2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——大氣氣象遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪個(gè)波段通常被稱(chēng)為“大氣窗口”，是可見(jiàn)光衛(wèi)星云圖的主要工作波段？A.紅外波段B.可見(jiàn)光波段C.微波波段D.紫外波段2.利用微波探測(cè)大氣水汽含量，主要利用了微波的哪種特性？A.強(qiáng)穿透性B.對(duì)水汽敏感C.易被云層吸收D.波長(zhǎng)較短3.氣象衛(wèi)星按照軌道高度分類(lèi)，通常將運(yùn)行在近地軌道（約550公里）的衛(wèi)星稱(chēng)為？A.靜止氣象衛(wèi)星B.極軌氣象衛(wèi)星C.地球同步氣象衛(wèi)星D.太陽(yáng)同步氣象衛(wèi)星4.下列哪種遙感儀器主要利用激光脈沖與大氣分子或氣溶膠粒子相互作用后回波的時(shí)間延遲來(lái)探測(cè)大氣參數(shù)？A.微波輻射計(jì)B.激光雷達(dá)C.散射計(jì)D.成像光譜儀5.在氣象衛(wèi)星遙感中，反演大氣溫度廓線主要依據(jù)的是大氣紅外窗口波段中哪些氣體分子的發(fā)射特性？A.氧氣（O?）B.氮?dú)猓∟?）C.水汽（H?O）和二氧化碳（CO?）D.氬氣（Ar）6.下列哪項(xiàng)不是氣象遙感技術(shù)在天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域的主要應(yīng)用？A.獲取大范圍、高頻次的氣象要素場(chǎng)B.監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)、暴雨等災(zāi)害性天氣的發(fā)生發(fā)展C.直接提供數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型所需的初始場(chǎng)D.進(jìn)行高空大氣探測(cè)7.遙感數(shù)據(jù)的質(zhì)量受到多種因素的影響，以下哪項(xiàng)通常不屬于傳感器自身內(nèi)部因素？A.傳感器噪聲B.地物光譜特性C.大氣透過(guò)率D.校準(zhǔn)精度8.利用被動(dòng)遙感方式獲取大氣參數(shù)時(shí)，主要依賴(lài)于目標(biāo)地物或大氣本身對(duì)外部輻射（如太陽(yáng)輻射）的？A.反射B.散射C.發(fā)射D.吸收9.遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用不包括？A.大氣污染物濃度監(jiān)測(cè)B.森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)C.海洋油污監(jiān)測(cè)D.地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)10.將氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)與其他來(lái)源的數(shù)據(jù)（如地面觀測(cè)、雷達(dá)數(shù)據(jù)）進(jìn)行整合分析，屬于遙感技術(shù)的哪方面應(yīng)用？A.傳感器技術(shù)發(fā)展B.數(shù)據(jù)處理與反演C.多源數(shù)據(jù)融合D.大氣參數(shù)探測(cè)二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分。請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上）1.簡(jiǎn)述被動(dòng)遙感和主動(dòng)遙感的基本區(qū)別。2.解釋什么是大氣窗口，并說(shuō)明其在氣象遙感中的重要性。3.簡(jiǎn)述氣象衛(wèi)星遙感在監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)生成和發(fā)展過(guò)程中主要提供哪些關(guān)鍵信息。4.列舉三種常用的氣象參數(shù)遙感反演方法，并簡(jiǎn)述其基本原理。5.簡(jiǎn)述遙感數(shù)據(jù)在氣候變化研究中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。三、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上）1.論述提高大氣遙感探測(cè)精度的主要途徑有哪些。2.分析大氣遙感技術(shù)在未來(lái)可持續(xù)發(fā)展監(jiān)測(cè)中可能扮演的角色及其面臨的挑戰(zhàn)。四、計(jì)算題（共15分。請(qǐng)將答案寫(xiě)在答題紙上）假設(shè)某氣象衛(wèi)星傳感器在1公里高度處探測(cè)到的大氣水汽透過(guò)率為0.9，已知該處大氣水汽含量為2g/m3。