2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣邊界層結(jié)構(gòu)對(duì)大氣環(huán)境污染形成與擴(kuò)散的影響及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.大氣邊界層2.湍流交換系數(shù)3.污染羽4.光化學(xué)煙霧5.風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分二、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述影響大氣邊界層高度的主要?dú)庀笠蛩亍?.比較大氣邊界層中穩(wěn)定、不穩(wěn)定和中性層結(jié)條件下的近地面風(fēng)速和湍流特征。3.簡(jiǎn)述大氣污染物主要的物理去除過程及其與邊界層湍流的關(guān)系。4.列舉至少三種影響城市污染物擴(kuò)散的大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征。5.簡(jiǎn)述進(jìn)行空氣污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要考慮的主要因素。三、論述題（每題20分，共40分）1.結(jié)合具體城市或區(qū)域案例（如河谷城市、沿海地區(qū)、盆地地形），分析大氣邊界層結(jié)構(gòu)對(duì)其空氣污染形成與擴(kuò)散的特殊影響。2.論述如何利用氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)（如氣象塔、雷達(dá)、衛(wèi)星遙感）和污染擴(kuò)散模型（如高斯模型、數(shù)值模型），為某區(qū)域進(jìn)行空氣污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分提供科學(xué)依據(jù)，并分析可能存在的問題與不確定性。試卷答案一、名詞解釋1.大氣邊界層：指地表到大氣層中一個(gè)湍流混合顯著的層次，其上界為行星邊界層頂或混合層頂，下界緊貼地表。該層內(nèi)大氣與地表間通過湍流交換進(jìn)行熱量、水分和污染物的交換，其結(jié)構(gòu)特征直接影響近地面大氣現(xiàn)象和污染物的擴(kuò)散。**解析思路：*考察對(duì)邊界層基本定義、范圍（與行星邊界層頂/混合層的關(guān)系）和核心特征（湍流混合）的理解。2.湍流交換系數(shù)：表征大氣邊界層中污染物或其他大氣要素（如熱量、水分）從層內(nèi)垂直混合到地表或從地表向上輸送效率的無量綱參數(shù)。它反映了邊界層湍流強(qiáng)度和污染物擴(kuò)散能力，是大氣擴(kuò)散模型中的重要參數(shù)。**解析思路：*考察對(duì)湍流交換系數(shù)物理意義、作用以及作為模型參數(shù)的理解。3.污染羽：指大氣污染物從排放源（點(diǎn)源、面源或體源）向周圍環(huán)境擴(kuò)散所形成的污染物濃度分布區(qū)域，通常呈羽流狀或扇形分布。其形態(tài)、范圍和濃度水平受排放源強(qiáng)、氣象條件（特別是風(fēng)和湍流）以及下墊面特性等因素控制。**解析思路：*考察對(duì)污染羽基本概念、形態(tài)特征及其影響因素的理解。4.光化學(xué)煙霧：一種發(fā)生在大氣邊界層中的二次空氣污染現(xiàn)象。它由揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和氮氧化物（NOx）等前體物在陽(yáng)光（紫外線）作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧（O?）、過氧乙酰硝酸酯（PANs）等二次污染物，并與一次污染物混合，形成刺激性煙霧，導(dǎo)致能見度下降，危害人體健康和生態(tài)系統(tǒng)。**解析思路：*考察對(duì)光化學(xué)煙霧成因（前體物、陽(yáng)光）、主要二次污染物及其危害的理解。5.風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分：指根據(jù)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、污染源特征、氣象條件、人口分布、敏感目標(biāo)（如居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院）等因素，識(shí)別和劃分出不同污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的區(qū)域的過程。目的是為制定差異化的環(huán)境管理策略（如產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃、重污染天氣應(yīng)急響應(yīng)、環(huán)境監(jiān)管重點(diǎn)）提供科學(xué)依據(jù)。**解析思路：*考察對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分基本概念、目的和主要依據(jù)的理解。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述影響大氣邊界層高度的主要?dú)庀笠蛩亍?*答案：*主要?dú)庀笠蛩匕ǎ孩偬?yáng)輻射/氣溫：白天太陽(yáng)輻射增強(qiáng)，地面受熱增溫，對(duì)流加強(qiáng)，邊界層高度升高；夜間或陰天，地面冷卻，對(duì)流減弱，邊界層高度降低。