2025年大學《大氣科學》專業(yè)題庫——大氣輻射傳輸特性與氣象系統(tǒng)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種氣體主要吸收大氣中的紅外長波輻射？A.氧氣（O?）B.氮氣（N?）C.水汽（H?O）D.氬氣（Ar）2.太陽輻射到達地球頂層的峰值波長位于哪個波段？A.紫外線B.可見光C.紅外線D.微波3.瑞利散射強度與波長的關系是？A.與波長成正比B.與波長的平方成正比C.與波長的四次方成反比D.與波長無關4.大氣中能基本完全透過太陽短波輻射的波段被稱為？A.大氣窗口B.吸收帶C.散射帶D.反射帶5.地表接收到的太陽輻射中，被大氣散射返回空間的部分稱為？A.直接輻射B.間接輻射C.反射輻射D.散射輻射6.根據(jù)朗伯-比爾定律，當光學厚度增加時，介質透過率的變化是？A.增加B.減少C.不變D.先增后減7.大氣反照率的定義是？A.地表反射的太陽輻射與到達地面的太陽輻射之比B.大氣吸收的太陽輻射與到達地面的太陽輻射之比C.地表透射的太陽輻射與到達地面的太陽輻射之比D.地表吸收的太陽輻射與到達地面的太陽輻射之比8.在地氣系統(tǒng)的能量平衡中，哪個過程通常占主導地位？A.地表凈輻射B.大氣凈輻射C.地表長波輻射發(fā)射D.太陽直接輻射9.云層對大氣輻射平衡的主要影響是？A.增強對太陽輻射的吸收B.減少對太陽輻射的吸收C.增強對地球長波輻射的吸收D.減少對地球長波輻射的發(fā)射10.能夠直接吸收地球發(fā)射的長波輻射，并對地球進行溫室加熱的氣體稱為？A.直接氣體B.間接氣體C.溫室氣體D.清潔氣體二、填空題（每空2分，共20分）1.太陽輻射由______輻射、______輻射和______輻射組成。2.大氣對太陽輻射的主要吸收過程發(fā)生在______波段和______波段。3.使天空呈現(xiàn)藍色的散射是______散射。4.大氣輻射傳輸?shù)幕径砂╛_____定律和______定律。5.地表能量平衡的主要收入項是______，主要支出項是______和______。6.影響地表接收太陽輻射的主要因素有______、______和______。7.云具有______太陽輻射和______地球長波輻射的雙重作用。8.斯蒂芬-玻爾茲曼定律描述了黑體輻射的總發(fā)射力與其______的四次方成正比的關系。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述太陽輻射的垂直分布特征。2.解釋什么是大氣窗口，并列舉兩個重要的紅外大氣窗口。3.說明氣溶膠對大氣輻射平衡可能產生的影響。4.簡述一次散射和多次散射的區(qū)別。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述太陽輻射在大氣能量平衡中的作用，并說明其與地面溫度分布的關系。2.結合輻射過程，解釋溫室效應的形成機制及其對地球氣候的影響。五、計算題（每題10分，共20分）1.已知某波段的光學厚度τ=2，計算輻射強度經過這段路徑后減弱為原強度的百分之多少？（假設遵循朗伯-比爾定律）2.假設地表溫度為288K，大氣溫度隨高度線性遞減，地面有效輻射為-30W/m2。請定性分析地表凈輻射的符號及其可能的原因。（無需計算具體數(shù)值）試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.A5.B6.B7.A8.A9.D10.C二、填空題1.可見光，紫外線，紅外線2.紫外線，紅外線3.瑞利4.朗伯-比爾，斯蒂芬-玻爾茲曼5.太陽凈輻射，地表有效輻射，大氣逆輻射6.太陽高度角，大氣透明度，云量7.吸收，吸收8.絕對溫度三、簡答題1.解析思路：太陽輻射能量隨波長分布呈峰值為可見光區(qū)域的拋物線狀。由于大氣對不同波段的輻射有選擇性吸收，且隨著海拔升高，大氣密度降低，吸收和散射作用減弱。因此，太陽輻射的強度在穿過大氣層時逐漸減弱，短波輻射（紫外、部分可見光）減弱更顯著。到達地面時的太陽輻射波長范圍主要在0.3-3微米，能量也大部分集中在可見光和近紅外波段。不同緯度、不同季節(jié)、不同天氣條件下，到達地面的太陽輻射強度和時間分布也相應變化。2.解析思路：大氣窗口是指大氣對太陽或地球輻射吸收較少，允許輻射能夠相對自由穿透通過的一段波段范圍。這些窗口是大氣輻射傳輸研究中的關鍵區(qū)域，對于遙感技術尤為重要。重要的紅外大氣窗口主要包括：3-5微米窗口和8-14微米窗口。