2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)對氣候系統(tǒng)的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)的分類及其基本原理。請至少列舉三種不同類型的技術(shù)，并簡要說明每種技術(shù)的核心作用機(jī)制。二、解釋什么是氣候系統(tǒng)的間接效應(yīng)。以大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)為例，詳細(xì)說明一項技術(shù)（如煙氣治理、人工降雨/降雪、大規(guī)模植樹造林等）如何通過改變大氣成分或物理過程，進(jìn)而對遠(yuǎn)距離的氣候要素（如溫度、降水）產(chǎn)生間接影響。三、論述大氣中的氣溶膠粒子（包括人為源和自然源）對氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生的雙重影響（即直接效應(yīng)對輻射平衡的影響和間接效應(yīng)對云和降水的影響）。結(jié)合具體的大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)（如scrubbers,顆粒物捕集器等），討論這些技術(shù)對氣溶膠特性及其氣候效應(yīng)的調(diào)控作用。四、某城市計劃大規(guī)模推廣一種新型高效煙氣治理技術(shù)，該技術(shù)能顯著降低SO?和NOx的排放。請從氣象學(xué)角度，分析這項技術(shù)可能對當(dāng)?shù)亟孛鏆鉁亍穸?、邊界層高度以及大氣污染物擴(kuò)散條件產(chǎn)生的潛在影響。要求說明影響機(jī)制，并討論可能存在的積極或消極后果。五、評估將人工影響天氣技術(shù)（如云seeding）用于增加區(qū)域降水以改善干旱環(huán)境，同時可能對局部氣候模式（如溫度、風(fēng)場）產(chǎn)生的長遠(yuǎn)影響。在評估時，需考慮大氣環(huán)流背景、云物理條件以及技術(shù)本身的效率和局限性，并討論其中的權(quán)衡與不確定性。六、假設(shè)一種大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)旨在通過向平流層注入特定類型的氣溶膠來吸收紅外輻射，以達(dá)到冷卻地球表面的目的。請分析這項技術(shù)可能引發(fā)的主要?dú)夂蝻L(fēng)險，包括對對流層臭氧層、平流層溫度結(jié)構(gòu)、大氣環(huán)流模式以及水循環(huán)可能產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)和潛在副作用。討論評估和監(jiān)控這些風(fēng)險的重要性。七、結(jié)合當(dāng)前氣候變化和空氣質(zhì)量面臨的挑戰(zhàn)，探討大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)與減緩氣候變化戰(zhàn)略之間可能存在的協(xié)同作用與沖突點(diǎn)。請?zhí)岢鲋辽賰煞N整合應(yīng)用氣象學(xué)知識的策略，以期在改善空氣質(zhì)量的同時，最大限度地減少對氣候系統(tǒng)的負(fù)面影響，并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。試卷答案一、大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)可大致分為物理法、化學(xué)法和生物法。*物理法：利用物理過程（如重力沉降、慣性碰撞、過濾、吸附、冷凝等）去除或分離大氣污染物。例如，顆粒物捕集器通過過濾網(wǎng)或慣性除塵裝置，利用慣性碰撞或篩分效應(yīng)捕集煙氣中的固體顆粒物；濕式scrubber（洗滌塔）通過讓煙氣與液體洗滌劑接觸，利用溶解、化學(xué)反應(yīng)或物理沖洗去除酸性氣體（如SO?）和部分顆粒物。*化學(xué)法：利用化學(xué)反應(yīng)（如中和、氧化還原、沉淀等）轉(zhuǎn)化或去除大氣污染物。例如，煙氣脫硝（SCR或SNCR）通過向煙氣中噴入還原劑（如氨水），在催化劑存在下（SCR）或高溫下（SNCR），將NOx轉(zhuǎn)化為N?