2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——地球大氣科學(xué)與太空氣象考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有多個正確選項，請將正確選項的代表字母填寫在答題紙上。多選、錯選、漏選均不得分。）1.下列哪些現(xiàn)象或過程與大氣垂直分層有關(guān)？A.大氣溫度的垂直變化B.不同大氣波段的輻射傳輸特性C.高空大氣環(huán)流的形成D.平流層臭氧層的存在E.地面天氣系統(tǒng)的活動2.溫室效應(yīng)的主要物理機制是？A.大氣對太陽短波輻射的吸收B.大氣對地球紅外輻射的吸收C.地球表面對太陽短波輻射的吸收D.大氣對地球紅外輻射的散射E.地球表面向外發(fā)射紅外輻射3.構(gòu)成地球大氣的低層（對流層）的主要特征包括？A.溫度隨高度升高而增加B.集中了大氣總質(zhì)量的絕大部分C.出現(xiàn)天氣現(xiàn)象，如云、雨、雪D.大氣以水平運動為主E.存在明顯的電離層4.全球大氣環(huán)流的主要驅(qū)動因素包括？A.地球的自轉(zhuǎn)B.地球表面受熱不均C.大氣的垂直運動D.大氣層頂?shù)妮椛淅鋮sE.海洋與陸地的熱力差異5.下列哪些是太陽活動的主要表現(xiàn)形式？A.太陽黑子B.耀斑爆發(fā)C.日冕物質(zhì)拋射（CME）D.極光現(xiàn)象E.地球上的雷暴活動6.電離層對無線電波傳播的主要影響包括？A.折射B.反射C.吸收D.傳播速度加快E.產(chǎn)生法拉第旋轉(zhuǎn)7.地球空間環(huán)境中的“空間天氣”主要指？A.地面大氣環(huán)流異常B.電離層參數(shù)的劇烈波動C.地磁場強度的緩慢變化D.極區(qū)等離子體層的擾動E.太陽風(fēng)參數(shù)的劇烈變化8.下列哪些因素可能導(dǎo)致衛(wèi)星導(dǎo)航信號失準(zhǔn)或中斷？A.電離層閃爍B.極區(qū)亞暴引起的磁場劇變C.平流層風(fēng)切變D.太陽耀斑產(chǎn)生的強烈輻射E.大氣層頂?shù)耐蝗辉鰷?.大氣中的溫室氣體主要包括？A.氮氣（N?）B.氧氣（O?）C.二氧化碳（CO?）D.水蒸氣（H?O）E.甲烷（CH?）10.空間天氣監(jiān)測的主要目的是？A.預(yù)報地面天氣變化B.確保空間資產(chǎn)的運行安全C.研究大氣環(huán)流模式D.評估對無線電通信和導(dǎo)航的影響E.探索大氣成分變化二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題紙上。）1.大氣垂直方向上，溫度隨高度升高而遞減的層稱為________層，其中水汽含量最豐富的層是________層。2.連接副熱帶高壓帶與赤道低氣壓帶的、呈波浪狀延伸的帶狀區(qū)域，是________的主要源地。3.電離層是大氣層的________層，其主要特征是其中存在大量的自由電子和離子。4.太陽活動周期約為________年，其劇烈程度可以用________指標(biāo)來衡量。5.當(dāng)太陽風(fēng)高速沖擊地球磁層時，可能引發(fā)________事件，導(dǎo)致地磁暴的發(fā)生。6.大氣中的________和________是最主要的溫室氣體，它們對地球的保溫作用至關(guān)重要。7.衛(wèi)星遙感大氣參數(shù)時，常利用大氣中的________吸收或散射特定波段的電磁波信號。8.地球磁層是地球磁場控制的近似于球形的區(qū)域，其邊界稱為________。9.高頻無線電波通信受到電離層________的影響較大，通常只能在特定的頻率范圍和晝夜時段內(nèi)進行。10.研究地球大氣與空間環(huán)境相互作用的交叉學(xué)科領(lǐng)域，常被稱為________。三、簡答題（每小題5分，共25分。請將答案填寫在答題紙上。）1.簡述大氣對太陽輻射進行削弱的主要方式。2.簡述氣旋和反氣旋在水平氣流和天氣特征上的主要區(qū)別。3.解釋什么是電離層閃爍，并簡述其產(chǎn)生原因。4.簡述一次典型的太陽風(fēng)暴事件對地球環(huán)境可能產(chǎn)生的主要影響。5.簡述大氣成分對空間環(huán)境（如電離層）可能產(chǎn)生的影響。四、計算題（每小題10分，共20分。請將答案填寫在答題紙上，要求列出公式和計算步驟。）1.已知地面大氣壓強為1013hPa，溫度為15°C。假設(shè)大氣溫度隨高度變化的平均lapserate（溫度遞減率）為6.5K/km，試估算海拔3000米處的大氣壓強（假設(shè)大氣為理想氣體，并忽略水汽影響，可使用玻意耳-馬略特定律的近似形式P?/T?=P?/T?，其中溫度需轉(zhuǎn)換為絕對溫標(biāo)K）。2.假設(shè)某頻率為10MHz的無線電波在電離層F?層（約300公里高度）發(fā)生反射。已知該頻率的臨界頻率為5MHz。試計算該無線電波在電離層中的臨界角（即入射角等于臨界角時的入射角，用度表示）。提示：臨界頻率f_c=√(N_max/ε?μ?)，其中N_max為最大電子濃度，ε?和μ?為真空介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，臨界角滿足sin(θ_c)=f_c/f。五、論述題（15分。請將答案填寫在答題紙上。）