài)系統(tǒng)在特定災害風險管理中的具體機制和效果量化評估仍需加強，存在“黑箱”問題。*監(jiān)測與評估困難：NbS的效果往往是長期和漸進的，且受多種因素影響，監(jiān)測評估體系尚不完善。*資金投入與管理：NbS項目需要啟動資金和長期維護，資金來源和可持續(xù)性管理是挑戰(zhàn)。*政策與法規(guī)障礙：現(xiàn)有政策法規(guī)體系可能不完全支持或協(xié)調NbS的實施，需要制度創(chuàng)新和政策激勵。*社會接受度與土地利用沖突：可能面臨當?shù)厣鐓^(qū)對NbS效益認知不足或土地利用沖突的問題。*與硬工程措施的協(xié)調：如何將NbS與現(xiàn)有的工程措施有效結合，形成綜合防治體系，是實踐中的一大挑戰(zhàn)。**解析思路:*需分別論述NbS在“災防”和“可持續(xù)發(fā)展”兩方面的潛力，列舉具體例子和機制；接著分析其面臨的主要挑戰(zhàn)，從科學認知、監(jiān)測評估、資金、政策、社會、技術協(xié)調等多個維度展開。結構清晰，論證充分。五、論述題結合地球系統(tǒng)科學的多圈層相互作用理念，論述如何構建一個綜合性的自然災害防治體系，以更有效地應對日益復雜的自然災害挑戰(zhàn)。*答：構建一個基于地球系統(tǒng)科學理念的綜合自然災害防治體系，需要打破學科壁壘和部門分割，整合多圈層信息與知識，采取系統(tǒng)思維和綜合措施。具體可以從以下幾個方面構建：*1.建立基于地球系統(tǒng)科學的全局性與區(qū)域性觀測網(wǎng)絡：構建覆蓋大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和冰雪圈的多源、多尺度、高頻率的觀測系統(tǒng)。利用衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測站網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術，實時獲取地球系統(tǒng)各圈層狀態(tài)及其相互作用信息，特別是致災因子（如極端天氣、地震活動、海平面上升）和承災環(huán)境（如地形、地質、植被、社會經(jīng)濟分布）的動態(tài)變化數(shù)據(jù)。這為理解災害形成機制、識別風險源、進行早期預警提供了基礎。*2.發(fā)展地球系統(tǒng)科學驅動的綜合災害風險評估模型：建立能夠整合多圈層數(shù)據(jù)和過程模擬的地球系統(tǒng)模型或耦合模型。這些模型應能模擬氣候變化、土地利用變化、工程活動等人類活動對孕災環(huán)境和致災因子的影響，以及這些因素如何相互作用導致自然災害的發(fā)生和演化。利用模型進行情景模擬，評估不同未來情景下自然災害風險的時空變化，為制定適應性和韌性策略提供科學依據(jù)。*3.構建跨學科的綜合災害管理平臺與機制：建立由自然科學、社會科學、工程技術等多學科專家組成的跨學科團隊和決策支持平臺。促進不同部門（如氣象、水利、地質、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、住建、應急等）之間的信息共享、協(xié)同規(guī)劃和聯(lián)合行動。采用“人-地-災害”系統(tǒng)思維，綜合評估自然災害風險對生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟社會系統(tǒng)的綜合影響，制定包含預防、準備、響應、恢復等環(huán)節(jié)的全鏈條、多層次的防治策