和H?O。*生物法：利用微生物或植物的新陳代謝作用，吸收、轉(zhuǎn)化或降解大氣中的污染物。例如，植物吸收空氣污染物，某些植物可以通過葉片表面吸附或內(nèi)部代謝過程吸收SO?、NOx等；生物濾池利用特定微生物降解通風(fēng)系統(tǒng)中有機(jī)廢氣。二、氣候系統(tǒng)的間接效應(yīng)是指大氣成分的變化（通常由溫室氣體或氣溶膠引起）不僅直接影響輻射平衡，還會通過改變云的物理特性（如云量、云的類型、云的壽命、云的覆蓋范圍）或大氣水循環(huán)，進(jìn)而對氣候產(chǎn)生額外的、間接的影響。以大規(guī)模植樹造林為例，其氣候間接效應(yīng)主要體現(xiàn)在：1.水循環(huán)效應(yīng)（云效應(yīng)）：植被通過蒸騰作用增加大氣水汽含量。增加的水汽可能導(dǎo)致同化區(qū)域或更大范圍的云量增多、云層變厚，從而改變區(qū)域輻射平衡和降水分布。這是主要的間接效應(yīng)之一。2.反照率效應(yīng)：植被覆蓋改變了地表反照率。綠色植被通常比裸地或淺色地表反照率低，導(dǎo)致地表吸收更多太陽輻射，可能輕微增溫。這種地表增溫也可能間接影響局地對流和大氣環(huán)流。3.碳循環(huán)反饋：植被通過光合作用吸收CO?。如果碳吸收速率超過呼吸作用和分解作用，將有助于減緩溫室效應(yīng)。但這本身是一個緩慢的長期過程，其影響也與其他氣候反饋相互作用。4.氣溶膠影響：植被生長和燃燒可能影響區(qū)域氣溶膠濃度和類型，進(jìn)而通過直接和間接輻射效應(yīng)影響氣候。三、氣溶膠對氣候系統(tǒng)具有雙重影響：*直接效應(yīng)：氣溶膠粒子通過吸收或散射太陽輻射，直接改變地球與太陽的能量平衡。黑碳（BC）等深色氣溶膠主要吸收太陽輻射，導(dǎo)致地表和低層大氣增溫；而硫酸鹽、硝酸鹽、海鹽、沙塵等淺色氣溶膠主要散射太陽輻射，導(dǎo)致地表降溫（在高緯度或冬季尤為顯著）。這種直接影響是即時的。*間接效應(yīng)：氣溶膠通過影響云的微物理過程和光學(xué)特性，產(chǎn)生間接影響。主要包括：*第一間接效應(yīng)（云反照率效應(yīng)）：氣溶膠作為云凝結(jié)核（CCN）或冰核（IN），影響云滴/冰晶的初始形成和大小。更多的氣溶膠導(dǎo)致云滴/冰晶數(shù)增多但尺寸變小，使得云層更透明（反照率降低），反射的太陽輻射減少，導(dǎo)致云致地表增溫。*第二間接效應(yīng)（云壽命效應(yīng)）：更小的云滴/冰晶使得云的蒸發(fā)速率減慢、降水效率降低，導(dǎo)致云的壽命延長、覆蓋范圍擴(kuò)大，進(jìn)一步增加了對太陽輻射的反射，也導(dǎo)致云致地表增溫。大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)通過改變氣溶膠的排放通量、化學(xué)成分和空間分布，從而調(diào)控上述直接和間接效應(yīng)。例如，煙氣治理技術(shù)（如scrubbers）減少了硫酸鹽等云凝結(jié)核的排放，可能降低云反照率，導(dǎo)致云致地表增溫；同時，也減少了SO?，可能減少硫酸鹽氣溶膠的后續(xù)形成（二次生成），影響間接效應(yīng)的強(qiáng)度。顆粒物捕集器則直接減少了大氣中總氣溶膠濃度，同時改變氣溶膠的垂直分布和光學(xué)特性，綜合影響氣候。四、新型高效煙氣治理技術(shù)顯著降低SO?和NOx排放，可能產(chǎn)生以下氣象影響：*SO?減排：*氣溫：SO?是硫酸鹽氣溶膠的主要前體物。減排SO?會減少硫酸鹽氣溶膠的生成，削弱其云反照率效應(yīng)和潛在的氣候冷卻效果。理論上可能導(dǎo)致區(qū)域或全球平均氣溫有微小升高。同時，SO?本身有一定的吸收紅外輻射能力，其減少也可能略微增加地表接收到的紅外輻射，導(dǎo)致增溫。*濕度/邊界層：硫酸鹽氣溶膠可以作為冰核，在高空影響云的形成。減排SO?可能輕微減少高空云量或云的冰相比例，尤其在冬季高緯度地區(qū)，可能對區(qū)域濕度和降水產(chǎn)生微弱影響。對近地面邊界層高度的影響通常較小，但可能通過改變對流觸發(fā)條件而略有調(diào)整。