2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣輻射傳輸對氣候調(diào)控的作用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在括號內(nèi)）1.下列哪個(gè)定律描述了黑體輻射的總能量與其絕對溫度的四次方成正比？A.蘭貝特定律B.比爾定律C.斯蒂芬-玻爾茲曼定律D.基爾霍夫定律2.太陽光譜中，波長最短、能量最高的部分是？A.紅外輻射B.可見光C.紫外輻射D.微波3.在大氣輻射傳輸過程中，主要由大氣中的水汽和二氧化碳吸收的太陽光譜區(qū)域是？A.可見光區(qū)域B.紫外輻射區(qū)域C.紅外輻射區(qū)域D.微波區(qū)域4.使天空呈現(xiàn)藍(lán)色的主要原因是？A.大氣中的水汽散射太陽光B.大氣中的臭氧吸收太陽光C.太陽光被大氣分子瑞利散射D.地面反射的太陽光進(jìn)入大氣5.地球大氣層的頂部的凈輻射通常被近似認(rèn)為是？A.正值，代表能量盈余B.負(fù)值，代表能量虧損C.零，代表能量平衡D.可正可負(fù)，取決于太陽活動6.溫室效應(yīng)主要是由大氣中哪些氣體增強(qiáng)地球的紅外輻射吸收所導(dǎo)致的？A.氮?dú)猓∟2）和氧氣（O2）B.水汽（H2O）和二氧化碳（CO2）C.氬氣（Ar）和氖氣（Ne）D.氧化亞氮（N2O）和甲烷（CH4）7.以下哪種情況會導(dǎo)致地球頂層的下行紅外輻射增加？A.平流層臭氧濃度下降B.大氣水汽含量增加C.地表溫度降低D.云量減少8.大氣質(zhì)量是指？A.大氣柱的垂直厚度B.太陽光通過大氣層的時(shí)間C.太陽光通過單位路徑長度的大氣柱所損失的能量D.地球到太陽的距離9.云層對地球輻射收支的主要影響之一是？A.增強(qiáng)對太陽輻射的吸收B.增強(qiáng)對地球逆輻射的吸收C.增強(qiáng)對太陽輻射的反射D.增強(qiáng)對地球逆輻射的發(fā)射10.輻射強(qiáng)迫是指？A.地球表面接收到的太陽輻射總量B.大氣層頂部的凈輻射C.由于大氣成分或地表性質(zhì)變化而引起的地球輻射收支的變化D.地球向太空發(fā)射的infrared輻射總量二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.太陽輻射經(jīng)過大氣層時(shí)，波長較短的輻射比波長較長的輻射更容易被________散射。2.地球表面的主要熱量來源是________。3.大氣中的水汽對________和可見光波段都有顯著的吸收作用。4.臭氧主要吸收太陽光譜中的________輻射。5.地球能量平衡的輻射收支方程可近似表示為：S+Rn=G+LE，其中S代表________，Rn代表________，G代表________，LE代表________。6.引起溫室效應(yīng)的氣體被稱為________。7.在晴朗的白天，地表接受的太陽輻射通常包括直接輻射和________。8.比爾定律描述了光吸收與________的關(guān)系。9.輻射傳輸過程中，能量被吸收后，可以以________或非輻射過程（如激發(fā)分子振動）的形式耗散。10.用于計(jì)算大氣輻射傳輸?shù)臄?shù)學(xué)工具，如離散坐標(biāo)方法（DiscreteOrdinateMethod）或蒙特卡洛方法，屬于________。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述斯蒂芬-玻爾茲曼定律的內(nèi)容及其在地球能量平衡中的意義。2.解釋什么是大氣窗口？它們在地球輻射平衡中扮演什么角色？3.簡述溫室效應(yīng)的物理機(jī)制。為什么水汽和二氧化碳是重要的溫室氣體？4.簡述云對地球能量平衡的兩種主要作用（增溫或降溫），并說明其影響因素。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)大氣層是均勻的，大氣質(zhì)量M=2。已知在無大氣層情況下，太陽在地球表面的輻照度為S0=1361W/m2。如果大氣對太陽輻射的透過率為τ=0.7，計(jì)算地表接收到的直接太陽輻照度（忽略散射）。