2025年大學《大氣科學》專業(yè)題庫——大氣中氣溶膠對氣象系統(tǒng)的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.下列哪種氣溶膠成分通常被認為對氣候系統(tǒng)具有顯著的冷卻效應(yīng)？A.黑碳B.海鹽顆粒C.硫酸鹽D.有機碳2.在大氣科學中，能夠有效吸附水汽并形成云滴的氣溶膠顆粒被稱為：A.冰核(IN)B.沙塵C.云凝結(jié)核(CCN)D.黑碳3.氣溶膠的“第一間接效應(yīng)”主要是指：A.氣溶膠吸收紅外輻射導致大氣增溫B.氣溶膠散射太陽輻射，增加地表反射率C.氣溶膠作為CCN增加云滴數(shù)濃度，導致云反照率增加D.氣溶膠作為IN增加冰晶數(shù)濃度，改變云的微物理結(jié)構(gòu)4.下列哪種人類活動是城市地區(qū)氣溶膠的主要來源？A.植被燃燒B.海浪噴濺C.交通排放D.火山噴發(fā)5.氣溶膠從大氣中去除的主要途徑是：A.光化分解B.大氣擴散C.沉降（干沉降和濕沉降）D.化學轉(zhuǎn)化二、填空題6.氣溶膠的粒徑通常用________(單位)或________(單位)來表示。7.氣溶膠的光學厚度（AOD）是衡量大氣________(現(xiàn)象)強度的關(guān)鍵參數(shù)。8.能夠吸收太陽短波輻射的氣溶膠主要是指________氣溶膠。9.云凝結(jié)核（CCN）通常指在________K左右的過飽和條件下能夠吸濕增長形成云滴的氣溶膠顆粒。10.氣溶膠對大氣輻射平衡的影響包括________效應(yīng)和________效應(yīng)。三、名詞解釋11.氣溶膠光學厚度(AOD)12.黑碳(BC)13.云凝結(jié)核(CCN)14.直接效應(yīng)15.邊界層四、簡答題16.簡述氣溶膠作為云凝結(jié)核（CCN）如何影響云的形成和發(fā)展。17.比較硫酸鹽氣溶膠和黑碳氣溶膠對氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生的最主要影響差異。18.簡述氣溶膠濕沉降的主要機制，并說明其對大氣化學和環(huán)境的影響。五、論述題19.論述氣溶膠的間接效應(yīng)在大氣氣候系統(tǒng)中的作用機制及其重要性。為什么理解氣溶膠的間接效應(yīng)如此困難？20.結(jié)合邊界層氣象學的知識，論述城市大氣中的氣溶膠如何影響局地的熱力和動力結(jié)構(gòu)。試卷答案1.C2.C3.C4.C5.C6.微米(μm)/納米(nm)7.散射8.黑碳9.010.直接/間接11.氣溶膠光學厚度(AOD)：指大氣中氣溶膠對太陽輻射的消光比率，是無量綱量，用于定量描述氣溶膠對大氣透明度的影響。AOD越大，表示大氣中氣溶膠含量越高，對太陽輻射的削弱作用越強。12.黑碳(BC)：又稱煙黑粒子，是化石燃料和生物質(zhì)不完全燃燒產(chǎn)生的純碳質(zhì)顆粒，具有強烈的吸收太陽短波輻射的能力，是大氣中主要的溫室氣體之一，也是影響區(qū)域和全球氣候的重要氣溶膠成分。13.云凝結(jié)核(CCN)：指在云形成過程中，能夠吸收水汽并在飽和水汽壓下增長到足夠大尺寸，能夠作為云滴核心的氣溶膠顆粒。通常指在0K左右過飽和條件下能夠吸濕增長形成云滴的氣溶膠顆粒，其存在對云滴的初始形成和大小分布有決定性影響。14.