2025年大學《行星科學》專業(yè)題庫——行星霧霾天氣對大氣流動的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在火星大氣中，主要的塵埃來源不包括：A)火山噴發(fā)B)全球性沙塵暴C)隕石撞擊D)大氣化學反應直接生成2.行星上的霧霾（或塵埃）顆粒，若其主要光學厚度位于可見光波段，則最可能對行星的表面溫度產(chǎn)生的主要影響是：A)增加熱量平衡，導致全球變暖B)減少熱量平衡，導致全球變冷C)對熱量平衡影響不大，主要影響大氣環(huán)流模式D)導致大氣中水汽顯著增加3.對于一個類地行星，其低層大氣邊界層內(nèi)的風速和湍流活動，在晴朗天氣和被廣泛分布的霧霾覆蓋時，通常表現(xiàn)為：A)兩者相似，變化不大B)霧霾時風速減小，湍流活動增強C)霧霾時風速增大，湍流活動減弱D)霧霾時風速減小，湍流活動減弱4.在行星科學中，將大氣塵?；驓馊苣z視為“行星有效溫度”的調節(jié)器，其主要機制是指它們：A)通過溫室效應直接加熱大氣B)通過吸收太陽輻射直接加熱地表C)增加行星反照率，反射更多太陽輻射，導致冷卻D)減少地表對太陽輻射的吸收，導致冷卻5.在金星濃厚的大氣中，硫酸鹽煙霧層對金星大氣環(huán)流（如超級旋轉和信風帶）的主要影響是：A)削弱行星尺度環(huán)流，使得風速減小B)增強行星尺度環(huán)流，使得風速增大C)對行星尺度環(huán)流的平均狀態(tài)影響不大，主要改變邊界層結構D)導致大氣環(huán)流模式發(fā)生劇烈的、季節(jié)性的變化6.如果一個氣態(tài)巨行星（如木星）的大氣中出現(xiàn)大量半徑較大的冰晶或塵埃顆粒，除了可能影響輻射傳輸外，還可能顯著改變：A)高層大氣中的化學成分循環(huán)B)行星的整體溫室效應強度C)大氣中的湍流混合尺度D)行星自轉速度7.利用火星探測器（如“好奇號”或“毅力號”）上的儀器測量火星大氣中的塵埃濃度，其間接測量方法可能包括：A)測量太陽光譜在特定波段的吸收率變化B)直接光學計數(shù)法C)測量大氣壓力隨高度的變化率D)以上所有方法8.行星霧霾顆粒作為云凝結核（CCN）或冰核（IN），主要影響大氣中：A)氣體成分的垂直分布B)大氣環(huán)流的總能量C)云的形成、類型和降水過程D)地表接收到的太陽輻射總量9.在數(shù)值模擬中，為了研究火星沙塵暴對全球大氣環(huán)流的影響，除了設置沙塵暴的排放源，還需要重點考慮：A)霧霾在大氣中的擴散和沉降參數(shù)化B)地表反照率的瞬時變化C)大氣輻射參數(shù)化D)以上所有因素10.與地球硫酸鹽型平流層氣溶膠相比，金星硫酸鹽煙霧層的持久性和對大氣環(huán)流的影響，主要區(qū)別在于：A)金星煙霧顆粒更大，更易沉降B)金星大氣密度更高，煙霧不易被氣流彌散C)金星缺乏臭氧層破壞，煙霧化學穩(wěn)定性更高D)金星引力較小，煙霧更容易被長波輻射加熱抬升二、簡答題（每小題5分，共30分。請簡潔明了地回答下列問題）11.請簡述火星全球沙塵暴（GlobalDustStorms）的形成條件及其對火星大氣環(huán)流造成的顯著改變。12.解釋“行星反照率反饋”機制，并說明增加的霧霾/塵埃通常如何觸發(fā)這種反饋。13.為什么說火星極地冬季的“二氧化碳霜凍”和春季的“霜凍升華”過程，是理解火星大氣中水汽和塵埃相互作用的關鍵？14.在行星大氣動力學中，霧霾如何通過改變大氣密度和垂直溫度結構，進而影響浮力驅動的環(huán)流系統(tǒng)（如邊界層發(fā)展和行星尺度環(huán)流）？15.簡述利用遙感方法探測行星霧霾（塵埃）云頂高度和光學厚度的基本原理。16.