2025年大學(xué)《數(shù)理基礎(chǔ)科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣環(huán)境與生態(tài)環(huán)境考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)述大氣垂直分層結(jié)構(gòu)及其主要特征。說(shuō)明平流層存在臭氧層的原因及其對(duì)地球生命的重要性。二、解釋什么是大氣污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程。以二氧化硫（SO2）為例，描述其在大氣中主要的物理和化學(xué)轉(zhuǎn)化途徑，并簡(jiǎn)述這些過(guò)程對(duì)空氣質(zhì)量的影響。三、高斯擴(kuò)散模型是用于估算點(diǎn)源污染物地面濃度的一種常用模型。簡(jiǎn)述該模型的基本假設(shè)。若已知某高架點(diǎn)源排放速率Q（kg/s），距離源點(diǎn)水平距離x（m），大氣穩(wěn)定度參數(shù)P，大氣擴(kuò)散參數(shù)σy（m）和σz（m），請(qǐng)寫出地面軸線處污染物濃度C(x,y=0,z=0)的公式，并說(shuō)明各符號(hào)的物理意義。四、什么是空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）？它是如何構(gòu)建的？簡(jiǎn)述AQI在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中的作用。五、全球氣候變暖的主要原因是人類活動(dòng)排放了大量的溫室氣體。簡(jiǎn)述溫室效應(yīng)的物理原理。列舉三種主要的溫室氣體，并說(shuō)明它們?cè)诖髿庵械闹饕獊?lái)源。六、生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)通常遵循能量傳遞定律，即能量在相鄰營(yíng)養(yǎng)級(jí)之間的傳遞效率通常在10%左右。簡(jiǎn)述生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)。為什么說(shuō)生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)是單向、逐級(jí)遞減的？七、簡(jiǎn)述生物多樣性的概念及其三個(gè)主要層次。說(shuō)明生物多樣性喪失的主要原因及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能可能產(chǎn)生的影響。八、什么是生態(tài)模型？它在生態(tài)學(xué)研究和生態(tài)管理中有什么作用？舉例說(shuō)明一種常用的生態(tài)模型類型（如種群增長(zhǎng)模型、食物網(wǎng)模型等），并簡(jiǎn)述其基本原理。九、環(huán)境監(jiān)測(cè)是生態(tài)環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)。簡(jiǎn)述環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要目的。列舉至少三種常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)（方法），并說(shuō)明其基本原理或應(yīng)用場(chǎng)景。十、可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的綜合概念。簡(jiǎn)述可持續(xù)發(fā)展的核心思想。在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需要遵循哪些基本原則？十一、假設(shè)某研究區(qū)域存在一個(gè)單一污染物源，其排放總量為E（mol/s）。該污染物在環(huán)境介質(zhì)（如水體或土壤）中遵循一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)，降解速率常數(shù)為k（1/s）。若該區(qū)域的環(huán)境容量（能容納污染物的最大量而不造成危害）為Cmax（mol）。請(qǐng)推導(dǎo)出該污染物在環(huán)境介質(zhì)中的濃度C隨時(shí)間t變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式（假設(shè)初始濃度為0）。此模型有何局限性？十二、結(jié)合你所學(xué)的知識(shí)，論述城市熱島效應(yīng)的形成原因及其對(duì)城市大氣環(huán)境和居民生活可能產(chǎn)生的影響。提出至少兩種緩解城市熱島效應(yīng)的潛在措施，并簡(jiǎn)要說(shuō)明其原理。試卷答案一、大氣垂直分層主要依據(jù)溫度隨高度變化的規(guī)律分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和外逸層。對(duì)流層溫度隨高度升高而降低，大氣垂直運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，是天氣現(xiàn)象發(fā)生的主要場(chǎng)所。平流層溫度隨高度升高而升高，主要因?yàn)槌粞跷兆贤饩€。平流層中的臭氧層能吸收大部分太陽(yáng)紫外線輻射，保護(hù)地球生命免受其傷害。