2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——自然氣候與人為活動(dòng)對(duì)比研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、1.試述太陽活動(dòng)變化對(duì)地球氣候可能產(chǎn)生的影響，并說明其作用機(jī)制。2.指出主要的溫室氣體和氣溶膠類型，簡述其中一種溫室氣體從排放到在大氣中發(fā)揮作用的主要過程。3.什么是氣候強(qiáng)迫？舉例說明一個(gè)正氣候強(qiáng)迫和一個(gè)負(fù)氣候強(qiáng)迫的來源及其對(duì)地球能量平衡的影響。二、4.比較厄爾尼諾現(xiàn)象（ENSO）與北大西洋濤動(dòng)（NAO）在驅(qū)動(dòng)機(jī)制、時(shí)間尺度和影響區(qū)域上的主要異同。5.解釋“orbitalforcing”（軌道參數(shù)變化）如何導(dǎo)致地球經(jīng)歷冰期與間冰期循環(huán)，涉及哪些關(guān)鍵因素和過程。6.土地利用變化（如森林砍伐、城市擴(kuò)張）可以通過哪些具體途徑影響區(qū)域和全球氣候？請(qǐng)至少列舉三種途徑并簡述其機(jī)制。三、7.簡述大氣中二氧化碳（CO2）濃度觀測數(shù)據(jù)如何反映人類活動(dòng)的影響。8.什么是氣候變化歸因研究？為什么需要通過歸因研究來確定人類活動(dòng)在當(dāng)前氣候變化中的作用？9.氣候模型在對(duì)比研究自然與人為氣候影響方面扮演著重要角色。請(qǐng)說明氣候模型在開展這類研究時(shí)的主要作用和局限性。四、10.假設(shè)某研究區(qū)域觀察到過去幾十年平均氣溫顯著上升，降水模式也發(fā)生了明顯改變。請(qǐng)分析自然氣候變率（如ENSO）和人為氣候變化（如溫室氣體排放增加）都可能是導(dǎo)致這些觀測變化的原因。闡述在缺乏直接觀測數(shù)據(jù)的情況下，科學(xué)家可能采用哪些方法來區(qū)分這兩種因素的影響程度和相對(duì)重要性。試卷答案一、1.太陽活動(dòng)變化（如太陽黑子數(shù)量的周期性變化）會(huì)影響到達(dá)地球的太陽輻射總量。太陽輻射是驅(qū)動(dòng)地球氣候系統(tǒng)的主要能量來源。當(dāng)太陽活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，太陽輻射增加，可能導(dǎo)致地球接收更多能量而變暖；當(dāng)太陽活動(dòng)減弱時(shí)，太陽輻射減少，可能導(dǎo)致地球接收能量減少而變冷。其作用機(jī)制主要是通過改變太陽總輻射（STO）和太陽紫外輻射（UV）的強(qiáng)度，進(jìn)而影響地球大氣的溫度結(jié)構(gòu)和環(huán)流模式。2.主要溫室氣體包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）等；主要?dú)馊苣z類型包括硫酸鹽、黑碳（煙塵）、有機(jī)碳等。以二氧化碳為例，其從主要排放源（如化石燃料燃燒、生物呼吸、火山噴發(fā)）排放到大氣中，在大氣中通過擴(kuò)散混合，部分被大氣中的水汽、氧氣等吸收，部分則在大氣化學(xué)過程（如與羥基自由基反應(yīng)）中被消耗。CO2分子能夠吸收并重新輻射紅外線（熱量），阻止熱量散失到外太空，從而使大氣和地表溫度升高，這就是溫室效應(yīng)。其在大氣中的生命周期較長，可在大氣中停留幾十年到上百年。3.氣候強(qiáng)迫是指人為或自然因素引起的地球氣候系統(tǒng)總能量收支變化，導(dǎo)致地球平均溫度發(fā)生變化。正氣候強(qiáng)迫是指導(dǎo)致地球系統(tǒng)能量增加、氣溫升高的強(qiáng)迫，例如溫室氣體排放增加導(dǎo)致的溫室效應(yīng)增強(qiáng)。負(fù)氣候強(qiáng)迫是指導(dǎo)致地球系統(tǒng)能量減少、氣溫降低的強(qiáng)迫，例如硫酸鹽氣溶膠對(duì)太陽輻射的反射作用。二、4.厄爾尼諾現(xiàn)象（ENSO）主要是太平洋海表溫度異常增暖現(xiàn)象，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制涉及海氣相互作用，與風(fēng)場異常（如信風(fēng)減弱）有關(guān)，具有年際時(shí)間尺度，主要影響熱帶太平洋及周邊地區(qū)的氣候（如引發(fā)洪澇或干旱）。