2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程模擬考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填在題后括號內(nèi)）1.下列哪一項不屬于大氣環(huán)境中常見的初級污染物？A.臭氧(O3)B.一氧化碳(CO)C.二氧化硫(SO2)D.揮發(fā)性有機化合物(VOCs)2.在大氣光化學(xué)反應(yīng)中，產(chǎn)生臭氧(O3)的主要前體物是：A.二氧化碳(CO2)B.氮氧化物(NOx)C.水蒸氣(H2O)D.懸浮顆粒物(PM)3.以下哪種過程不是大氣硫酸鹽氣溶膠的主要形成途徑？A.二氧化硫(SO2)的直接液相氧化B.二氧化硫(SO2)的氣相氧化C.海鹽氣溶膠的蒸發(fā)D.氮氧化物(NOx)與氨(NH3)的反應(yīng)4.箱式模型(BoxModel)主要適用于模擬哪種情況下的大氣化學(xué)過程？A.大范圍、長時間尺度的大氣化學(xué)變化B.小范圍、短時間尺度內(nèi)特定區(qū)域的污染物濃度變化C.全球尺度的大氣環(huán)流與化學(xué)物質(zhì)輸送D.單一化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)特性研究5.大氣化學(xué)模式中，邊界層高度(PBL)的準(zhǔn)確確定對于模擬哪種污染物的濃度分布至關(guān)重要？A.二氧化硫(SO2)B.揮發(fā)性有機化合物(VOCs)C.氮氧化物(NOx)D.一氧化碳(CO)二、填空題（請將答案填寫在橫線上）6.大氣化學(xué)過程的主要驅(qū)動力包括__________、__________和__________。7.光化學(xué)煙霧的形成需要的主要條件是__________、__________和__________。8.氣溶膠的物理性質(zhì)包括粒徑、形狀、化學(xué)成分、__________和__________。9.大氣化學(xué)模式通常包含排放清單、__________、氣體擴散模塊、__________和輻射模塊等主要組成部分。10.用來衡量大氣氧化能力的參數(shù)是__________。三、簡答題11.簡述大氣中NOx的主要來源及其在近地面臭氧生成過程中的作用。12.比較大氣化學(xué)箱式模型和區(qū)域模式的異同點。13.描述大氣中硫酸鹽氣溶膠形成的主要化學(xué)途徑。四、論述題14.結(jié)合具體化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，論述大氣化學(xué)模擬在環(huán)境空氣質(zhì)量評估和污染控制策略制定中的作用與局限性。15.試述影響大氣化學(xué)轉(zhuǎn)化過程模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素。試卷答案一、選擇題1.D解析思路：臭氧(O3)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)都是由污染源直接排放到大氣中的，屬于初級污染物；揮發(fā)性有機化合物(VOCs)是參與大氣光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧等次生污染物的前體物，屬于次級污染物。2.B解析思路：大氣中臭氧的光化學(xué)生成是典型的氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機化合物(VOCs)在陽光（紫外線）作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。NOx是關(guān)鍵的催化劑和前體物之一。3.C解析思路：大氣硫酸鹽氣溶膠的主要前體物是二氧化硫(SO2)，其形成途徑主要是SO2在大氣中通過氣相氧化（如被羥基自由基·OH氧化）或液相氧化（如被云/霧滴中的非均相催化劑氧化）生成硫酸。海鹽氣溶膠是海洋來源的鹽類氣溶膠，不是硫酸鹽的主要形成途徑。氮氧化物和氨主要與二次硝酸鹽和銨鹽的形成有關(guān)。