二、大氣污染物的遷移轉(zhuǎn)化是指污染物在大氣中通過(guò)物理過(guò)程（如擴(kuò)散、沉降、混合）和化學(xué)過(guò)程（如光解、氧化還原反應(yīng)）發(fā)生空間位置變化和化學(xué)性質(zhì)改變的總稱。以SO2為例，它在大氣中主要發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化：被大氣中的氧氣氧化生成硫酸鹽氣溶膠（如SO3，再與水反應(yīng)生成H2SO4，形成酸雨）；或在陽(yáng)光作用下被氮氧化物氧化；或被云、霧、氣溶膠表面吸附。這些轉(zhuǎn)化過(guò)程改變了SO2的形態(tài)和分布，影響著酸雨的形成、大氣能見(jiàn)度以及人體健康。三、高斯擴(kuò)散模型的基本假設(shè)包括：污染物源是連續(xù)點(diǎn)源；大氣穩(wěn)定度不變；污染物在水平方向上均勻擴(kuò)散；大氣為無(wú)限空間；風(fēng)速恒定且垂直方向無(wú)分量；忽略地形影響；污染物分子擴(kuò)散服從高斯分布。地面軸線處污染物濃度C(x,y=0,z=0)的公式為C(x)=(2Q/(πυ?2u))*exp(-y2/2σy2)，其中Q為源強(qiáng)（kg/s），x為水平距離（m），υ?為x方向擴(kuò)散參數(shù)（m），u為風(fēng)速（m/s），σy為y方向擴(kuò)散參數(shù)（m）。公式中Q代表排放量，x代表水平距離，υ?代表x方向擴(kuò)散能力，u代表空氣水平流動(dòng)速度，σy代表污染物在垂直于下風(fēng)向方向上的擴(kuò)散范圍。四、空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）是將多種空氣污染物濃度簡(jiǎn)化為單一數(shù)值形式，用于報(bào)告空氣質(zhì)量狀況和健康風(fēng)險(xiǎn)。它是通過(guò)對(duì)各項(xiàng)污染物（如PM2.5,PM10,SO2,NO2,O3,CO）的濃度進(jìn)行分步計(jì)算，得到相應(yīng)的指數(shù)值，然后選取最大值作為該地區(qū)的AQI值。AQI能夠直觀反映空氣質(zhì)量水平，方便公眾了解和比較不同地區(qū)或不同時(shí)間的空氣質(zhì)量狀況，并為采取健康防護(hù)措施提供依據(jù)。五、溫室效應(yīng)是指大氣中的溫室氣體（如二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等）吸收并重新輻射地球表面發(fā)出的紅外輻射，使地球表面和低層大氣的溫度升高的現(xiàn)象。其物理原理是溫室氣體對(duì)太陽(yáng)短波輻射透明，但對(duì)地球放出的長(zhǎng)波輻射（紅外線）具有強(qiáng)烈的吸收和再次輻射能力，部分能量向下輻射回地表，導(dǎo)致地表能量收支失衡，溫度升高。主要的溫室氣體包括二氧化碳（主要來(lái)自化石燃料燃燒、森林砍伐）、甲烷（主要來(lái)自農(nóng)業(yè)活動(dòng)、天然氣泄漏）和氧化亞氮（主要來(lái)自農(nóng)業(yè)和工業(yè)活動(dòng)）。它們?cè)诖髿庵型ㄟ^(guò)自然和人為過(guò)程產(chǎn)生并累積。六、生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的特點(diǎn)是單向流動(dòng)和逐級(jí)遞減。能量流動(dòng)是從生產(chǎn)者（植物）開(kāi)始，通過(guò)食物鏈（初級(jí)消費(fèi)者、次級(jí)消費(fèi)者等）逐級(jí)傳遞。每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)通過(guò)呼吸作用消耗大部分能量，只有少量能量（約10%左右）傳遞到下一營(yíng)養(yǎng)級(jí)。能量流動(dòng)是單向的，因?yàn)橄M(fèi)者無(wú)法直接利用生產(chǎn)者固定的太陽(yáng)能，能量在傳遞過(guò)程中不斷以熱能形式散失。因此，能量流動(dòng)是單向、逐級(jí)遞減的，決定了生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)結(jié)構(gòu)和每個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物量。七、生物多樣性是指地球上所有生物（動(dòng)物、植物、微生物）及其遺傳變異和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性總稱。其三個(gè)主要層次是遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。生物多樣性喪失的主要原因是人類活動(dòng)，如生境破壞與破碎化（森林砍伐、城市擴(kuò)張）、氣候變化、環(huán)境污染、外來(lái)物種入侵、過(guò)度開(kāi)發(fā)利用等。生物多樣性喪失會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抵抗干擾能力，破壞生態(tài)平衡，威脅生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提供。八、生態(tài)模型是使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言、符號(hào)、圖表等來(lái)描述生態(tài)系統(tǒng)中各種因素之間的相互關(guān)系和動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的工具。