北大西洋濤動(dòng)（NAO）是北大西洋地區(qū)大氣環(huán)流的年際變化模式，表現(xiàn)為亞速爾高壓和冰島低壓的氣壓差變化，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制復(fù)雜，涉及海氣相互作用和大氣內(nèi)部動(dòng)力學(xué)，具有年際到年代際時(shí)間尺度，主要影響北大西洋兩岸（尤其是北美東部和歐洲西部）的氣溫和降水模式。二者的主要相同點(diǎn)在于都是具有年際時(shí)間尺度的、涉及海氣相互作用（ENSO更直接，NAO間接）的大氣環(huán)流異常模式，都能顯著影響區(qū)域氣候。主要不同點(diǎn)在于其發(fā)生的主要海域（熱帶太平洋vs.北大西洋）、主導(dǎo)的物理過程（ENSO以海溫異常和風(fēng)場變化為主，NAO以氣壓異常和大氣環(huán)流調(diào)整為主）以及主要影響區(qū)域。5.地球的軌道參數(shù)（偏心率、地軸傾角、歲差）隨時(shí)間緩慢變化，改變了太陽輻射在地球表面的季節(jié)性和緯度分布。當(dāng)?shù)厍蛱幱诮拯c(diǎn)且地軸傾角較小時(shí)，北半球夏季接收到的太陽輻射更強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間更長，導(dǎo)致冰川融化加速，進(jìn)入間冰期。反之，當(dāng)?shù)厍蛱幱谶h(yuǎn)日點(diǎn)且地軸傾角較大時(shí)，北半球夏季接收到的太陽輻射較弱、持續(xù)時(shí)間更短，冰川難以融化甚至擴(kuò)張，進(jìn)入冰期。這個(gè)過程涉及地球軌道參數(shù)的變化、太陽輻射強(qiáng)度的變化、冰川對(duì)地球反照率的反饋、冰雪融化釋放的淡水對(duì)海洋環(huán)流的影響等多個(gè)環(huán)節(jié)的復(fù)雜相互作用。6.土地利用變化影響區(qū)域和全球氣候的途徑包括：①改變地表反照率（Albedo）：森林砍伐（高反照率變低反照率）可能導(dǎo)致區(qū)域吸收更多太陽輻射而變暖；城市擴(kuò)張（高反照率變低反照率，且水泥地面吸熱快）同樣可能改變局地能量平衡。②改變地表蒸散發(fā)（Evapotranspiration）：森林砍伐會(huì)顯著減少蒸散發(fā)，改變局地濕度和降水條件；城市硬化地面蒸散發(fā)很少，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)。③改變地表粗糙度（SurfaceRoughness）：城市擴(kuò)張和森林砍伐都改變地表粗糙度，影響局地近地面風(fēng)場和大氣邊界層結(jié)構(gòu)。④改變生物碳循環(huán)：森林砍伐減少了碳匯，增加了大氣CO2濃度；城市植被減少也影響碳循環(huán)。⑤直接排放非CO2溫室氣體：農(nóng)業(yè)活動(dòng)（如稻田、牲畜）排放甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）；城市廢棄物處理可能產(chǎn)生甲烷。三、7.大氣中二氧化碳濃度可以通過多種全球觀測網(wǎng)絡(luò)（如美國的馬普斯站、全球大氣觀測系統(tǒng)GAW的地面站網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星遙感如OCO系列）進(jìn)行長期、連續(xù)的監(jiān)測。觀測數(shù)據(jù)顯示，自工業(yè)革命以來，大氣CO2濃度已從約280ppm（百萬分之280）急劇上升到當(dāng)前超過420ppm的水平，且增長速率不斷加快。這種顯著的、持續(xù)上升的CO2濃度變化與工業(yè)革命以來人類大規(guī)模燃燒化石燃料、毀林等人類活動(dòng)導(dǎo)致的CO2排放急劇增加密切相關(guān)。觀測到的濃度變化趨勢(shì)和增長速率在時(shí)間和空間上與人為排放的規(guī)模和模式高度一致。8.氣候變化歸因研究是指通過比較觀測到的氣候變化與各種可能原因（包括自然強(qiáng)迫、人為強(qiáng)迫、內(nèi)部氣候variability）單獨(dú)或組合作用下的模擬結(jié)果，來確定特定氣候變化現(xiàn)象中人類活動(dòng)貢獻(xiàn)的科學(xué)過程。需要通過歸因研究來確定人類活動(dòng)在當(dāng)前氣候變化中的作用，是因?yàn)殡m然自然因素（如太陽活動(dòng)、火山活動(dòng)）也會(huì)引起氣候變化，但其變率和影響程度通常不足以完全解釋觀測到的當(dāng)前劇烈的、持續(xù)的全球變暖趨勢(shì)。