比較土衛(wèi)六（Titan）上的霧霾（主要是甲烷/乙烷冰粒）與地球上的沙塵或火山灰，在物理特性和對大氣環(huán)境（特別是大氣成分）影響方面的主要異同點。三、計算題（共20分。請列出必要的公式和計算步驟）17.假設某行星大氣在無塵埃覆蓋時，其表面反照率為0.3，行星有效溫度為T?=255K?，F(xiàn)由于大規(guī)模霧霾事件，行星反照率增加至0.6。假設該霧霾層對太陽輻射的吸收可以忽略不計（即視為理想反照率增加），且行星與太陽的輻射平衡關系滿足斯武藩-玻爾茲曼定律（T?∝(1-A)，其中A為反照率）。請計算霧霾事件發(fā)生后，該行星新的有效溫度T'，并說明其變化原因。（結果保留兩位小數(shù)）四、論述題（每小題10分，共30分。請結合所學知識，全面、深入地回答下列問題）18.綜合論述火山活動噴發(fā)出的不同類型物質（如塵埃、二氧化硫等）對金星大氣環(huán)流和氣候可能產(chǎn)生的復雜影響，包括短期和長期效應。19.以火星或土衛(wèi)六為例，分析大氣中的霧霾/塵埃層如何與行星的能量平衡、大氣成分以及潛在的表面液態(tài)水（如果存在）發(fā)生相互作用，形成一個相互關聯(lián)的復雜系統(tǒng)。20.鑒于火星大氣相對稀薄且季節(jié)變化顯著，討論霧霾活動在火星年際氣候波動和大氣環(huán)流年際變率中可能扮演的角色，并思考如何通過探測任務獲取數(shù)據(jù)來驗證這些影響。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.C5.B6.C7.D8.C9.D10.B二、簡答題11.火星全球沙塵暴通常由赤道地區(qū)強烈的對流活動觸發(fā)，強大的上升氣流將地表的疏松塵埃卷吸至高空，并在行星自轉和行星波等動力學因素作用下迅速向全球擴散。顯著改變包括：形成覆蓋全球的厚塵埃層，顯著降低行星反照率，改變能量平衡（導致增溫）；增厚大氣，改變大氣成分（如CO?分壓）；改變輻射傳輸路徑和效率，進而影響大氣溫度結構和環(huán)流模式（如可能增強低層風，改變行星尺度波活動）。12.行星反照率反饋是指行星表面或低層大氣的反照率變化，進而影響其吸收的太陽輻射量，最終導致行星溫度變化的反饋機制。增加的霧霾/塵埃通常會提高行星表面的反照率（即反射更多陽光）。這導致到達地表的太陽輻射減少，使得地表和低層大氣溫度下降。溫度下降又可能影響大氣環(huán)流和云的分布，進一步調節(jié)反照率，形成一個完整的反饋循環(huán)。對于冷卻效應為主的霧霾，這通常是一個負反饋機制。13.火星極地冬季的干冰（固態(tài)CO?）霜凍覆蓋在表面，會顯著降低極地表面的反照率，并阻止大氣中的水蒸氣在極地低溫下直接凝華沉積。這導致大部分水蒸氣被輸送到中低緯度地區(qū)。春季，隨著干冰升華，極地表面的反照率突然增加，同時釋放出積存在地表下的大量水蒸氣。這些水蒸氣在中低緯度上升，容易形成云層甚至降水，并可能在升華和降水過程卷攜或催化塵埃顆粒的懸浮。因此，這一過程是水汽輸送、相變、輻射特性變化和塵?；顒酉嗷リP聯(lián)的關鍵環(huán)節(jié)。14.霧霾顆粒的存在會改變大氣垂直切變的分布，尤其是在邊界層底部。密度增加和光學厚度改變會影響太陽輻射的穿透深度和地表加熱狀況，進而改變近地表層的溫度梯度和浮力。這會直接影響邊界層的混合高度和發(fā)展。在更大尺度上，廣泛分布的霧霾會改變行星表面的感熱和潛熱通量分布，進而影響大氣垂直運動和水平動量的輸送，可能改變行星尺度環(huán)流的強度、位置和結構。例如，增加的低層反照率可能導致低層溫度下降，熱力梯度變化會驅動環(huán)流的調整。15.