2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣環(huán)境污染對(duì)氣象學(xué)研究的挑戰(zhàn)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)字母填涂在答題卡相應(yīng)位置）1.下列哪種大氣污染物主要是由化石燃料燃燒和工業(yè)過程產(chǎn)生的二氧化硫（SO?）？（A）PM2.5（B）氮氧化物（C）二氧化碳（D）氧化亞氮2.大氣中的氣溶膠粒子對(duì)太陽輻射的主要影響之一是削弱到達(dá)地面的總輻射，這主要?dú)w因于其（A）化學(xué)反應(yīng)活性（B）吸收和散射作用（C）沉降速度（D）水汽吸附能力3.持續(xù)的大氣污染物排放導(dǎo)致近地面氣溫升高，進(jìn)而改變了地表能量平衡，這種現(xiàn)象被稱為（A）熱島效應(yīng)增強(qiáng)（B）輻射強(qiáng)迫（C）大氣反饋（D）污染物化學(xué)催化4.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式中未能準(zhǔn)確模擬氣溶膠的輻射強(qiáng)迫效應(yīng)，可能導(dǎo)致對(duì)（A）地表溫度的預(yù)報(bào)偏差（B）降水量的預(yù)報(bào)偏差（C）大氣環(huán)流模式位溫的預(yù)報(bào)偏差（D）以上所有5.空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）主要用于表征和預(yù)報(bào)哪種環(huán)境要素的污染狀況？（A）地表濕度（B）大氣壓力（C）露點(diǎn)溫度（D）空氣質(zhì)量6.光化學(xué)煙霧的主要成因是大氣中氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）在陽光照射下發(fā)生復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，生成（A）PM2.5（B）O?（C）SO?（D）CO7.長(zhǎng)期的大氣污染物排放對(duì)區(qū)域氣候系統(tǒng)產(chǎn)生的累積影響，最顯著的可能體現(xiàn)在（A）短期天氣變化頻率（B）區(qū)域平均降水格局改變（C）大氣中水汽含量的瞬時(shí)變化（D）地表風(fēng)速的季節(jié)性變化8.在環(huán)境氣象數(shù)據(jù)同化過程中，如何處理由于大氣污染導(dǎo)致的觀測(cè)站點(diǎn)周圍能見度降低問題？（A）忽略該站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)（B）對(duì)該站點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行修正（C）采用質(zhì)量保證（QA）方法評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量并降低權(quán)重（D）增加該站點(diǎn)的觀測(cè)頻率9.氣溶膠的間接效應(yīng)通過改變大氣反照率、云的微物理過程等，進(jìn)而影響氣候，其中一種重要的間接效應(yīng)被稱為（A）凝結(jié)核效應(yīng)（B）吸收加熱效應(yīng)（C）云反照率效應(yīng)（D）Albedo效應(yīng)10.針對(duì)大氣環(huán)境污染對(duì)氣象研究的挑戰(zhàn)，未來研究的一個(gè)重要方向是發(fā)展能夠更精確模擬污染物與氣象場(chǎng)之間（A）短期動(dòng)態(tài)相互作用（B）長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)性（C）物理-化學(xué)轉(zhuǎn)化機(jī)制（D）地域分布差異性的模型。二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置）1.大氣污染物中的_黑碳_主要來自不完全燃燒過程，它不僅是重要的人為氣溶膠，也具有顯著的_輻射強(qiáng)迫_效應(yīng)。2.污染物通過改變大氣成分和能量平衡，進(jìn)而影響天氣和氣候系統(tǒng)，這種相互作用被稱為_環(huán)境氣象學(xué)_或_污染氣象學(xué)_。