歸因研究通過排除自然因素單獨(dú)或與內(nèi)部變率共同作用的可能性，并提供證據(jù)表明，只有包含人為強(qiáng)迫（特別是溫室氣體排放）的氣候模型才能合理地重現(xiàn)觀測到的氣候變化特征（如全球平均溫度上升、某些天氣極端事件頻率增加等），從而得出人類活動(dòng)是當(dāng)前氣候變化主要驅(qū)動(dòng)力（主要貢獻(xiàn)者）的科學(xué)結(jié)論。9.氣候模型在對(duì)比研究自然與人為氣候影響方面的主要作用包括：①模擬不同強(qiáng)迫情景：模型可以模擬僅包含自然強(qiáng)迫（如僅太陽變化、僅火山活動(dòng)）的“控制實(shí)驗(yàn)”場景，以及包含自然強(qiáng)迫和人為強(qiáng)迫（如RCPs或SSPs情景）的“模擬未來”場景，從而定量比較不同強(qiáng)迫對(duì)氣候系統(tǒng)的影響差異。②歸因分析：通過比較觀測到的氣候變化與不同模擬結(jié)果的差異，模型是進(jìn)行氣候變化歸因研究的關(guān)鍵工具，用于分離和量化自然和人為因素的影響。③預(yù)測未來變化：模型用于預(yù)測未來氣候變化，其結(jié)果隱含了對(duì)自然與人為因素共同作用路徑的模擬和評(píng)估。氣候模型的主要局限性包括：①參數(shù)化和不確定性：模型需要將復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物過程進(jìn)行簡化，這些簡化（參數(shù)化）存在不確定性，影響模擬結(jié)果。不同模型的參數(shù)化方案不同，導(dǎo)致模擬結(jié)果存在差異。②分辨率限制：氣候模型的分辨率（空間和時(shí)間尺度）有限，可能無法完全捕捉局地或短期的氣候變化細(xì)節(jié)。③數(shù)據(jù)同化挑戰(zhàn)：將觀測數(shù)據(jù)有效地融入模型以改進(jìn)模擬和減少不確定性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。四、10.對(duì)于觀察到該區(qū)域過去幾十年平均氣溫顯著上升和降水模式發(fā)生明顯改變的現(xiàn)象，可能的原因包括自然氣候變率和人為氣候變化。自然氣候變率，特別是像厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ENSO）這樣強(qiáng)盛的事件，可以在幾年到幾年的時(shí)間尺度內(nèi)導(dǎo)致區(qū)域性的氣溫和降水異常。例如，一個(gè)強(qiáng)厄爾尼諾事件期間，該區(qū)域可能經(jīng)歷異常溫暖和/或異常濕潤的時(shí)期。其他如北大西洋濤動(dòng)（NAO）的正位也可能導(dǎo)致北美東部或歐洲西部變暖和降水變化。這些事件具有不規(guī)則的周期性，其影響疊加在長期趨勢(shì)上。人為氣候變化是導(dǎo)致當(dāng)前全球變暖的主要驅(qū)動(dòng)力，也對(duì)該區(qū)域的氣候變化有顯著影響。過去幾十年來，人類活動(dòng)排放的溫室氣體（如CO2、CH4）導(dǎo)致全球平均溫度上升，這種全球變暖趨勢(shì)會(huì)通過多種機(jī)制影響區(qū)域氣候，例如改變大氣環(huán)流模式（如極地渦旋減弱、副熱帶高壓變化）、改變水汽含量和降水分布等，導(dǎo)致區(qū)域平均氣溫上升和降水格局改變。人為影響是一個(gè)持續(xù)累積的過程。在缺乏直接觀測數(shù)據(jù)區(qū)分短期異常和長期趨勢(shì)時(shí)，科學(xué)家可能采用以下方法來區(qū)分這兩種因素的影響程度和相對(duì)重要性：①多模式集合模擬：運(yùn)行多個(gè)不同的氣候模型，這些模型在自然強(qiáng)迫方面可能有所不同（例如，使用不同的太陽或火山活動(dòng)數(shù)據(jù)），但在人為強(qiáng)迫方面采用相同的排放情景。通過比較這些模型的模擬結(jié)果與觀測，可以評(píng)估自然強(qiáng)迫的貢獻(xiàn)。②特定強(qiáng)迫實(shí)驗(yàn)：運(yùn)行氣候模型，分別進(jìn)行僅包含自然強(qiáng)迫的模擬（控制實(shí)驗(yàn)）和同時(shí)包含自然與人為強(qiáng)迫的模擬。比較兩種模擬結(jié)果與觀測的差異，可以分離出人為強(qiáng)迫的影響。③觀測數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)歸因：