4.B解析思路：箱式模型將整個大氣層或某個特定區(qū)域視為一個完全混合的箱子，假設(shè)箱內(nèi)物質(zhì)的濃度均勻一致，主要適用于模擬污染物在一個小尺度、相對封閉或混合均勻的空間內(nèi)（如城市峽谷、污染源附近區(qū)域）的瞬時或短時變化過程。5.D解析思路：一氧化碳(CO)在大氣中的壽命較長，其全球平均濃度相對穩(wěn)定，主要受全球排放和大氣環(huán)流控制。模擬CO濃度分布時，準(zhǔn)確確定大氣邊界層高度非常重要，因為邊界層內(nèi)的混合過程顯著影響近地面污染物的濃度和垂直分布，而CO的重要清除機制（如與羥基自由基反應(yīng)）也主要發(fā)生在邊界層內(nèi)。6.太陽輻射；大氣環(huán)流；化學(xué)反應(yīng)解析思路：太陽輻射是提供光能，驅(qū)動光化學(xué)反應(yīng)和加熱大氣的動力；大氣環(huán)流（風(fēng)）負(fù)責(zé)輸送污染物；化學(xué)反應(yīng)則導(dǎo)致大氣成分的轉(zhuǎn)化和變化。7.陽光（紫外線）；氮氧化物（NOx）；揮發(fā)性有機化合物（VOCs）解析思路：光化學(xué)煙霧的形成必須同時具備紫外線（提供反應(yīng)能量）、NOx（催化劑和反應(yīng)物）以及VOCs（反應(yīng)物）這三個基本條件。8.密度；化學(xué)組成解析思路：氣溶膠的物理性質(zhì)通常包括粒徑（大小分布最重要）、形狀、密度、化學(xué)成分以及光學(xué)性質(zhì)（如吸光性、散射性）。9.化學(xué)動力學(xué)模塊；氣溶膠模塊解析思路：大氣化學(xué)模式的核心是模擬化學(xué)轉(zhuǎn)化過程和物質(zhì)輸送?；瘜W(xué)動力學(xué)模塊描述組分的化學(xué)反應(yīng)，氣溶膠模塊描述氣溶膠的形成、增長、老化、沉降等過程。10.羥基自由基濃度(OH)解析思路：羥基自由基(·OH)是大氣中反應(yīng)活性最強的氧化劑，參與了大氣中絕大多數(shù)有機污染物的降解過程，因此其濃度常被用來衡量大氣的整體氧化能力。二、填空題11.簡述大氣中NOx的主要來源及其在近地面臭氧生成過程中的作用。解析思路：首先列出NOx的主要來源，包括燃燒過程（化石燃料和生物質(zhì)燃燒）、汽車尾氣排放、工業(yè)生產(chǎn)過程等。然后闡述其在臭氧生成中的作用：NOx中的NO在陽光下被紫外線分解產(chǎn)生氧原子(O)，氧原子與O2結(jié)合生成O3；同時，生成的NO2也會在光照下分解產(chǎn)生O和O3；NO還能與臭氧反應(yīng)生成NO2和O2，這個循環(huán)（NO+O3->NO2+O2；NO2+hν->NO+O）被稱為NOx循環(huán)，是近地面臭氧生成的重要機制，NOx在此過程中扮演了催化劑的角色，加速了臭氧的生成。12.比較大氣化學(xué)箱式模型和區(qū)域模式的異同點。解析思路：相同點：都是大氣化學(xué)模型，都旨在模擬大氣化學(xué)過程和污染物濃度。不同點：*空間尺度與范圍：箱式模型尺度極小，將整個大氣或某個區(qū)域視為一個完全混合的盒子；區(qū)域模式則針對特定的地理區(qū)域（如一個城市、一個省份或國家）進(jìn)行模擬，具有三維空間結(jié)構(gòu)（經(jīng)度、緯度、高度）。*時空分辨率：箱式模型時間尺度通常較短，空間分辨率為零；區(qū)域模式具有時間和空間分辨率（如小時、日、公里級別）。*混合假設(shè)：箱式模型假設(shè)箱內(nèi)混合均勻；區(qū)域模式考慮了湍流混合，特別是邊界層內(nèi)的混合過程。*復(fù)雜性與輸入：箱式模型結(jié)構(gòu)簡單，輸入主要是總排放量和反應(yīng)速率常數(shù)；區(qū)域模式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要詳細(xì)的排放清單（空間分布）、氣象數(shù)據(jù)、化學(xué)機制和地表參數(shù)等。*模擬目的：箱式模型常用于估算反應(yīng)速率、驗證化學(xué)機制或模擬瞬時事件；區(qū)域模式主要用于評估區(qū)域空氣質(zhì)量、模擬污染物時空分布、評估污染控制策略效果。