2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣光學(xué)傳播特性的數(shù)值模擬考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在括號內(nèi)）1.根據(jù)比爾-朗伯定律，當(dāng)光通過均勻大氣層時(shí)，透過率與下列哪個(gè)因素成正比？A.大氣層的厚度B.大氣中物質(zhì)的濃度C.入射光強(qiáng)度D.光的波長2.大氣輻射傳輸方程中，除了輻射通量密度及其空間、時(shí)間導(dǎo)數(shù)外，主要包含的物理量是？A.大氣溫度B.大氣壓強(qiáng)C.大氣成分的吸收和散射特性D.地面反射率3.能夠同時(shí)精確處理多種氣體吸收和所有波段的瑞利散射，但計(jì)算效率相對較低的大氣輻射傳輸數(shù)值方法通常是？A.幾何光學(xué)法B.離散坐標(biāo)法C.蒙特卡洛法D.半解析法4.在大氣輻射傳輸模擬中，消光系數(shù)是描述光被大氣削弱程度的關(guān)鍵參數(shù)，它主要取決于？A.光的入射角度B.大氣水汽含量C.大氣中氣溶膠和云的濃度及光學(xué)特性D.地面溫度5.蒙特卡洛方法在模擬大氣輻射傳輸時(shí)，其主要優(yōu)勢在于？A.計(jì)算效率高，尤其適用于簡單幾何形狀B.能夠自然地處理非彈性散射過程C.只需要考慮幾何光學(xué)散射D.對編程人員技能要求低6.大氣中氣溶膠的粒徑分布和化學(xué)成分會(huì)顯著影響其光學(xué)特性，例如影響？A.大氣能見度B.地表溫度C.太陽總輻射D.以上所有7.數(shù)值模擬結(jié)果的不確定性來源主要包括？A.模型本身的簡化與假設(shè)B.輸入?yún)?shù)（如氣象數(shù)據(jù)、氣溶膠廓線）的誤差C.計(jì)算方法引入的離散化誤差D.以上所有8.利用數(shù)值模擬研究氣溶膠對區(qū)域氣候的影響，通常需要？A.獲取高分辨率的氣溶膠分布數(shù)據(jù)B.模擬氣溶膠對太陽輻射和地表溫度的影響C.結(jié)合大氣環(huán)流模型進(jìn)行耦合模擬D.以上所有9.天空亮度的數(shù)值模擬主要關(guān)注的是？A.地表接收到的太陽輻射B.不同天頂角和方位角的天空輻射亮度分布C.大氣柱內(nèi)的總水汽含量D.日出日落時(shí)的曙暮光現(xiàn)象10.半解析法通常應(yīng)用于？A.模擬單層均勻大氣或具有特定對稱性的大氣層B.模擬包含復(fù)雜地形的大氣輻射傳輸C.高精度地模擬氣溶膠的各向異性散射D.快速估算大氣對特定衛(wèi)星遙感的訂正因子二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.光在均勻大氣中傳播時(shí)，其強(qiáng)度衰減遵循________定律。2.大氣輻射傳輸方程的求解方法主要分為________方法和________方法兩大類。3.瑞利散射的特點(diǎn)是其散射強(qiáng)度與波長的四次方成________比。4.Mie散射能夠較好地描述粒徑與波長相當(dāng)?shù)拇罅Ｗ樱ㄈ鐨馊苣z、水滴、冰晶）的散射特性，其散射強(qiáng)度和相位函數(shù)與粒子的________和________密切相關(guān)。5.在進(jìn)行大氣光學(xué)模擬時(shí)，選擇合適的________和________對于獲得準(zhǔn)確的結(jié)果至關(guān)重要。6.大氣校正的主要目的是消除或減弱大氣________對地表遙感觀測的影響，以反演地表參數(shù)。7.數(shù)值模擬中，離散坐標(biāo)法通過將角度空間離散化，將連續(xù)的輻射傳輸方程轉(zhuǎn)化為________空間上的代數(shù)方程組進(jìn)行求解。8.蒙特卡洛方法通過追蹤大量代表光子路徑的________，統(tǒng)計(jì)其能量和狀態(tài)變化來模擬輻射傳輸過程。9.冰晶云的光學(xué)特性與其微物理結(jié)構(gòu)（如冰晶形狀、排列方式）密切相關(guān)，數(shù)值模擬對于理解________等現(xiàn)象至關(guān)重要。10.隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，高分辨率大氣輻射傳輸模擬能夠提供更精細(xì)的________信息，有助于研究氣溶膠的局地生成與遷移。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述比爾-朗伯定律的物理意義及其適用條件。2.比較離散坐標(biāo)法（DOM）和蒙特卡洛法（MC）在模擬大氣輻射傳輸時(shí)的主要區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡述大氣輻射傳輸模擬在氣象衛(wèi)星遙感中的應(yīng)用，并列舉至少兩個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例。四、計(jì)算題（6分）假設(shè)有一層均勻大氣，大氣總消光系數(shù)為τ=0.3，入射太陽光可視為單色光。請計(jì)算：（1）該層大氣使光強(qiáng)衰減到原值的多少？（2）若要使光強(qiáng)衰減到原值的10%，光需要通過多厚的大氣層？（結(jié)果均保留三位小數(shù)）五、論述題（9分）論述數(shù)值模擬方法在研究城市氣溶膠對大氣光學(xué)質(zhì)量和能見度影響中的重要作用，并分析當(dāng)前研究中面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.C5.B6.D7.D8.D9.B10.A二、填空題1.比爾-朗伯2.數(shù)值積分，解析3.反4.粒徑，折射率5.模型，參數(shù)6.信號（或輻射干擾）7.角8.粒子（或光子）9.日暈（或其他大氣光學(xué)現(xiàn)象，如夜光云）10.輻射場（或光學(xué)特性分布）三、簡答題1.答：比爾-朗伯定律描述了在均勻、非散射介質(zhì)中，光強(qiáng)度沿路徑的減弱與介質(zhì)厚度和物質(zhì)濃度成正比的關(guān)系。其物理意義是光在與物質(zhì)分子作用時(shí)被吸收和散射而減弱。適用條件包括：介質(zhì)均勻、各向同性、光波波長相對固定、物質(zhì)濃度低于飽和吸收等。2.答：區(qū)別：DOM基于角度離散化，將連續(xù)方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組求解，計(jì)算效率高，尤其適用于各向同性散射；MC通過隨機(jī)追蹤粒子路徑統(tǒng)計(jì)特性，能自然處理非彈性散射和復(fù)雜幾何，但計(jì)算量巨大，結(jié)果有統(tǒng)計(jì)誤差。優(yōu)點(diǎn)：DOM效率高，MC物理圖像清晰，能處理復(fù)雜過程。缺點(diǎn)：DOM對非彈性散射處理復(fù)雜，MC計(jì)算成本高，收斂性分析復(fù)雜。3.答：應(yīng)用：數(shù)值模擬用于計(jì)算衛(wèi)星傳感器接收到的地表反射率或輻射亮度，考慮大氣吸收散射影響，以校正大氣效應(yīng)，提高遙感精度。實(shí)例：①利用模擬反演大氣水汽含量、氣溶膠光學(xué)厚度；②模擬不同氣象條件下衛(wèi)星圖像特征，進(jìn)行大氣校正產(chǎn)品質(zhì)量評估。四、計(jì)算題（1）根據(jù)比爾-朗伯定律I=I?*exp(-τx)，當(dāng)x=1時(shí)，I=I?*exp(-τ)=I?*exp(-0.3)≈0.7408。衰減到原值的0.741。（2）設(shè)衰減到10%時(shí)厚度為x，則0.1=exp(-0.3x)，取對數(shù)ln(0.1)=-0.3x，x=-ln(0.1)/0.3≈2.3026/0.3≈7.675。需要通過約7.675大氣光學(xué)厚度。五、論述題答：數(shù)值模擬是研究城市氣溶膠光學(xué)質(zhì)量和能見度影響的核心工具。其作用在于：①模擬氣溶膠光學(xué)特性（如消光、散射系數(shù)、相函數(shù)）及其垂直分布，揭示氣溶膠對太陽輻射的影響；②預(yù)測氣溶膠對地面、衛(wèi)星觀測的影響，評估遙感反演精度；③模擬氣溶膠對能見度的影響，分析重污染天氣成因；④模擬氣溶膠與氣象過程的相互作用（如云凝結(jié)核、輻射反饋）；⑤評估不同氣溶膠減