若傳感器探測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度與透過(guò)率成正比，請(qǐng)簡(jiǎn)述如何利用這些信息估算該高度處的大氣水汽含量（不必進(jìn)行具體數(shù)值計(jì)算，只需寫(xiě)出計(jì)算思路和所需公式）。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.B5.C6.C7.B8.C9.D10.C二、簡(jiǎn)答題1.解析思路：區(qū)分主動(dòng)遙感和被動(dòng)遙感的核心在于能量來(lái)源。主動(dòng)遙感是遙感器主動(dòng)向目標(biāo)發(fā)射能量，然后接收目標(biāo)反射或散射回來(lái)的能量；被動(dòng)遙感是遙感器接收目標(biāo)自身發(fā)射或反射的天然能量的輻射。因此，從能量來(lái)源、工作方式、應(yīng)用場(chǎng)景等方面進(jìn)行闡述。答案：被動(dòng)遙感是指利用傳感器接收目標(biāo)本身發(fā)射的或反射的天然輻射（如太陽(yáng)輻射）的信息來(lái)探測(cè)目標(biāo)。其能量來(lái)源是目標(biāo)自身的輻射或反射的天然輻射。主動(dòng)遙感是指?jìng)鞲衅髦鲃?dòng)向目標(biāo)發(fā)射特定波段的輻射，然后接收目標(biāo)反射或散射回來(lái)的能量來(lái)探測(cè)目標(biāo)。其能量來(lái)源是傳感器自身發(fā)射的輻射。主動(dòng)遙感不需要目標(biāo)自身發(fā)光，可以在黑暗中工作，且可以主動(dòng)選擇探測(cè)波段，對(duì)某些目標(biāo)探測(cè)能力更強(qiáng)。2.解析思路：大氣窗口是指大氣對(duì)某些特定波段的電磁波輻射具有很高的透過(guò)率，這些波段上的電磁波可以穿透大氣層到達(dá)地面?zhèn)鞲衅骰蚩臻g遙感器。氣象遙感主要利用這些窗口波段來(lái)探測(cè)大氣信息。其重要性在于只有在這些窗口波段，遙感器才能有效接收來(lái)自大氣或地表的信息，從而進(jìn)行大氣參數(shù)的反演或地表特征的觀測(cè)。答案：大氣窗口是指大氣對(duì)電磁波輻射具有較高透過(guò)率的特定波段區(qū)域。氣象遙感主要利用大氣窗口波段進(jìn)行探測(cè)，因?yàn)橹挥性谶@些波段，電磁波才能較少地被大氣吸收和散射，能夠穿透大氣層到達(dá)傳感器或從地面射向空間。這使得遙感器能夠有效接收大氣或地表信息，是大氣遙感技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。3.解析思路：氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)，主要是通過(guò)可見(jiàn)光和紅外通道獲取臺(tái)風(fēng)的云頂溫度、云結(jié)構(gòu)、云移動(dòng)速度等信息，通過(guò)微波通道獲取臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)、海面溫度、降水等信息。這些信息綜合起來(lái)可以分析臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)、移動(dòng)路徑和發(fā)展趨勢(shì)。答案：氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)主要提供：①云頂溫度信息，可用于判斷臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度；②云結(jié)構(gòu)信息，可分析臺(tái)風(fēng)內(nèi)部動(dòng)力結(jié)構(gòu)和風(fēng)眼特征；③云移動(dòng)速度和方向，可用于預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)路徑；④海面溫度信息，反映臺(tái)風(fēng)發(fā)展的熱力條件；⑤風(fēng)場(chǎng)信息（通常由微波雷達(dá)或散射計(jì)反演），可分析臺(tái)風(fēng)周邊的風(fēng)力分布；⑥降水信息（由微波輻射計(jì)或雷達(dá)獲取），有助于了解臺(tái)風(fēng)降水強(qiáng)度和分布。4.解析思路：常用的遙感反演方法包括：①輻射傳輸模型反演法，基于大氣輻射傳輸理論，建立大氣參數(shù)與傳感器觀測(cè)值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行反演；②反演算法（如差分算法、比值算法、迭代算法等），針對(duì)特定參數(shù)和傳感器特點(diǎn)設(shè)計(jì)的反演程序；③統(tǒng)計(jì)回歸分析法，利用地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立遙感觀測(cè)值與大氣參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系；④物理統(tǒng)計(jì)方法，結(jié)合物理過(guò)程和統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行反演。