13.描述大氣中硫酸鹽氣溶膠形成的主要化學(xué)途徑。解析思路：大氣硫酸鹽的主要形成途徑是二氧化硫(SO2)被氧化為硫酸(H2SO4)，然后硫酸與氣相或液相中的氨(NH3)或其他堿發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鹽顆粒。主要的氧化途徑包括：*氣相氧化：SO2被大氣中的氧化劑（主要是羥基自由基·OH、臭氧O3、過氧乙酰硝酸酯PANs等）直接氧化為硫酸。此過程速率較快，但受氧化劑濃度影響。*液相氧化：SO2溶解在云滴、霧滴或氣溶膠表面，通過非均相化學(xué)或液相化學(xué)被氧化為硫酸。此過程在云和濕沉降過程中尤為重要，可以顯著降低大氣中SO2的濃度。硫酸鹽氣溶膠的形成過程通常是這些氧化途徑與硫酸生成、以及硫酸與堿性物質(zhì)（如NH3、NaOH、NH4OH等）反應(yīng)的復(fù)雜耦合過程。三、論述題14.結(jié)合具體化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，論述大氣化學(xué)模擬在環(huán)境空氣質(zhì)量評估和污染控制策略制定中的作用與局限性。解析思路：首先闡述大氣化學(xué)模擬的作用：*空氣質(zhì)量評估：模擬可以預(yù)測未來空氣質(zhì)量變化趨勢，評估現(xiàn)有污染水平對人類健康和環(huán)境的危害，識別主要污染來源和區(qū)域，模擬特定氣象條件下的污染加劇情況。*污染控制策略制定：模擬可以評估不同污染控制措施（如減少排放、改進(jìn)能源結(jié)構(gòu)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局等）的效果和成本效益，為制定科學(xué)合理的政策提供依據(jù)。例如，模擬不同區(qū)域NOx和VOCs減排比例對臭氧濃度的削減效果。結(jié)合具體過程，如臭氧生成模擬，可以分析NOx和VOCs的相對貢獻(xiàn)，指導(dǎo)協(xié)同控制策略。然后論述其局限性：*模型不確定性：模型本身結(jié)構(gòu)、參數(shù)、化學(xué)機制的選擇存在不確定性；排放清單數(shù)據(jù)往往不完整或準(zhǔn)確度不高；氣象數(shù)據(jù)輸入的誤差。*復(fù)雜過程簡化：大氣化學(xué)過程極其復(fù)雜，模型難以完全捕捉所有細(xì)節(jié)和相互作用。*計算資源需求：高分辨率、長時間模擬需要巨大的計算資源。*驗證困難：某些化學(xué)過程或區(qū)域尺度的模擬結(jié)果難以通過實測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效驗證。15.試述影響大氣化學(xué)轉(zhuǎn)化過程模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素。解析思路：影響模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的因素是多方面的，主要可以歸納為：*排放清單的質(zhì)量：排放數(shù)據(jù)的不確定性（種類、數(shù)量、空間分布、時間變化等）是模擬中最主要的不確定性來源之一。*化學(xué)機制的選擇與參數(shù)化：模型中包含的化學(xué)反應(yīng)種類、反應(yīng)速率常數(shù)的準(zhǔn)確性、氣溶膠化學(xué)過程的描述是否完整和準(zhǔn)確，都會直接影響轉(zhuǎn)化過程的模擬結(jié)果。*氣象場數(shù)據(jù)：風(fēng)場、溫度、濕度、輻射等氣象參數(shù)是驅(qū)動大氣物理過程和化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵，其輸入數(shù)據(jù)的精度和代表性對模擬結(jié)果至關(guān)重要。*模式分辨率與網(wǎng)格尺度：模式分辨率（空間和時間）的選擇會影響對污染物擴散、混合以及化學(xué)反應(yīng)局地性的模擬能力。粗網(wǎng)格可能無法捕捉污染