*擴(kuò)散：減少了污染物排放總量，理論上應(yīng)有利于大氣污染物在近地面的擴(kuò)散，尤其是在靜穩(wěn)天氣條件下，可能降低近地面污染物濃度。*NOx減排：*氣溫：NOx是形成對流層臭氧和硝酸鹽氣溶膠的前體物。減排NOx會減少臭氧的生成，導(dǎo)致區(qū)域臭氧濃度下降，從而減少臭氧對地表和低層大氣的加熱，可能導(dǎo)致氣溫輕微下降。同時，也減少了硝酸鹽氣溶膠的生成，削弱其云反照率效應(yīng)。這些效應(yīng)可能導(dǎo)致區(qū)域性冷卻。*光化學(xué)煙霧：NOx是光化學(xué)煙霧（形成O?）的關(guān)鍵反應(yīng)物。減排NOx會顯著減輕光化學(xué)煙霧污染，降低近地面O?濃度。*邊界層/擴(kuò)散：對邊界層結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散的影響相對復(fù)雜，可能因臭氧濃度的變化而間接影響邊界層發(fā)展。*綜合：總體而言，該技術(shù)可能對氣溫產(chǎn)生區(qū)域性的微弱影響（取決于具體區(qū)域和氣候背景，可能是升高也可能降低），對水循環(huán)和邊界層有間接、微弱的調(diào)整作用，但最顯著的效果是改善了空氣質(zhì)量（降低近地面污染物濃度）和減輕了光化學(xué)煙霧。需要考慮不同污染物（SO?,NOx,CO,VOCs）之間的復(fù)雜化學(xué)相互作用的調(diào)控。五、人工影響天氣（云seeding）用于增加降水，其潛在的長期氣候影響和風(fēng)險包括：*區(qū)域氣候模式改變：如果影響范圍廣或長期進(jìn)行，改變降水分布可能影響區(qū)域水循環(huán)的平衡。例如，持續(xù)向某區(qū)域強(qiáng)制增加降水，可能改變該區(qū)域的蒸發(fā)、徑流和地下水位，進(jìn)而可能影響依賴該區(qū)域水源下游的氣候和水文過程。也可能改變區(qū)域能量平衡（降水冷卻地表）和局地環(huán)流（如地形波響應(yīng)）。*大氣環(huán)流響應(yīng)：大規(guī)模、持續(xù)的降水改變可能通過水汽通量變化、地表熱力性質(zhì)改變等，向上游大氣層輸送信號，引起大氣環(huán)流模式的微小調(diào)整。其長期效應(yīng)和可預(yù)測性尚不明確。*對流抑制：在某些條件下，云seeding可能改變積云的發(fā)展條件，例如通過改變云基高度或云微物理特性，可能抑制或增強(qiáng)局地對流活動，影響局地氣溫和降水類型。*生態(tài)影響：異常降水可能對局部生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生脅迫或促進(jìn)作用，影響植被生長和水生生物。*不確定性：人工影響天氣的效果本身具有很大的地域性和天氣條件依賴性，其是否真的能增加長期平均降水、以及這種增加如何影響更大尺度的氣候系統(tǒng)，科學(xué)上仍存在很大不確定性。強(qiáng)行推廣可能基于不充分或不準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。*權(quán)衡：需權(quán)衡降水增加的環(huán)境效益（緩解干旱）與潛在的氣候風(fēng)險和生態(tài)影響。六、向平流層注入氣溶膠以冷卻地球的技術(shù)可能引發(fā)的主要?dú)夂蝻L(fēng)險包括：*臭氧層損耗：某些用于冷卻的氣溶膠成分（如硫酸鹽）可能與平流層臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者注入過程本身可能引入破壞臭氧的物質(zhì)（如氯、氟化合物，盡管標(biāo)題暗示注入特定類型，但仍需關(guān)注意外引入），導(dǎo)致平流層臭氧濃度下降，增加地表紫外線輻射，危害生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。這是最嚴(yán)重的風(fēng)險之一。*平流層溫度結(jié)構(gòu)改變：注入的氣溶膠會吸收或散射太陽輻射，導(dǎo)致平流層溫度結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。