3.某些類型的氣溶膠（如硫酸鹽氣溶膠）具有_吸濕性_，能夠吸濕增長(zhǎng)，進(jìn)而影響云的微物理過程和降水。4.衛(wèi)星遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)區(qū)域和全球尺度的大氣污染物_分布_、_濃度變化_等方面發(fā)揮著重要作用。5.為了更準(zhǔn)確地模擬大氣環(huán)境污染及其對(duì)氣象研究的影響，需要發(fā)展包含更先進(jìn)_氣溶膠模塊_和_化學(xué)反應(yīng)機(jī)制_的數(shù)值模式。三、簡(jiǎn)答題（每小題8分，共24分。請(qǐng)將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置）1.簡(jiǎn)述大氣污染物中PM2.5對(duì)氣象觀測(cè)（特別是溫度和輻射）可能產(chǎn)生的主要影響。2.解釋什么是氣溶膠的直接效應(yīng)和間接效應(yīng)，并各舉一個(gè)與氣象相關(guān)聯(lián)的例子。3.闡述數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）模型在研究大氣環(huán)境污染問題時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)。四、論述題（每小題14分，共28分。請(qǐng)將答案填寫在答題卡相應(yīng)位置）1.結(jié)合具體例子，論述大氣環(huán)境污染如何影響極端天氣事件的頻率或強(qiáng)度，并分析這對(duì)氣象災(zāi)害預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出了哪些新的挑戰(zhàn)。2.探討發(fā)展環(huán)境氣象學(xué)領(lǐng)域所需的數(shù)據(jù)同化技術(shù)的關(guān)鍵難點(diǎn)，并提出可能的解決方案或研究方向。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.D5.D6.B7.B8.C9.C10.A二、填空題1.黑碳，輻射強(qiáng)迫2.環(huán)境氣象學(xué)或污染氣象學(xué)3.吸濕性4.分布，濃度變化5.氣溶膠模塊，化學(xué)反應(yīng)機(jī)制三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先明確PM2.5的特性（微小、表面積大、可吸附物質(zhì)）。然后分別闡述對(duì)溫度和輻射的影響。對(duì)溫度：PM2.5吸收長(zhǎng)波輻射（地球輻射）導(dǎo)致地表能量向上傳遞減少，地表升溫；同時(shí)，低層大氣吸收部分地表長(zhǎng)波輻射，低層大氣溫度可能升高，形成“溫室效應(yīng)”，但地表與低層溫差變化復(fù)雜。對(duì)輻射：PM2.5對(duì)太陽短波輻射具有強(qiáng)烈的散射和吸收作用，導(dǎo)致到達(dá)地面的總太陽輻射減少（直接效應(yīng)），使地表溫度降低；同時(shí)，作為云凝結(jié)核，增加云量或改變?cè)频巫V，影響云的反射率（間接效應(yīng)）。參考答案：PM2.5對(duì)氣象觀測(cè)的影響顯著。一方面，PM2.5具有吸收長(zhǎng)波輻射的能力，可能導(dǎo)致地表能量向上傳遞減少而升溫，或增加低層大氣吸收能力使其升溫，從而影響地表溫度和近地層氣溫結(jié)構(gòu)。另一方面，PM2.5對(duì)太陽短波輻射具有強(qiáng)烈的散射和吸收作用，削弱到達(dá)地面的總太陽輻射，導(dǎo)致地表溫度降低；同時(shí)，PM2.5作為云凝結(jié)核，能影響云的形成、結(jié)構(gòu)和反射率，進(jìn)而改變大氣輻射平衡。2.解析思路：明確直接效應(yīng)和間接效應(yīng)的定義。直接效應(yīng)指氣溶膠自身物理特性（如顏色、形狀、大?。┲苯痈淖冚椛鋫鬏斶^程。間接效應(yīng)指氣溶膠通過改變?cè)频奈⑽锢磉^程（如云滴數(shù)、大小分布、云量、云的壽命）進(jìn)而間接影響輻射平衡。各舉一例并說明與氣象的關(guān)聯(lián)。