簡(jiǎn)述其原理即可。答案：三種常用的氣象參數(shù)遙感反演方法及其原理：①輻射傳輸模型反演法：基于大氣輻射傳輸理論，建立描述電磁波在大氣中傳播與大氣參數(shù)相互作用過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)求解模型將遙感器觀測(cè)到的輻射亮度（或透過(guò)率等）反演計(jì)算出大氣參數(shù)廓線；②反演算法：針對(duì)特定的遙感器和大氣參數(shù)，根據(jù)物理原理或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系設(shè)計(jì)具體的計(jì)算步驟和程序，將觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為參數(shù)值（如差分算法利用相鄰?fù)ǖ佬盘?hào)差消除部分共同影響，比值算法利用特定波段比值關(guān)系等）；③統(tǒng)計(jì)回歸分析法：利用地面同步觀測(cè)的大氣參數(shù)數(shù)據(jù)，建立遙感器觀測(cè)值（如亮溫、輻射亮度）與大氣參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)函數(shù)關(guān)系（如線性回歸、多項(xiàng)式回歸等），然后用該關(guān)系式由遙感數(shù)據(jù)估算大氣參數(shù)。5.解析思路：遙感數(shù)據(jù)在氣候變化研究中應(yīng)用廣泛，主要體現(xiàn)在：①長(zhǎng)時(shí)間序列氣候變化監(jiān)測(cè)，利用衛(wèi)星遙感獲取地表溫度、海面溫度、冰川覆蓋、植被指數(shù)等長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，分析其變化趨勢(shì)；②極端天氣事件分析，監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)極端事件（如熱浪、干旱、洪水）的時(shí)空分布和強(qiáng)度變化；③大氣成分監(jiān)測(cè)，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)溫室氣體（CO?、CH?等）、氣溶膠等大氣成分的濃度分布和變化；④冰雪圈變化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)極地冰蓋、海冰、高山冰川的融化退縮情況；⑤生態(tài)系統(tǒng)變化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)森林覆蓋、植被生長(zhǎng)、荒漠化等生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。三、論述題1.解析思路：提高精度途徑可以從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、模型修正、多源融合等角度展開(kāi)。需要論述如何減少誤差來(lái)源，提高信息提取的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，提高傳感器性能、改善大氣校正方法、發(fā)展更精確的反演模型、利用多重探測(cè)手段融合信息等。答案：提高大氣遙感探測(cè)精度的主要途徑包括：①提高傳感器性能：發(fā)展更高分辨率、更高信噪比、更寬視場(chǎng)角的傳感器，減少探測(cè)過(guò)程中的噪聲和信息損失；②改進(jìn)大氣校正技術(shù)：發(fā)展更精確、更普適的大氣校正模型和算法，有效消除或減弱大氣對(duì)地表或大氣參數(shù)遙感信號(hào)的影響；③發(fā)展更精確的反演模型：基于更完善的大氣物理過(guò)程理解和更可靠的輻射傳輸模型，設(shè)計(jì)更精確的參數(shù)反演算法；④利用多源數(shù)據(jù)融合：結(jié)合不同類(lèi)型傳感器（如衛(wèi)星、雷達(dá)、地面觀測(cè)）、不同平臺(tái)數(shù)據(jù)、不同時(shí)空分辨率的數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息互補(bǔ)和融合處理，提高參數(shù)估計(jì)的穩(wěn)定性和精度；⑤加強(qiáng)定標(biāo)與質(zhì)量控制：建立完善的傳感器定標(biāo)體系和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程，確保數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性；⑥考慮時(shí)空變異性：針對(duì)大氣參數(shù)和地物特性的時(shí)空變異性，發(fā)展動(dòng)態(tài)或自適應(yīng)的遙感反演方法。