這可能影響平流層氣流的穩(wěn)定性和環(huán)流模式（如平流層急流），進(jìn)而可能通過波-流相互作用等機(jī)制，對對流層大氣環(huán)流（如行星波活動、哈德萊環(huán)流、季風(fēng)系統(tǒng)）產(chǎn)生遠(yuǎn)程強(qiáng)迫，導(dǎo)致地表氣候出現(xiàn)意想不到的變化，甚至可能加劇氣候變化（如導(dǎo)致區(qū)域干旱或增溫）。*水汽變化：平流層溫度的改變會影響水汽的分布和含量。水汽是強(qiáng)效溫室氣體，其變化可能進(jìn)一步放大或改變氣候系統(tǒng)的反饋。*氣溶膠沉降與持久性：氣溶膠在平流層的沉降速率和最終的全球分布格局決定了其效果的持續(xù)時間和空間均勻性。如果沉降過快或分布不均，可能導(dǎo)致冷卻效果短暫且不均勻。同時，如果引入的氣溶膠難以去除，可能形成永久性覆蓋層，帶來更復(fù)雜的氣候影響。*云反饋：平流層氣溶膠可能通過影響平流層卷云的形成或壽命，進(jìn)而改變地球的輻射平衡，其具體影響機(jī)制復(fù)雜且不確定。*生物地球化學(xué)循環(huán)：大規(guī)模人為干預(yù)平流層可能影響氮、硫等循環(huán)，引發(fā)連鎖反應(yīng)。七、大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)與減緩氣候變化戰(zhàn)略的協(xié)同與沖突：*協(xié)同作用：*協(xié)同減排：許多大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)（如高效煙氣治理、工業(yè)廢氣凈化、低排放車輛改造）本身也是在減少溫室氣體（如CO?、N?O、CH?）或強(qiáng)效短壽命氣候污染物（如SO?、NOx、VOCs）的排放，這些污染物本身也參與溫室效應(yīng)或臭氧層破壞。因此，加強(qiáng)空氣質(zhì)量管理（大氣修復(fù)）可以直接貢獻(xiàn)于減緩氣候變化目標(biāo)。*協(xié)同效益：改善空氣質(zhì)量（如降低PM2.5、O?）不僅能改善人類健康、提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，其帶來的地表輻射強(qiáng)迫變化（如PM2.5減少導(dǎo)致的區(qū)域性增溫效應(yīng)減弱）也可能對氣候產(chǎn)生一定的積極影響。*潛在沖突點(diǎn)：*物質(zhì)轉(zhuǎn)化與排放轉(zhuǎn)移：某些修復(fù)技術(shù)可能將一種污染物轉(zhuǎn)化為另一種污染物。例如，將NOx轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氣溶膠。如果硝酸鹽氣溶膠的壽命比NOx長，或其氣候效應(yīng)（如云效應(yīng)）不同于NOx，可能導(dǎo)致污染物在大氣中的停留時間延長或空間分布改變，帶來新的環(huán)境或氣候風(fēng)險。將SO?轉(zhuǎn)化為硫酸鹽氣溶膠，雖然減少了SO?，但硫酸鹽的氣候效應(yīng)是復(fù)雜的（冷卻作用），大規(guī)模人為改變其濃度可能引發(fā)未預(yù)料的氣候后果。*技術(shù)本身的能耗與排放：某些大氣修復(fù)技術(shù)（如大規(guī)模人工降雨設(shè)備、某些煙氣處理過程）需要消耗大量能源，如果能源來自化石燃料，其運(yùn)行過程可能產(chǎn)生新的CO?排放，與減緩氣候變化的初衷相悖。需要確保技術(shù)全生命周期的碳足跡是凈負(fù)或低排放的。*對氣候系統(tǒng)的未知影響：人為干預(yù)大氣系統(tǒng)總是伴隨著不確定性。即使是為了改善空氣質(zhì)量，某些技術(shù)（如直接空氣碳捕獲DACCS，雖然主要目標(biāo)是CO?減排，但也涉及大氣成分改變）可能對大氣環(huán)流、水循環(huán)產(chǎn)生意外的、難以預(yù)料的影響。整合應(yīng)用氣象學(xué)知識的策略：1.基于氣象條件優(yōu)化部署修復(fù)技術(shù)：利用氣象預(yù)報和監(jiān)測信息，優(yōu)化大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)的部署時機(jī)和地點(diǎn)。例如，在污染物易累積的特定氣象條件下（如靜穩(wěn)天氣、逆溫層出現(xiàn)前）啟動煙氣治理或工業(yè)