利用遙感探測行星霧霾/塵埃云頂高度，主要依據(jù)是其對特定波長（通常是可見光或近紅外）太陽輻射的強烈散射或吸收，形成亮區(qū)或暗區(qū)輪廓。通過推算傳感器接收到該信號時光線路徑上的光學厚度，并結合大氣窗口和輻射傳輸模型，可以反演出云頂?shù)臍鈮焊叨?。探測光學厚度通常利用行星反射率的反照率變化（“暗特征”或“明亮效應”），或通過測量特定波段太陽輻射的衰減程度來計算。16.同：兩者都是固態(tài)顆粒懸浮于大氣中，能顯著改變行星的反照率、輻射傳輸、熱結構，并可能影響大氣環(huán)流模式。異：成分不同（地球主要是礦物沙塵或火山灰，金星主要是硫酸鹽，土衛(wèi)六主要是碳氫化合物冰粒）；顆粒大小分布可能不同（火星塵埃顆粒通常較?。粚Υ髿獬煞值闹苯踊瘜W影響不同（如金星煙霧的硫酸性質）；所處行星大氣密度和壓力環(huán)境的巨大差異，導致顆粒的沉降速度和在大氣中的行為差異巨大。17.解析：根據(jù)題意，T?∝(1-A)。初始狀態(tài)T?=255K,A?=0.3。霧霾后A'=0.6。設新溫度為T'。(T')?/T??=(1-A')/(1-A?)(T')?=T??*(1-A')/(1-A?)T'=T?*[(1-A')/(1-A?)]^(1/4)T'=255K*[(1-0.6)/(1-0.3)]^(1/4)T'=255K*[0.4/0.7]^(1/4)T'=255K*[4/7]^(1/4)T'≈255K*[0.5714]^(1/4)T'≈255K*0.889T'≈227.3K變化原因：霧霾增加了行星反照率，導致進入大氣的太陽輻射減少，根據(jù)輻射平衡關系，行星的有效溫度下降。三、計算題18.火山活動對金星大氣環(huán)流和氣候的影響復雜且顯著。短期效應：噴發(fā)的塵埃和氣體（主要是SO?）迅速上升到平流層，形成或增強硫酸鹽煙霧層。這顯著增加了金星全球反照率，導致短期快速冷卻（如歷史記錄的1980年代金星表面溫度下降）。SO?在大氣中化學反應生成硫酸，形成持久煙霧，改變輻射傳輸。塵埃輸入可能影響大氣環(huán)流模式，如改變平流層風場和波動。長期效應：持續(xù)的火山活動是維持金星濃厚大氣和高溫狀態(tài)的重要能量來源之一。持續(xù)的SO?注入和硫酸煙霧層可能長期維持金星強烈的溫室效應。大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)可能引發(fā)全球性的氣候變化事件。塵埃層的存在改變了行星的能量平衡和動力學，可能對全球尺度環(huán)流有持續(xù)的調節(jié)作用。不同成分和規(guī)模的火山噴發(fā)其影響程度和性質可能不同。四、論述題19.以火星為例：霧霾/塵埃與能量平衡、大氣成分、表面水相互作用緊密。霧霾增加反照率，削弱太陽加熱，導致能量平衡向冷卻方向調整（負反饋，但過厚霧霾可能打破平衡）。霧霾改變輻射傳輸效率，影響大氣垂直溫度結構。塵埃來源（如沙塵暴）可能攜帶地表揮發(fā)性物質（如CH?）進入大氣。霧霾作為凝結核影響水汽凝結，改變云量和降水分布，進而影響水循環(huán)和表面水（如果存在）的蒸發(fā)、沉積。大氣成分變化（如水汽）又影響溫室效應和能量平衡。表面水狀態(tài)（冰、液態(tài)）影響反照率和能量吸收，進而影響大氣環(huán)流和塵?；顒樱ㄈ缟硥m暴的觸發(fā)）。這個系統(tǒng)通過輻射、動力學、水汽和大氣成分的相互反饋，構成了火星氣候系統(tǒng)的核心。20.火星大氣稀薄且季節(jié)變化顯著，使得霧霾活動在年際氣候和環(huán)流變率中扮演重要角色。季節(jié)性沙塵暴（局地到全球尺度）是火星年際變率的重要驅動因子。強沙塵暴年份，地表反照率急劇變化，熱力梯度改變，可能引發(fā)大氣環(huán)流