②風(fēng)速：風(fēng)速較大時(shí)，垂直混合加強(qiáng)，有助于邊界層發(fā)展，高度相對(duì)較高；風(fēng)速小時(shí)，邊界層發(fā)展受抑，高度相對(duì)較低。③地表熱力性質(zhì)：城市地表（如柏油路、建筑）比農(nóng)村草地或水體吸熱快、升溫快，形成的熱力對(duì)流更強(qiáng)，導(dǎo)致城市邊界層高度通常高于周邊鄉(xiāng)村地區(qū)。④降水：降水過程伴隨的冷卻和沖刷作用，會(huì)暫時(shí)抑制對(duì)流，降低邊界層高度，但降水后地表濕潤(rùn)蒸發(fā)，可能促進(jìn)邊界層恢復(fù)和發(fā)展。**解析思路：*要求學(xué)生列舉并簡(jiǎn)要說明影響邊界層垂直發(fā)展強(qiáng)弱的關(guān)鍵氣象和地表因素，理解其物理機(jī)制。2.比較大氣邊界層中穩(wěn)定、不穩(wěn)定和中性層結(jié)條件下的近地面風(fēng)速和湍流特征。**答案：*①穩(wěn)定層結(jié)：近地面大氣溫度隨高度升高而降低，垂直運(yùn)動(dòng)受抑制。此時(shí)，近地面風(fēng)速通常較小且風(fēng)速梯度較?。▽咏Y(jié)穩(wěn)定抑制了湍流發(fā)展），湍流交換系數(shù)較小。可能出現(xiàn)逆溫層，阻礙污染物向上擴(kuò)散。②不穩(wěn)定層結(jié)：近地面大氣溫度隨高度升高而降低更快，垂直對(duì)流強(qiáng)烈。此時(shí)，近地面風(fēng)速可能較大（受地面摩擦和熱力對(duì)流共同影響），湍流交換系數(shù)很大，邊界層混合強(qiáng)烈，污染物擴(kuò)散能力強(qiáng)。③中性層結(jié)：近地面大氣溫度隨高度變化不大。此時(shí)，風(fēng)速和湍流特征介于穩(wěn)定和不穩(wěn)定之間，風(fēng)速梯度遵循對(duì)數(shù)律，湍流交換系數(shù)相對(duì)穩(wěn)定，邊界層混合狀況取決于其他因素（如風(fēng)、摩擦）。**解析思路：*考察學(xué)生對(duì)不同層結(jié)條件下，近地面大氣垂直運(yùn)動(dòng)（對(duì)流）、風(fēng)速、湍流強(qiáng)度（交換系數(shù)）的差異及其與邊界層混合能力的關(guān)聯(lián)的理解。3.簡(jiǎn)述大氣污染物主要的物理去除過程及其與邊界層湍流的關(guān)系。**答案：*主要物理去除過程包括：①干沉降：指污染物顆粒物或氣體在無降水條件下，通過重力沉降、慣性碰撞、擴(kuò)散等機(jī)制從大氣中去除的過程。顆粒物的重力沉降速度較快，而氣體污染物的干沉降速率與邊界層湍流強(qiáng)度密切相關(guān)，湍流越強(qiáng)，混合越充分，干沉降速率越快。②濕沉降：指污染物被云、霧、雨、雪等降水過程捕獲并從大氣中去除的過程。濕沉降效率與降水強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。邊界層內(nèi)的污染物濃度越高，濕沉降對(duì)其去除的貢獻(xiàn)也越大。**解析思路：*要求學(xué)生識(shí)別主要的物理去除過程，并重點(diǎn)闡述干沉降過程與邊界層湍流（特別是混合/擴(kuò)散）的密切關(guān)系。4.列舉至少三種影響城市污染物擴(kuò)散的大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征。**答案：*至少三種特征包括：①城市熱島效應(yīng)：城市地表材質(zhì)和下墊面特性導(dǎo)致城市區(qū)域氣溫高于周邊鄉(xiāng)村地區(qū)，形成熱力環(huán)流，加強(qiáng)近地面湍流混合，改變局地風(fēng)場(chǎng)，對(duì)污染物擴(kuò)散產(chǎn)生復(fù)雜影響（可能擴(kuò)大或縮小污染范圍，加速或延緩濃度衰減）。②建筑物群對(duì)氣流的影響：高密度建筑物群會(huì)阻塞、扭曲邊界層氣流，形成復(fù)雜的繞流、渦旋和死角區(qū)域，導(dǎo)致污染物在特定區(qū)域累積或擴(kuò)散受阻。③混合層高度受限：城市地表粗糙度大，且常存在逆溫層（如夜間或重污染期間），限制了混合層的發(fā)展高度，導(dǎo)致污染物難以擴(kuò)散到高空，濃度較高。④河谷、盆地地形：地形會(huì)引導(dǎo)和約束氣流，加劇或改變污染物輸送路徑，在谷底或盆地等閉塞區(qū)域，污染物易累積，邊界層混合能力減弱。**解析思路：*考察學(xué)生對(duì)城市特有的邊界層結(jié)構(gòu)和特征（熱力、動(dòng)力、地形）及其對(duì)污染物擴(kuò)散具體影響的掌握。5.簡(jiǎn)述進(jìn)行空氣污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要考慮的主要因素。**答案：*主要因素包括：①污染物濃度及其時(shí)空分布：評(píng)估當(dāng)前和潛在的最高污染物濃度水平及其發(fā)生的時(shí)間和空間位置。②暴露人口：評(píng)估受污染影響的人口數(shù)量、密度及其暴露特征（如活動(dòng)模式）。③污染物的毒性：評(píng)估不同污染物對(duì)人體健康或生態(tài)系統(tǒng)可能造成的危害程度。④敏感目標(biāo)：識(shí)別區(qū)域內(nèi)存在的醫(yī)院、學(xué)校、居民區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)等對(duì)污染敏感的場(chǎng)所。