結(jié)合大氣與空間科學(xué)的知識，論述大氣現(xiàn)象（例如大氣密度、大氣阻力、電離層不規(guī)則性、極區(qū)高層大氣風(fēng)場等）是如何影響或限制空間科學(xué)活動（例如衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星姿態(tài)、空間探測、通信導(dǎo)航等）的，并舉例說明。試卷答案一、選擇題1.ABD2.BE3.ABC4.ABE5.ABC6.ABCE7.BDE8.ABD9.CDE10.BDE二、填空題1.對流層；對流層2.信風(fēng)帶3.高層4.11；太陽黑子5.磁層頂6.二氧化碳；水蒸氣7.吸收線（或吸收帶）8.磁層頂9.閃爍10.空間氣象學(xué)（或空間天氣學(xué)）三、簡答題1.解析思路：大氣對太陽輻射的削弱主要包括吸收、散射和反射三種方式。吸收是指大氣中的某些成分（如水汽、二氧化碳、臭氧等）吸收特定波段的太陽輻射；散射是指大氣粒子（氣體分子、氣溶膠等）使太陽輻射向不同方向分散，如瑞利散射（短波為主）和米氏散射（長波為主）；反射是指大氣中的云層、塵埃等粗顆粒物將太陽輻射向反方向反射回太空。2.解析思路：氣旋和反氣旋的主要區(qū)別在于水平氣流和天氣特征。氣旋是水平氣流輻合上升的天氣系統(tǒng)，中心氣壓低，常伴隨著云、雨、風(fēng)等天氣現(xiàn)象，氣旋過境天氣通常惡劣。反氣旋是水平氣流輻散下沉的天氣系統(tǒng)，中心氣壓高，空氣干燥穩(wěn)定，天氣晴朗。3.解析思路：電離層閃爍是指電離層電子密度發(fā)生不規(guī)則波動，導(dǎo)致通過該區(qū)域的無線電波傳播相位和振幅快速變化的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因主要是對流層底部湍流擾動引起電離層底部參數(shù)（電子密度）的隨機起伏，進而影響上層電離層的折射。4.解析思路：太陽風(fēng)暴事件是太陽活動劇烈釋放能量的表現(xiàn)，主要包含高速太陽風(fēng)和劇烈的太陽輻射。對地球的影響包括：引起強烈的地磁暴，導(dǎo)致電離層擾動（如騷擾、擴展頂邊界層事件），產(chǎn)生極光活動，干擾或中斷無線電通信和導(dǎo)航定位（如GPS信號失準(zhǔn)），威脅在軌航天器（如衛(wèi)星星上電子器件單粒子效應(yīng)增加、軌道漂移）。5.解析思路：大氣成分對空間環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在對電離層結(jié)構(gòu)和參數(shù)的影響。例如，大氣中的中性氣體（如O?、N?）通過光電離過程產(chǎn)生電離層；水汽電離產(chǎn)生平流層底部電離層（電離層D層）；二氧化碳、甲烷等溫室氣體也是重要的電離層源；大氣成分的變化（如氣候變化導(dǎo)致的臭氧層變化）會進而影響電離層特性。四、計算題1.解析思路：本題應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程的近似形式P?/T?=P?/T?，并考慮溫度隨高度線性變化T(h)=T?-Lh。設(shè)P?=1013hPa,T?=288K(15°C)，L=6.5K/km，h=3000m=3km。計算高度h處的溫度T?=T?-Lh=288-6.5*3=265K。代入公式P?=P?*T?/T?=1013*265/288≈939hPa。答案：約939hPa2.解析思路：根據(jù)臨界頻率公式f_c2=9N_max/(ε?μ?)，其中N_max=N?*exp(-Ne/H)，N?為地面電子密度，Ne為峰值電子密度，H為電子密度尺度高度。對于F?層，f_c≈3MHz，假設(shè)N?=0（臨界頻率對應(yīng)最大電子密度）。需要計算臨界角sin(θ_c)=f_c/f=3MHz/10MHz=0.3。臨界角θ_c=arcsin(0.3)≈17.46°。答案：約17.46°五、論述題解析思路：大氣現(xiàn)象對空間科學(xué)活動的影響是多方面的。1.大氣密度：隨高度迅速減小，對低軌道衛(wèi)星產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致軌道衰減，影響衛(wèi)星壽命；對高軌道衛(wèi)星，大氣密度波動（尤其極區(qū)）也會引起軌道不規(guī)則變化；大氣密度影響航天器再入大氣層時的氣動加熱和控制。2.大氣阻力：不僅衰減軌道，還會影響衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定，特別是在低空或大氣密度異常（如電離層底部）區(qū)域；是發(fā)射軌道設(shè)計、交會對接等需要精確控制的因素。3.電離層不規(guī)則性（如IBCs,FIBEs）：導(dǎo)致GPS、北斗等衛(wèi)星導(dǎo)航信號失真、衰落甚至中斷，影響定位精度和可靠性；使高頻通信信號產(chǎn)生閃爍，影響通信質(zhì)量；影響雷達信號傳播；對衛(wèi)星星載傳感器（如相機、激光雷達）的成像和探測精度產(chǎn)生干擾。4.極區(qū)高層大氣風(fēng)場（如極區(qū)風(fēng)）：影響極區(qū)電離層結(jié)構(gòu)和參數(shù)的時空變化，加劇極區(qū)亞暴等空間天氣事件的影響；對極區(qū)衛(wèi)星軌道產(chǎn)生長期漂移