這兩個窗口對地球向外太空的長波輻射傳輸影響較小，使得地球能夠有效輻射熱量到空間，同時也允許部分來自太陽的輻射和地表的長波輻射通過。3.解析思路：氣溶膠對大氣輻射平衡的影響是復雜的，具有雙向作用。一方面，氣溶膠（尤其是直徑較小的氣溶膠）能強烈散射太陽短波輻射，導致大氣和地表接收到的太陽輻射減少，表現(xiàn)為對太陽輻射的削弱作用，使得地表溫度可能下降。另一方面，氣溶膠可以作為云凝結核，影響云的微物理特性（如云滴數(shù)濃度），進而改變云的輻射特性；同時，氣溶膠本身也會吸收部分紅外輻射，并對地球發(fā)射的長波輻射有吸收和散射作用。綜合來看，氣溶膠對凈輻射的影響取決于其類型、大小、濃度、垂直分布以及與云的相互作用等多種因素，其對輻射平衡的凈效應（增溫或降溫）仍是氣候變化研究中的關鍵不確定因素之一。4.解析思路：一次散射是指入射輻射（太陽輻射或散射輻射）與大氣中的粒子（氣溶膠或氣態(tài)分子）相互作用只發(fā)生一次散射就離開粒子所在區(qū)域的過程。散射后的輻射方向和波長（對于非選擇性散射）可能改變。多次散射則是指入射輻射與大氣粒子相互作用后，被散射的輻射又與其他粒子發(fā)生散射，如此反復進行多次，才離開粒子所在區(qū)域的過程。多次散射通常發(fā)生在粒子濃度較高（如云中）或粒子尺度與波長相當（如米氏散射）的情況下。與一次散射相比，多次散射的輻射路徑更長，能量損失更大，且對輻射的相位函數(shù)（各向散射分布）有顯著影響，是形成天空藍色、產生陰影和日地平均輻射收支計算中不可忽視的重要因素。四、論述題1.解析思路：*能量來源與傳輸：太陽輻射是驅動地球大氣系統(tǒng)能量循環(huán)的唯一外部能量來源。太陽短波輻射穿透大氣到達地表，一部分被吸收加熱地表，地表再通過輻射（包括對流和感熱）向大氣傳遞能量。*能量平衡基礎：地表吸收的太陽輻射（凈輻射）是大氣主要的直接熱源。大氣通過吸收地表長波輻射、太陽輻射以及與地表的對流熱交換來加熱。同時，大氣也向外輻射能量（主要是長波輻射）。地球系統(tǒng)的整體能量平衡要求吸收能量等于發(fā)射能量。*與地面溫度分布關系：到達不同緯度的太陽輻射強度不同，是造成地表溫度從低緯向高緯遞減的基本原因。地表性質（如反照率、熱容量）的不同也導致局部溫度差異。大氣通過對流和輻射將地表熱量向高緯和高空輸送，調節(jié)著全球的能量分布，使得實際地面溫度分布比僅由太陽輻射決定的分布要復雜得多，但仍以緯度梯度為主要特征。太陽輻射的變化（季節(jié)變化、活動周期等）是驅動氣候系統(tǒng)和天氣現(xiàn)象變化的主要動力。2.解析思路：*基本原理：溫室效應是指大氣中的某些氣體（溫室氣體）能夠吸收地球表面發(fā)射的長波輻射（紅外輻射），并將其部分重新輻射回地表及低層大氣，從而使得地表溫度高于同等條件下的無大氣情況。*過程詳解：地表吸收太陽短波輻射后升溫，并向大氣發(fā)射長波輻射。大氣中的溫室氣體（如CO?、H?O、CH?、N?O等）選擇性地吸收特定波段的地球長波輻射，使其能量向上層大氣傳遞或向周圍其他氣體傳遞。這些被吸收的能量隨后以輻射形式向各個方向（包括向下向地表）重新發(fā)射。向下的輻射中，一部分能量被地表吸收，導致地表溫度升高。*形成機制總結：關鍵在于溫室氣體對紅外輻射的選擇性吸收和再輻射特性。它們允許大部分太陽短波輻射穿透到達地表，但有效地阻止了部分地表發(fā)射的長波輻射散失到外層空間，將熱量“困”在低層大氣和地表附近。*氣候影響：溫室效應是維持地球適宜生命生存溫度的重要因素。但人類活動排放了大量額外的人為溫室氣體，增強了溫室效應，導致地球平均溫度上升，引發(fā)全球變暖及其帶來的各種氣候問題（如冰川融化、海平面上升、極端天氣事件增多等）。五、計算題1.解析思路：朗伯-比爾定律描述了輻射強度I通過介質后的衰減與路徑長度x和光學厚度τ的關系：I=I?*e^(-τx)。其中I?是初始輻射強度，I是透過介質后的輻射強度，τ是光學厚度，x是路徑長度。要求輻射強度減弱為原強度的百分比，即求(I/I?)*100%。將τ=2代入公式，e^(-τx)=e^(-2*1)=e^(-2)。計算e^(-2)的值，然后乘以100%即可得到百分比。e^(-2)≈0.1353，所以輻射強度約為原強度的13.53%。2.解析思路：地表凈輻射(Rn)=地表凈輻射收入(太陽凈輻射Rs)-地表凈輻射支出(地表有效輻射Rn)。地表有效輻射是地表向上凈發(fā)射的長波輻射，通常為負值（表示發(fā)射大于吸收）。題目給出Rn=-30W/m2，為負值。因此，地表凈輻射支出大于收入。導致這種結