⑤氣象條件：評(píng)估影響污染物擴(kuò)散和人體暴露的氣象因素（如風(fēng)速、風(fēng)向、邊界層高度、降水）。⑥社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)：評(píng)估區(qū)域內(nèi)主要污染源（工業(yè)、交通、生活）的分布、強(qiáng)度和未來變化趨勢(shì)。**解析思路：*要求學(xué)生理解空氣污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一個(gè)多因素綜合評(píng)估過程，需要考慮污染本身、受體（人口、目標(biāo)）、危害（毒性）、環(huán)境條件（氣象）以及污染來源。三、論述題1.結(jié)合具體城市或區(qū)域案例（如河谷城市、沿海地區(qū)、盆地地形），分析大氣邊界層結(jié)構(gòu)對(duì)其空氣污染形成與擴(kuò)散的特殊影響。**答案：*以河谷城市為例，其特殊地形（兩側(cè)高山，中間低谷）在晴朗無風(fēng)的穩(wěn)定天氣條件下，易形成逆溫層，將污染物“鍋蓋”式地困在谷底，導(dǎo)致近地面污染物濃度急劇升高，形成嚴(yán)重的區(qū)域性重污染。同時(shí)，山谷地形會(huì)形成山谷風(fēng)環(huán)流，白天谷風(fēng)將污染物從谷底推向山坡，夜間山風(fēng)又將污染物帶回谷底，形成污染物的往返輸送和累積。高山的阻擋也使得山谷內(nèi)的風(fēng)速較小，進(jìn)一步抑制了污染物的擴(kuò)散。沿海地區(qū)受海陸風(fēng)系統(tǒng)影響顯著，污染物在陸風(fēng)條件下可能被輸送到海上，但在海風(fēng)條件下則可能被輸送到陸地，且海岸線曲折會(huì)加劇局地環(huán)流復(fù)雜度。盆地地形與河谷類似，四周高中間低，也易在穩(wěn)定條件下形成閉合環(huán)流，阻礙污染物擴(kuò)散。這些特殊邊界層結(jié)構(gòu)都顯著改變了污染物的擴(kuò)散能力和污染模式，使得河谷、沿海、盆地城市面臨更嚴(yán)峻或更具特色的空氣污染挑戰(zhàn)。**解析思路：*要求學(xué)生能結(jié)合具體案例，分析特定地形如何影響邊界層結(jié)構(gòu)（如逆溫、風(fēng)場(chǎng)模式），并進(jìn)一步闡述這些結(jié)構(gòu)特征如何具體影響污染物的擴(kuò)散路徑、范圍、累積和演變過程，體現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際的能力。2.論述如何利用氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和污染擴(kuò)散模型，為某區(qū)域進(jìn)行空氣污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分提供科學(xué)依據(jù)，并分析可能存在的問題與不確定性。**答案：*利用氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和污染擴(kuò)散模型進(jìn)行空氣污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分，主要步驟和依據(jù)如下：首先，收集該區(qū)域長(zhǎng)期、高分辨率的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)（如氣象塔、雷達(dá)、衛(wèi)星遙感獲取的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、邊界層高度等），分析其時(shí)空分布特征和典型氣象條件。其次，選擇合適的污染擴(kuò)散模型（如基于高斯模型的盒子模型用于區(qū)域平均濃度估算，或數(shù)值空氣質(zhì)量模型WRF-Chem/GEOS-Chem用于精細(xì)化模擬），利用收集到的氣象數(shù)據(jù)和排放清單（點(diǎn)源、面源、移動(dòng)源排放信息），模擬不同氣象條件下污染物的濃度分布。根據(jù)模擬結(jié)果，結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS），疊加分析人口密度、敏感目標(biāo)（學(xué)校、醫(yī)院、居民區(qū)）、土地利用類型、環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等信息，識(shí)別出污染物濃度持續(xù)超標(biāo)、高風(fēng)險(xiǎn)暴露區(qū)域以及環(huán)境敏感保護(hù)區(qū)域?？茖W(xué)依據(jù)在于：氣象條件是影響污染物擴(kuò)散的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子，模型模擬能夠定量評(píng)估不同氣象和排放情景下的污染水平，為識(shí)別高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域提供量化依據(jù)?？赡艽嬖诘膯栴}與不確定性包括：①氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和代表性：站點(diǎn)稀疏、數(shù)據(jù)缺失或分辨率不足會(huì)影響模型輸入的準(zhǔn)確性。②排放清單的不確定性：源強(qiáng)估算存在誤差，尤其是面源和移動(dòng)源。③模型本身的不確定性：模型參數(shù)選擇、