直接效應(yīng)：指氣溶膠直接通過其光學特性（吸收和散射）對大氣輻射平衡產(chǎn)生的影響。包括：反射太陽輻射導致地表和大氣層頂接收到的短波輻射減少，引起冷卻；吸收太陽輻射導致大氣層頂能量增加或地表與大氣的能量交換發(fā)生變化，可能引起增溫。15.邊界層：指地球表面（如陸地或海洋）附近，其氣象要素（如溫度、風速、濕度等）受地表物理條件顯著影響的一層大氣。其高度通常在白天約為1-2公里，夜間較小。氣溶膠的生成、傳輸和沉降與邊界層內(nèi)的垂直混合和地表活動密切相關(guān)。16.解析思路：CCN是云滴形成的初始核。當大氣中存在CCN時，水汽會在這些顆粒表面凝結(jié)，形成微小的云滴。云滴的數(shù)量濃度和大小分布受到CCN濃度的直接影響：CCN濃度越高，初始形成的云滴數(shù)量就越多，平均云滴直徑則相對較小。云滴數(shù)濃度的增加會顯著影響云的宏觀特性，如云量、云的垂直厚度以及最重要的——云的反照率（即云對太陽輻射的反射能力）。更多的云滴意味著更高的云反照率，云會更有效地反射太陽輻射回太空，從而對區(qū)域和全球的能量平衡產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。此外，CCN濃度也影響云的降水效率，高CCN可能使云滴過于細小，難以碰撞增長形成大雨滴而降落。17.解析思路：硫酸鹽氣溶膠（如硫酸鹽）主要來源于大氣中的二氧化硫（SO2）氧化，常見于工業(yè)排放和火山噴發(fā)等。它對太陽輻射主要是散射作用，且散射能力較強，傾向于增加大氣對短波輻射的反射，導致地表和低層大氣溫度下降，產(chǎn)生顯著的冷卻效應(yīng)。硫酸鹽氣溶膠在大氣中通常壽命較長（數(shù)周至數(shù)月），可以傳輸?shù)胶苓h的距離，因此其冷卻效應(yīng)具有較大的區(qū)域性乃至全球性。黑碳氣溶膠（煙黑粒子）是化石燃料和生物質(zhì)燃燒的產(chǎn)物。它是一種黑色的固體顆粒，對太陽短波輻射具有強烈的吸收能力，尤其是在可見光波段。這種吸收會導致大氣（尤其是低層大氣）增溫，并對地表產(chǎn)生增溫效應(yīng)。此外，黑碳沉降到冰雪表面（如極地冰蓋、高山冰川）會降低冰雪的反照率，使其更快吸收太陽輻射而加速融化，這是一種重要的氣候反饋機制。黑碳的壽命相對較短（幾天到幾周），主要影響其所在區(qū)域的邊界層和直接下風向的區(qū)域?？偨Y(jié)來說，硫酸鹽主要致冷（散射），影響廣，壽命長；黑碳主要致暖（吸收），影響邊界層和局部，壽命短，并有重要的冰雪反照率反饋。18.解析思路：氣溶膠濕沉降是指氣溶膠顆粒被云或雨滴捕獲，并通過降水過程從大氣中去除的過程。其主要機制包括：1)云滴捕獲：氣溶膠顆粒（特別是較大或表面性質(zhì)適宜的顆粒）可以直接被生長中的云滴包裹或碰撞并合并到云滴上。2)云滴碰并：作為云滴的核，氣溶膠顆粒參與了云滴的成核和增長過程，當這些含有氣溶膠核心的云滴長大后，在云中與其他云滴發(fā)生碰撞合并，最終匯入降水粒子（雨滴或雪晶）。3)被雨滴/雪晶捕獲：氣溶膠顆粒可以懸浮在云中，后被形成的雨滴或雪晶在下降過程中捕獲。濕沉降將大氣中的氣溶膠及其攜帶的化學物質(zhì)（如重金屬、硫酸鹽、硝酸鹽等）帶到地表，對水體、土壤和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。例如，酸雨就是含有硫酸和硝酸等酸性物質(zhì)的降水，由含硫/氮氣溶膠濕沉降形成，可導致土壤酸化、水體酸化、腐蝕建筑物等。