2.解析思路：分析角色可以從監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)范圍、監(jiān)測(cè)頻率、輔助決策等方面說(shuō)明遙感技術(shù)如何支持可持續(xù)發(fā)展。面臨的挑戰(zhàn)可以從數(shù)據(jù)獲取（成本、覆蓋、分辨率）、數(shù)據(jù)處理（復(fù)雜性、精度）、信息應(yīng)用（決策支持能力、公眾接受度）、環(huán)境變化影響等方面論述。答案：大氣遙感技術(shù)在可持續(xù)發(fā)展監(jiān)測(cè)中可能扮演的角色及其面臨的挑戰(zhàn)：①角色：大氣遙感技術(shù)能夠?yàn)榭沙掷m(xù)發(fā)展提供關(guān)鍵的環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)。它可以大范圍、高頻次、連續(xù)地監(jiān)測(cè)氣候變化（溫度、降水、冰川、海平面）、大氣環(huán)境質(zhì)量（溫室氣體、污染物）、水資源狀況（蒸發(fā)、徑流、旱澇）、生態(tài)系統(tǒng)健康（植被覆蓋、生物多樣性）等，為評(píng)估可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r、制定相關(guān)政策和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，并支持災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急管理。②挑戰(zhàn)：面臨的挑戰(zhàn)包括：a)數(shù)據(jù)獲取成本高、覆蓋范圍和分辨率仍有局限，難以滿(mǎn)足所有監(jiān)測(cè)需求；b)遙感數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性高，需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能，且數(shù)據(jù)處理誤差可能影響結(jié)果精度；c)遙感信息向決策支持的轉(zhuǎn)化應(yīng)用不足，缺乏有效的決策支持系統(tǒng)和機(jī)制；d)公眾對(duì)遙感技術(shù)的認(rèn)知和接受度有待提高；e)氣候變化本身對(duì)遙感觀測(cè)環(huán)境和平臺(tái)帶來(lái)影響，如極地冰蓋融化影響衛(wèi)星軌道和傳感器性能等。四、計(jì)算題解析思路：本題考察的是對(duì)基本遙感原理和反演思路的理解，而非具體計(jì)算。首先明確信號(hào)強(qiáng)度與透過(guò)率成正比意味著什么（即信號(hào)強(qiáng)度與水汽含量可能存在某種關(guān)系，但不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，因?yàn)橥高^(guò)率本身是水汽含量的函數(shù)）。計(jì)算思路在于，如果知道透過(guò)率和某個(gè)高度的水汽含量，可以通過(guò)反演模型或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來(lái)估算其他高度的水汽含量。但由于題目只給了一個(gè)高度的信息，無(wú)法直接進(jìn)行定量計(jì)算，只能描述估算過(guò)程。所需公式主要是描述大氣透過(guò)率與水汽含量關(guān)系的公式（如基于朗伯-比爾定律的簡(jiǎn)化形式或經(jīng)驗(yàn)公式），以及描述信號(hào)強(qiáng)度與透過(guò)率關(guān)系的公式（S∝T）。但題目要求寫(xiě)出計(jì)算思路和所需公式，而非具體計(jì)算，因此重點(diǎn)在于闡述反演邏輯。答案：計(jì)算思路和所需公式：根據(jù)題意，信號(hào)強(qiáng)度（S）與透過(guò)率（T）成正比，即S∝T。假設(shè)傳感器接收到的信號(hào)強(qiáng)度不僅與該高度（1公里）的水汽透過(guò)率有關(guān)，還與該高度及其以上大氣層的水汽吸收有關(guān)。要估算1公里高度處的大氣水汽含量（ρ?），需要知道該高度處的大氣透過(guò)率T?（題目已給為0.9）以及該高度以上（到傳感器探測(cè)高度）的大氣總透過(guò)率T_total?？梢酝ㄟ^(guò)以下步驟估算：1）利用傳感器信號(hào)強(qiáng)度S與總透過(guò)率T_total的關(guān)系（S∝T_tota