它在生態(tài)學(xué)研究和生態(tài)管理中的作用包括：幫助理解復(fù)雜的生態(tài)過(guò)程和機(jī)制；預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)；評(píng)估人類活動(dòng)的影響；為生態(tài)保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)；設(shè)計(jì)生態(tài)恢復(fù)方案。常用的生態(tài)模型類型包括種群動(dòng)態(tài)模型（如Logistic模型）、食物網(wǎng)模型、生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程模型（如能量流動(dòng)模型、物質(zhì)循環(huán)模型）等。以Logistic種群增長(zhǎng)模型為例，其基本原理是種群增長(zhǎng)率在資源有限時(shí)隨種群密度增加而下降，模型常表示為dN/dt=rN(1-N/K)，其中N為種群數(shù)量，r為內(nèi)稟增長(zhǎng)率，K為環(huán)境容納量。九、環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要目的是獲取環(huán)境質(zhì)量信息，了解環(huán)境狀況及其變化趨勢(shì)，評(píng)估環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，并保障人體健康和生態(tài)安全。常用的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)（方法）包括：化學(xué)分析法（如分光光度法測(cè)定水質(zhì)污染物）、儀器分析法（如質(zhì)譜儀、色譜儀分析空氣污染物）、遙感技術(shù)（如衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)土地利用、植被覆蓋）、生物監(jiān)測(cè)法（利用生物體對(duì)環(huán)境變化的敏感性進(jìn)行監(jiān)測(cè)）、聲學(xué)監(jiān)測(cè)法等。例如，分光光度法通過(guò)測(cè)量溶液對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收強(qiáng)度來(lái)確定水中特定污染物（如COD、氨氮）的濃度。十、可持續(xù)發(fā)展的核心思想是既滿足當(dāng)代人的需求，又不損害后代人滿足其需求的能力。它強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三個(gè)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展，追求人與自然的和諧共生。在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展需要遵循的基本原則包括：保護(hù)優(yōu)先、預(yù)防為主、綜合治理；資源節(jié)約與循環(huán)利用；環(huán)境承載能力約束；生態(tài)系統(tǒng)的整體性和區(qū)域性；公平性（代內(nèi)公平和代際公平）。十一、污染物在環(huán)境介質(zhì)中濃度隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式推導(dǎo)如下：設(shè)排放速率為E（mol/s），降解速率為k（1/s），環(huán)境容量為Cmax（mol），當(dāng)前時(shí)刻t的濃度為C(t)。根據(jù)質(zhì)量守恒，進(jìn)入系統(tǒng)的總量等于系統(tǒng)內(nèi)增加的量加上系統(tǒng)內(nèi)原有的量減去降解掉的量。在dt時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入系統(tǒng)的量為E*dt，系統(tǒng)內(nèi)增加的量為dC，原有的量為C，降解掉的量為kC*dt。對(duì)于初始濃度為0的系統(tǒng)，有E*dt=dC-kC*dt。整理得dC/(Cmax-C)=(E/k)*dt。積分兩邊，∫[0toC(t)]dC/(Cmax-C)=∫[0tot](E/k)dt。得到-ln[(Cmax-C(t))/Cmax]=(E/k)t。整理得到C(t)=Cmax*[1-exp(-(E/k)t)]。此模型的局限性在于假設(shè)降解速率恒定（一級(jí)動(dòng)力學(xué)），而實(shí)際情況中降解速率可能受多種因素影響（如濃度、溫度），呈現(xiàn)更復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；同時(shí)未考慮環(huán)境容量已滿的情況，即當(dāng)C接近Cmax時(shí)，模型預(yù)測(cè)的濃度增長(zhǎng)會(huì)趨緩，但未完全停止。十二、城市熱島效應(yīng)是指城市區(qū)域的溫度顯著高于周邊郊區(qū)的現(xiàn)象。主要形成原因包括：城市下墊面性質(zhì)改變（如水泥、瀝青表面吸熱和儲(chǔ)存熱量能力強(qiáng)于自然地表）、城市建筑密集導(dǎo)致通風(fēng)不良、人類活動(dòng)產(chǎn)生大量廢熱（如交通、工業(yè)、空調(diào)、照明等）、城市綠地和水體減少（蒸發(fā)冷卻作用減弱）等。城市熱島效應(yīng)可能導(dǎo)致：增加空調(diào)能耗，加劇空氣