2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣環(huán)境中氣體擴(kuò)散模型研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.根據(jù)Fick擴(kuò)散定律，氣體擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力是（）。A.污染物濃度梯度B.風(fēng)速大小C.大氣溫度D.污染源強(qiáng)度2.高斯煙羽模型主要適用于描述（）。A.面源污染的擴(kuò)散B.體源污染的擴(kuò)散C.點(diǎn)源污染在穩(wěn)定氣象條件下的擴(kuò)散D.瞬時(shí)點(diǎn)源釋放的污染物濃度3.在高斯煙羽模型中，下風(fēng)向距離x增大，污染物濃度C(x,y,z)的變化趨勢(shì)是（）。A.始終增大B.始終減小C.先增大后減小D.在一定距離后趨于穩(wěn)定或減小4.高斯煙羽模型中，y方向的擴(kuò)散參數(shù)σy主要取決于（）。A.污染源有效高度HB.污染源強(qiáng)度QC.下風(fēng)向距離xD.氣象條件（如風(fēng)速、穩(wěn)定度）5.大氣穩(wěn)定度等級(jí)越高，表示（）。A.邊界層高度越大B.氣溫垂直梯度越大C.污染物垂直擴(kuò)散能力越強(qiáng)D.污染物水平擴(kuò)散能力越強(qiáng)6.箱式模型主要用于模擬（）。A.污染物在連續(xù)空間中的瞬時(shí)擴(kuò)散B.污染物在網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的平均濃度C.點(diǎn)源污染在長(zhǎng)距離下的煙羽擴(kuò)散D.面源污染對(duì)近地面的影響7.數(shù)值大氣擴(kuò)散模型相較于高斯模型，其主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.只能處理點(diǎn)源B.無法考慮地形影響C.能模擬復(fù)雜幾何形狀、多種污染源及三維擴(kuò)散D.計(jì)算結(jié)果更精確，無需考慮參數(shù)不確定性8.影響大氣擴(kuò)散參數(shù)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式通常依賴于（）。A.污染源排放口尺寸B.污染物化學(xué)性質(zhì)C.氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和時(shí)間尺度D.下墊面類型9.在進(jìn)行大氣擴(kuò)散模型應(yīng)用時(shí)，模型驗(yàn)證的主要目的是（）。A.校準(zhǔn)模型參數(shù)B.選擇合適的模型C.確認(rèn)模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的符合程度D.評(píng)估污染源的排放強(qiáng)度10.對(duì)于城市環(huán)境中的大氣擴(kuò)散，城市建筑物群會(huì)（）。A.增加大氣穩(wěn)定度等級(jí)B.抑制污染物向上擴(kuò)散C.增強(qiáng)下風(fēng)向的污染物濃度D.使污染物擴(kuò)散更加均勻二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后的橫線上）1.大氣邊界層是指______與______之間的氣層，其垂直尺度受______控制。2.高斯煙羽模型的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，x軸代表______方向，y軸代表______方向，z軸代表______方向。3.影響大氣擴(kuò)散的主要?dú)庀笠蛩匕╛_____、______、______和大氣穩(wěn)定度。4.擴(kuò)散參數(shù)σx、σy、σz分別表示污染物濃度在______、______、______方向的分散程度。5.箱式模型假設(shè)整個(gè)控制體積內(nèi)的污染物濃度是______的，并且污染物在體積內(nèi)混合均勻。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述高斯煙羽模型的基本假設(shè)條件。2.簡(jiǎn)述大氣穩(wěn)定度對(duì)污染物擴(kuò)散的影響機(jī)制。3.簡(jiǎn)述大氣擴(kuò)散模型驗(yàn)證的一般步驟。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某工業(yè)點(diǎn)源位于地面，排放速率為2kg/s，有效源高為30m。