2025年大學《大氣科學》專業(yè)題庫——大氣塵埃對大氣輻射傳輸?shù)挠绊懣荚嚂r間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述大氣中主要的人為氣溶膠類型及其主要來源。二、解釋米氏散射和瑞利散射的區(qū)別，并說明大氣塵埃（氣溶膠）通常屬于哪種散射類型及其原因。三、描述黑碳（BC）氣溶膠對大氣輻射平衡的主要影響機制，包括其對太陽輻射和地球長波輻射的作用。四、指出大氣塵埃作為云凝結(jié)核（CCN）對云輻射特性和氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響。五、分析沙塵暴發(fā)生時，低層大氣的直接輻射強迫通常是正值還是負值？請說明理由。六、簡述氣溶膠的粒徑分布對其散射和吸收特性的影響。七、解釋“第一間接效應(yīng)”（貝特效應(yīng)）和“第二間接效應(yīng)”（波希效應(yīng)）的概念，并說明它們?nèi)绾斡绊懙厍虻妮椛淦胶?。八、為什么氣溶膠的吸收特性對于評估其氣候效應(yīng)至關(guān)重要？九、提出至少三種測量大氣氣溶膠光學厚度（AOD）的方法，并簡要說明其原理。十、結(jié)合大氣輻射傳輸?shù)幕驹?，解釋城市地區(qū)通常比周邊鄉(xiāng)村地區(qū)具有更高溫度的現(xiàn)象（城市熱島效應(yīng)）中，氣溶膠可能扮演的角色。試卷答案一、人為氣溶膠主要包括：硫酸鹽（主要來源于二氧化硫的氧化）、硝酸鹽（主要來源于氮氧化物的氧化）、銨鹽（主要來源于硫酸、硝酸與氨氣的反應(yīng)）、黑碳（主要來源于化石燃料和生物質(zhì)的不完全燃燒）、有機碳（也來源于燃燒過程）。主要來源包括：化石燃料的燃燒（發(fā)電、工業(yè)、交通）、工業(yè)過程排放、農(nóng)業(yè)活動（如氨的釋放）、廢棄物焚燒等。二、米氏散射發(fā)生在粒子大小與入射光波長相當?shù)那闆r下，散射光的強度與波長的四次方成反比，且散射角在前后方向上是對稱的。瑞利散射發(fā)生在粒子遠小于入射光波長的情況下，散射光的強度與波長的四次方成正比，且散射在前后方向上不對稱，前向散射比后向散射強得多。大氣塵埃（氣溶膠）的粒徑通常與可見光波長相當或稍大，因此其散射主要表現(xiàn)為米氏散射。三、黑碳（BC）氣溶膠對大氣輻射平衡的主要影響機制是其強烈的太陽短波吸收能力。它吸收太陽輻射導(dǎo)致大氣層被加熱，同時吸收地表發(fā)射的長波輻射（地球紅外輻射），導(dǎo)致地表與低層大氣之間的能量交換減弱，從而可能對地表溫度產(chǎn)生復(fù)雜影響（通常認為對低層大氣有加熱效應(yīng)，對地表溫度影響復(fù)雜）。此外，BC作為CCN或冰核（IN）也會影響云的特性，進而間接影響輻射平衡。四、大氣塵埃作為云凝結(jié)核（CCN）會影響云的微物理特性。當CCN濃度增加時，可以形成更小、數(shù)量更多的云滴。這可能導(dǎo)致云層更厚、覆蓋范圍更廣，但同時云的反射率（反照率）可能降低（因為云滴更小，對太陽輻射的散射效率降低），或者云的壽命延長。這些變化都會影響云對輻射的調(diào)節(jié)作用，最終對氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響，具體效果取決于多種因素（如粒子類型、濃度、相對濕度、大氣穩(wěn)定度等）。五、沙塵暴發(fā)生時，低層大氣的直接輻射強迫通常是負值。這是因為沙塵氣溶膠（通常含有大量對太陽輻射有強烈散射作用的粒子，如礦塵，以及部分吸收性強的黑碳）會顯著增加大氣對太陽短波輻射的散射和吸收，導(dǎo)致到達地表的太陽輻射減少，從而對低層大氣產(chǎn)生冷卻效果。六、氣溶膠的粒徑分布對其散射和吸收特性有顯著影響。一般來說，對于米氏散射粒子，當粒子半徑接近入射光波長時，散射效率最高，且散射角對波長非常敏感。粒子半徑遠小于波長時，接近瑞利散射特性；遠大于波長時，散射逐漸減弱，更接近幾何陰影。粒徑還影響吸收，較大的粒子通常具有更大的表面積和體積，吸收能力更強。不規(guī)則的形狀也會顯著改變散射和吸收特性。七、第一間接效應(yīng)（貝特效應(yīng)）是指氣溶膠增加云滴數(shù)量導(dǎo)致云反射率增加（即反照率降低）而產(chǎn)生的輻射強迫，表現(xiàn)為冷卻效應(yīng)。第二間接效應(yīng)（波希效應(yīng)）則更為復(fù)雜，它包括兩部分：當云滴增長變小時，由于瑞利散射增強而導(dǎo)致的冷卻效應(yīng)（第二間接效應(yīng)的“第一部分”）；以及當云滴增長超過一定大小后，由于米氏散射減弱而導(dǎo)致的增溫效應(yīng)（第二間接效應(yīng)的“第二部分”）。第二間接效應(yīng)的凈效果（冷卻或增溫）取決于云的類型、溫度和氣溶膠的濃度。八、氣溶膠的吸收特性對于評估其氣候效應(yīng)至關(guān)重要，因為吸收可以直接加熱大氣，尤其是在對流層低層。這種加熱會改變大氣溫度垂直結(jié)構(gòu)，進而影響大氣環(huán)流模式。此外，吸收性氣溶膠（如黑碳）可以顯著改變大氣在紅外波段的輻射特性，影響地球與太空之間的長波輻射收支，進而對地表和大氣溫度產(chǎn)生直接和間接的影響。忽略吸收特性將導(dǎo)致對氣溶膠氣候強迫的嚴重低估。九、測量大氣氣溶膠光學厚度（AOD）的方法有多種：（1）目視方法：如使用比色計或目測估計濁度，原理是基于光通過氣溶膠樣品后強度的衰減。（2）透射法：使用分光光度計測量光通過氣溶膠樣品前后的透射率，根據(jù)Beer-Lambert定律計算AOD。（3）散射法：使用光度計測量光被氣溶膠散射的強度，結(jié)合粒子大小分布等信息計算AOD。（4）遙感方法：利用衛(wèi)星或航空平臺上的傳感器（如MODIS,MISR,VIIRS,AERONET等地面觀測網(wǎng)絡(luò)）測量太陽或月光在大氣中的散射或反射特性來反演AOD。十、城市地區(qū)通常比周邊鄉(xiāng)村地區(qū)具有更高溫度的現(xiàn)象（城市熱島效應(yīng)）中，氣溶膠可能扮演多重角色。一方面，城市中人類活動排放大量氣溶膠，其中部分氣溶膠（如黑碳、礦物粉塵）具有吸收太陽短波輻射的能力，直接加熱城市大氣。另一方面，城市建筑密集、缺乏植被覆蓋，地表反照率較低，吸收更多太陽輻射。