直接效應(yīng)例子：黑碳?xì)馊苣z吸收太陽短波輻射，導(dǎo)致區(qū)域增溫，改變大氣環(huán)流；間接效應(yīng)例子：硫酸鹽氣溶膠作為云凝結(jié)核，增加云滴數(shù)量，可能使云更易產(chǎn)生降水或形成更厚的云層，改變?cè)频姆瓷渎剩ǚ凑章市?yīng)），影響區(qū)域能量平衡。參考答案：氣溶膠對(duì)氣候系統(tǒng)的影響包括直接效應(yīng)和間接效應(yīng)。直接效應(yīng)是指氣溶膠自身對(duì)輻射平衡的直接影響。例如，黑碳等深色氣溶膠吸收太陽短波輻射，導(dǎo)致地表和大氣變暖，進(jìn)而可能影響大氣環(huán)流模式。間接效應(yīng)是指氣溶膠通過改變?cè)频奈⑽锢磉^程對(duì)輻射平衡產(chǎn)生的間接影響。例如，許多氣溶膠（如硫酸鹽、海鹽顆粒）作為云凝結(jié)核，增加云中的云滴數(shù)，可能改變?cè)频囊簯B(tài)水含量、云滴譜分布、降水效率或云的壽命，進(jìn)而影響云的反照率（即云對(duì)太陽輻射的反射能力），最終改變區(qū)域或全球的能量平衡。這些效應(yīng)共同構(gòu)成了氣溶膠的氣候強(qiáng)迫。3.解析思路：從模型輸入、物理過程、化學(xué)機(jī)制、計(jì)算資源和輸出應(yīng)用等角度思考挑戰(zhàn)。輸入方面：污染物排放清單的準(zhǔn)確性和時(shí)空分辨率限制模型模擬效果；觀測(cè)數(shù)據(jù)同化中污染物濃度和氣象場(chǎng)的耦合難度大。物理過程方面：氣溶膠的物理化學(xué)性質(zhì)（如大小、形狀、光學(xué)特性、沉降速度）及其時(shí)空變化復(fù)雜，需要精確的參數(shù)化方案。化學(xué)機(jī)制方面：大氣化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，涉及多種氣體和粒子，難以完全準(zhǔn)確描述。計(jì)算資源方面：包含詳細(xì)氣溶膠和化學(xué)模塊的高分辨率模型計(jì)算量巨大。輸出應(yīng)用方面：如何將復(fù)雜的模型輸出有效轉(zhuǎn)化為對(duì)氣象災(zāi)害預(yù)警、空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和氣候變化評(píng)估有意義的科學(xué)產(chǎn)品。參考答案：數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型在研究大氣環(huán)境污染問題時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，輸入的污染物排放數(shù)據(jù)（排放清單）往往存在不確定性，其時(shí)空分辨率限制了模型的模擬能力。其次，氣溶膠的物理過程（如沉降、擴(kuò)散、濕沉降）和化學(xué)過程（如光化學(xué)反應(yīng)、轉(zhuǎn)化）極其復(fù)雜，目前模型中的參數(shù)化方案尚不完善，難以精確模擬。再次，將詳細(xì)的氣溶膠模塊和化學(xué)反應(yīng)模塊與天氣尺度模式耦合，對(duì)計(jì)算資源要求很高。最后，如何有效同化污染物濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，并將其與氣象場(chǎng)耦合，以及如何解讀復(fù)雜的模型輸出，將其應(yīng)用于氣象災(zāi)害預(yù)警、空氣質(zhì)量評(píng)估和氣候變化研究，都是重要的挑戰(zhàn)。四、論述題1.解析思路：首述環(huán)境污染（特別是氣溶膠）對(duì)極端天氣的潛在影響機(jī)制。可從兩個(gè)方面入手：一是改變大尺度環(huán)流，如溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球變暖可能改變行星波活動(dòng)，影響極端天氣（如熱浪、寒潮）的發(fā)生頻率和路徑；二是改變局地小尺度物理?xiàng)l件，如城市熱島和低層污染層可能改變邊界層結(jié)構(gòu)、局地?zé)崃l件，誘發(fā)或增強(qiáng)極端降水、強(qiáng)風(fēng)等。然后結(jié)合具體例子（如北京暴雨、北美熱浪等研究中提及的污染影響）。