假設(shè)在穩(wěn)定B類氣象條件下，下風(fēng)向10km處的風(fēng)速為3m/s，請(qǐng)利用高斯煙羽模型計(jì)算該處距地面2m高度的污染物濃度。（已知：B類穩(wěn)定度下，x=10km時(shí)，σx=0.22x=2.2km，σz=0.1x=1.0km）2.假設(shè)一個(gè)體積為1000m3的箱式控制體積，內(nèi)部污染物初始濃度為0.01mg/m3。在時(shí)間段Δt=1小時(shí)內(nèi)，有污染物以速率Q=0.002mg/s進(jìn)入箱體，同時(shí)箱體內(nèi)污染物以速率R=0.001mg/m3·s進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或沉降去除。請(qǐng)計(jì)算1小時(shí)后箱體內(nèi)污染物的濃度。五、論述題（10分）論述大氣擴(kuò)散模型在實(shí)際環(huán)境管理和規(guī)劃中的應(yīng)用價(jià)值及其面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.A2.C3.D4.D5.C6.B7.C8.C9.C10.C二、填空題1.地面/大氣層頂/氣溫垂直梯度2.下風(fēng)向/跨風(fēng)向/垂直3.風(fēng)速/氣溫/濕度4.下風(fēng)向/跨風(fēng)向/垂直5.均一三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：高斯模型假設(shè)條件是核心考點(diǎn)。需要列出其基本前提：點(diǎn)源或近似點(diǎn)源、連續(xù)穩(wěn)定排放、氣象條件穩(wěn)定（主要是風(fēng)和擴(kuò)散參數(shù)）、污染物在混合良好的大氣邊界層中做無源匯的擴(kuò)散、采用高斯函數(shù)描述濃度分布。答案要點(diǎn)：*污染源為點(diǎn)源或近似點(diǎn)源。*污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。*大氣邊界層穩(wěn)定，氣象條件（風(fēng)速、擴(kuò)散參數(shù)）不隨時(shí)間變化。*污染物在擴(kuò)散過程中無沉降、無化學(xué)反應(yīng)、無稀釋。*采用高斯函數(shù)描述污染物濃度在空間上的分布。2.解析思路：理解穩(wěn)定度對(duì)混合層高度和擴(kuò)散能力的雙重影響。穩(wěn)定度等級(jí)高，意味著大氣垂直運(yùn)動(dòng)受抑制，混合層高度降低，污染物難以向上擴(kuò)散，只能主要在近地面水平擴(kuò)散，導(dǎo)致近地面濃度較高。反之，不穩(wěn)定時(shí)垂直混合強(qiáng)，混合層高，水平擴(kuò)散也相對(duì)較好。答案要點(diǎn)：*高穩(wěn)定度時(shí)，大氣垂直運(yùn)動(dòng)受抑制，形成的混合層高度較低。*污染物主要在近地面進(jìn)行水平擴(kuò)散。*垂直擴(kuò)散能力弱，污染物難以向上擴(kuò)散稀釋。*通常導(dǎo)致近地面污染物濃度較高。3.解析思路：模型驗(yàn)證是確保模型可靠性的關(guān)鍵步驟。其核心是比較模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)。一般步驟包括：確定驗(yàn)證指標(biāo)（如R2、均方根誤差RMSE）、選擇合適的觀測(cè)數(shù)據(jù)、進(jìn)行模型模擬、計(jì)算模擬值與觀測(cè)值的偏差、評(píng)估偏差是否在可接受范圍內(nèi)、分析偏差原因并據(jù)此改進(jìn)模型。答案要點(diǎn)：*收集模型預(yù)測(cè)區(qū)域和時(shí)期的同步、可靠的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。*選擇合適的驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)指標(biāo)（如決定系數(shù)R2、均方根誤差RMSE等）。*運(yùn)用待驗(yàn)證模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬或反演。*計(jì)算模型模擬值與實(shí)測(cè)值之間的偏差。*將偏差與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比較，判斷模型精度。*分析偏差較大的原因（如參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、模型假設(shè)不符、未考慮因素等）。*根據(jù)分析結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行修正或改進(jìn)。