同時，濕沉降也是大氣自凈的重要途徑之一。19.解析思路：氣溶膠的間接效應(yīng)是指氣溶膠通過改變云的微物理特性，進而間接影響大氣輻射平衡的過程，其核心在于氣溶膠作為云凝結(jié)核（CCN）和冰核（IN）的作用。作用機制：1)第一間接效應(yīng)（云反照率效應(yīng)）：氣溶膠濃度影響云滴數(shù)濃度。高CCN濃度導致形成更多的、更小的云滴，使得云的總表面積增大，云反照率（云對太陽輻射的反射率）增加，云更有效地反射太陽輻射回太空，導致大氣系統(tǒng)冷卻。反之，低CCN濃度下云滴較大，云反照率較低。2)第二間接效應(yīng)（云壽命/光學深度效應(yīng)）：高云滴數(shù)濃度可能改變云的微物理過程，如增加云的蒸發(fā)速率或改變降水效率，導致云的壽命縮短或光學厚度減小，從而減少對太陽輻射的吸收和散射總量，同樣導致冷卻。這些效應(yīng)的凈結(jié)果（正或負）以及強度受氣溶膠類型、濃度、云的類型等多種因素影響，且存在很大的不確定性。重要性：氣溶膠間接效應(yīng)被認為是當前不確定性和對氣候系統(tǒng)的總強迫貢獻中最大的部分之一，僅次于溫室氣體。理解氣溶膠間接效應(yīng)對于準確評估人類活動對氣候的影響、預(yù)測未來氣候變化至關(guān)重要。困難性：理解氣溶膠間接效應(yīng)之所以困難，主要有以下幾點：1)氣溶膠本身的時空變率極大，從本地污染到全球傳輸，從小時尺度到季節(jié)尺度都有顯著變化，準確測量其濃度和特性非常困難。2)氣溶膠與云的相互作用復雜，涉及多物理場（輻射、流體力學、微物理）的耦合。3)云本身的復雜性（類型、結(jié)構(gòu)、發(fā)展階段等）也極大地影響著氣溶膠效應(yīng)的表現(xiàn)。4)實驗?zāi)M（實驗室、現(xiàn)場觀測）和數(shù)值模式模擬在模擬這些復雜相互作用時都存在局限性和不確定性。特別是第二間接效應(yīng)的模擬，其不確定性仍然很大。20.解析思路：城市大氣中的氣溶膠濃度通常遠高于郊區(qū)或鄉(xiāng)村地區(qū)，其類型也以人為來源為主（如交通排放的黑碳、硫酸鹽、硝酸鹽、有機碳等）。這些氣溶膠對城市邊界層的熱力和動力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響：熱力方面：1)直接增溫效應(yīng)：城市中的黑碳等吸光性氣溶膠吸收太陽短波輻射和地表長波輻射，直接加熱大氣，尤其是在邊界層低層。2)溫室效應(yīng)：氣溶膠本身（如硫酸鹽、有機碳）和作為凝結(jié)核/冰核影響云的輻射特性，都可能間接導致城市區(qū)域及其上空大氣增溫。3)城市熱島效應(yīng)加劇：氣溶膠的這些增溫效應(yīng)疊加在自然城市熱島效應(yīng)之上，進一步加劇了城市地區(qū)的溫度高于周邊郊區(qū)的現(xiàn)象。動力方面：1)邊界層結(jié)構(gòu)改變：氣溶膠可以影響近地面的湍流混合。一方面，氣溶膠對太陽輻射的散射可以增加到達地面的漫射光，可能抑制低層混合；另一方面，氣溶膠加熱低層大氣可能增強對流活動，加劇垂直混合。綜合效果取決于氣溶膠類型、濃度和氣象條件。氣溶膠的垂直分布可以影響邊界層的高度。2)局地環(huán)流影響：城市地表性質(zhì)（受氣溶膠影響）和溫度異常（熱島）會改變城市冠層邊界層的溫