最后，分析這些影響對(duì)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的挑戰(zhàn)，如增加了預(yù)報(bào)難度、需要更精細(xì)的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、需要新的預(yù)警指標(biāo)和方法等。參考答案：大氣環(huán)境污染顯著影響著極端天氣事件的頻率或強(qiáng)度。環(huán)境污染主要通過改變大尺度環(huán)流和局地小尺度物理?xiàng)l件來實(shí)現(xiàn)。一方面，全球范圍的大氣污染物增加導(dǎo)致溫室效應(yīng)加劇，可能改變行星波活動(dòng)模式，進(jìn)而影響熱帶氣旋、寒潮、熱浪等極端天氣事件的發(fā)生頻率和路徑。例如，有研究表明亞洲季風(fēng)區(qū)的氣溶膠污染可能抑制了西太平洋臺(tái)風(fēng)的生成。另一方面，近地面的大氣污染物（如PM2.5）通過城市熱島效應(yīng)和改變邊界層結(jié)構(gòu)，可能改變局地的熱力條件和水汽條件，增加短時(shí)強(qiáng)降水、雷暴、強(qiáng)風(fēng)等局地極端天氣事件的發(fā)生概率或強(qiáng)度。例如，城市冠層中的污染物和水汽混合可能成為強(qiáng)降水的觸發(fā)機(jī)制。這些影響對(duì)氣象災(zāi)害的預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因?yàn)槲廴疚锔淖兞藰O端天氣的形成機(jī)理和時(shí)空分布特征，增加了數(shù)值預(yù)報(bào)的難度，要求更精細(xì)的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)和更先進(jìn)的預(yù)報(bào)技巧，并可能需要開發(fā)新的預(yù)警指標(biāo)。2.解析思路：首先點(diǎn)明環(huán)境氣象學(xué)數(shù)據(jù)同化的核心難點(diǎn)，即污染物濃度場(chǎng)本身及其與氣象場(chǎng)的時(shí)空變率快、變化劇烈、空間分辨率要求高，而常規(guī)氣象觀測(cè)網(wǎng)難以滿足。其次，污染物自身物理化學(xué)過程的復(fù)雜性導(dǎo)致其演變與氣象場(chǎng)耦合緊密且難以精確描述，給同化算法設(shè)計(jì)帶來困難。再次，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)（如衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)測(cè)、飛機(jī)/無人機(jī)探測(cè)）的融合處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估與保證、以及同化系統(tǒng)（數(shù)據(jù)同化算法、模型）的物理一致性約束都是技術(shù)挑戰(zhàn)。最后，提出可能的解決方案，如發(fā)展基于物理機(jī)制的變量篩選或誤差修正算法、改進(jìn)質(zhì)量保證方法、利用多尺度模型或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法（如機(jī)器學(xué)習(xí)）輔助同化、構(gòu)建專門的環(huán)境氣象同化系統(tǒng)等。參考答案：發(fā)展環(huán)境氣象學(xué)領(lǐng)域所需的數(shù)據(jù)同化技術(shù)面臨若干關(guān)鍵難點(diǎn)。首要難點(diǎn)在于污染物濃度場(chǎng)本身的時(shí)空變化劇烈且復(fù)雜，尤其是在污染事件期間，濃度場(chǎng)的高分辨率、高頻率時(shí)空變化往往超出現(xiàn)有常規(guī)氣象觀測(cè)網(wǎng)的覆蓋能力，難以獲取精確、連續(xù)的污染物場(chǎng)初始或背景信息。其次，污染物通過復(fù)雜的物理化學(xué)過程演變，并與氣象場(chǎng)（溫度、濕度、風(fēng)等）存在緊密的相互作用和反饋，這種強(qiáng)耦合關(guān)系增加了建立精確物理模型描述污染物演變、并確保同化系統(tǒng)物理一致性的難度。此外，環(huán)境氣象數(shù)據(jù)來源多樣，包括衛(wèi)星遙感、地面監(jiān)