四、計(jì)算題1.解析思路：直接應(yīng)用高斯煙羽模型公式計(jì)算。注意單位統(tǒng)一，特別是距離和擴(kuò)散參數(shù)。公式為：C(x,y,z)=(Q/(2πσxσzυ))*exp[-(y2/(2σy2))-(z-H)2/(2σz2)]。由于題目給出的是σx和σz隨距離的函數(shù)，且y=0，z=2m，可直接代入計(jì)算。計(jì)算過程：C(10,0,2)=(2/(2π*2.2*1.0*3))*exp[-(02/(2*0.222*102))-((2-30)2/(2*1.02*102))]=(2/(2π*2.2*1.0*3))*exp[-0-(2884/200)]=(2/(2π*6.6))*exp(-14.42)=(1/(3.3π))*exp(-14.42)≈0.0978*2.94*10??≈2.88*10??mg/m3答案：污染物濃度為2.88×10??mg/m3。2.解析思路：應(yīng)用箱式模型的質(zhì)量守恒原理。箱內(nèi)濃度變化率=(進(jìn)入速率-離開速率)。離開速率包括沉降/反應(yīng)和擴(kuò)散輸出。由于題目未明確擴(kuò)散輸出，通常簡(jiǎn)化為只考慮沉降/反應(yīng)。計(jì)算時(shí)注意單位一致和時(shí)間區(qū)間。計(jì)算過程：ΔC=(Q*Δt-R*V*Δt)/VC_final=C_initial+ΔCC_final=0.01+(0.002*1-0.001*1000*1)/1000C_final=0.01+(0.002-1)/1C_final=0.01-0.998C_final=-0.988mg/m3注意：結(jié)果為負(fù)值，這在物理上可能不合理，暗示模型假設(shè)（如沉降/反應(yīng)速率恒定或模型過于簡(jiǎn)化）與實(shí)際情況可能存在偏差，或輸入?yún)?shù)設(shè)置不當(dāng)。但在純粹的計(jì)算題中，按給定公式計(jì)算是首要任務(wù)。答案：1小時(shí)后箱體內(nèi)污染物的濃度為-0.988mg/m3。五、論述題解析思路：需要全面論述模型的應(yīng)用價(jià)值（解決什么問題、帶來什么好處）和面臨的挑戰(zhàn)（局限性、困難）。應(yīng)用價(jià)值方面可從環(huán)境污染評(píng)估、預(yù)警、規(guī)劃、應(yīng)急管理等方面展開。挑戰(zhàn)方面可從模型假設(shè)與現(xiàn)實(shí)的差距、參數(shù)不確定性、計(jì)算復(fù)雜性、數(shù)據(jù)依賴、驗(yàn)證困難等角度闡述。論述應(yīng)邏輯清晰，論點(diǎn)明確，結(jié)合大氣擴(kuò)散模型的特點(diǎn)進(jìn)行分析。答案要點(diǎn)：應(yīng)用價(jià)值：*環(huán)境污染評(píng)估：能夠定量評(píng)估污染源對(duì)環(huán)境的影響范圍和程度，為制定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。*污染預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)：可用于預(yù)測(cè)重污染天氣下污染物的遷移擴(kuò)散路徑和濃度變化，為發(fā)布預(yù)警、采取應(yīng)急控制措施（如應(yīng)急停產(chǎn)、限行）提供科學(xué)支持。*城市與區(qū)域規(guī)劃：在城市通風(fēng)廊道設(shè)計(jì)、工業(yè)園區(qū)選址、交通樞紐布局、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等規(guī)劃中，可模擬污染物擴(kuò)散，優(yōu)化空間布局，改善環(huán)境質(zhì)量。*環(huán)境管理與決策支持：為制定大氣污染防治政策、控制排放總量、實(shí)施排污許可制度等提供決策依據(jù)。*科學(xué)研究：模型是研究大氣污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、驗(yàn)證大氣邊界層理論、開發(fā)新技術(shù)的有力工具。主要挑戰(zhàn)：*模型假設(shè)的局限性：現(xiàn)實(shí)大氣邊界層非常復(fù)雜，而簡(jiǎn)化模型（如高斯模型）基于許多假設(shè)（如點(diǎn)源、連續(xù)排放、均勻混合、無沉降等），難以完全反映實(shí)際情況。*參數(shù)不確定性與依賴性：模型效果高度依賴于排放參數(shù)（源強(qiáng)、高度）、氣象參數(shù)（風(fēng)速、風(fēng)向、穩(wěn)定度、擴(kuò)散參數(shù)）和地形參數(shù)。這些參數(shù)往往難以精確獲取，存在較大不確定性。