2.假設(shè)地表溫度為280K，大氣層有效溫度為255K。計(jì)算地表和大氣層向太空的總發(fā)射功率（假設(shè)它們均可視為黑體）。并估算由于溫室效應(yīng)，大氣層向太空發(fā)射的紅外輻射功率比地表向太空發(fā)射的功率少多少？（提示：可用斯特藩-玻爾茲曼定律，P=σT?，其中σ=5.67x10??W/(m2·K?)）五、論述題（10分）論述大氣輻射傳輸過程對地球氣候系統(tǒng)的影響。請從能量平衡、溫室效應(yīng)、氣候變化以及遙感應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.B6.B7.B8.C9.C10.C二、填空題1.短波2.地球內(nèi)部（地?zé)幔?.紅外4.紫外5.入射太陽輻射（或S），凈輻射（或Rn），地表感熱通量，地表潛熱通量6.溫室氣體7.散射輻射8.吸收物質(zhì)濃度（或路徑長度）9.熱輻射10.輻射傳輸模型三、簡答題1.斯蒂芬-玻爾茲曼定律指出，黑體輻射的總能量與其絕對溫度的四次方成正比（P=σT?）。在地球能量平衡中，該定律描述了地表和大氣作為黑體或近似黑體向空間發(fā)射紅外輻射的能力，是計(jì)算地表和大氣逆輻射的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到地球的能量收支平衡。2.大氣窗口是指大氣對太陽輻射和地球紅外輻射的吸收相對較弱，允許大部分太陽短波輻射到達(dá)地表，以及大部分地表紅外輻射順利射向太空的區(qū)域。主要有三個(gè)窗口：可見光窗口（約0.3-0.7μm）、近紅外窗口（約1.9-2.5μm）和熱紅外窗口（約8-14μm）。大氣窗口的存在使得地球能夠獲得足夠的太陽能量，并有效地向外空間排放熱量，維持了地球的能量平衡。3.溫室效應(yīng)是指大氣中的某些氣體（溫室氣體，如水汽、CO2）能夠吸收地表發(fā)射的紅外輻射，并重新向外輻射一部分能量回地面，從而導(dǎo)致地表溫度升高的現(xiàn)象。水汽和二氧化碳是重要的溫室氣體，因?yàn)樗鼈儗Φ厍蚣t外輻射的關(guān)鍵吸收波段有顯著的吸收能力，且濃度相對較高（尤其是水汽）。它們?nèi)缤瑴厥业牟ＡВ试S太陽輻射進(jìn)入，但阻止部分熱量散失，從而溫暖了地球表面。4.云對地球能量平衡的作用是復(fù)雜的，通常具有“冷卻效應(yīng)”和“增溫效應(yīng)”：*冷卻效應(yīng)：云層，特別是低云，具有很高的反射率，能反射大量的太陽直接輻射回到太空，減少到達(dá)地表的太陽能量，從而產(chǎn)生冷卻效果。*增溫效應(yīng)：云層能強(qiáng)烈吸收和發(fā)射紅外輻射。低云主要吸收地表發(fā)射的長波輻射并向太空發(fā)射，減少了地表熱量散失，產(chǎn)生增溫效應(yīng)。高云雖然反射太陽輻射能力較弱，但在高空發(fā)射紅外輻射時(shí)，其發(fā)射方向更多朝向太空，對地球的增溫效應(yīng)相對較小，但其對整個(gè)大氣層輻射收支的貢獻(xiàn)需要綜合考慮。云量、云層厚度、云的類型和高度都是影響云的凈輻射效應(yīng)的關(guān)鍵因素。四、計(jì)算題1.計(jì)算地表接收到的直接太陽輻照度E=S0*τE=1361W/m2*0.7E=952.7W/m2地表接收到的直接太陽輻照度為952.7W/m2。*解析思路：*題目給定太陽總輻照度（S0）和大氣透過率（τ），地表接收到的直接太陽輻射等于兩者乘積。假設(shè)忽略散射，則計(jì)算結(jié)果即為地表直接輻射。2.地表發(fā)射功率P_surface=σ*T_surface?P_surface=5.67x10??W/(m2·K?)*(280K)?P_surface=5.67x10??*61465600≈348.3W/m2大氣層發(fā)射功率P_atmosphere=σ*T_atmosphere?P_atmosphere=5.67x10??W/(m2·K?)*(255K)?P_atmosphere=5.67x10??*42515289≈240.7W/m2地表發(fā)射功率比大氣層發(fā)射功率多的功率ΔP=P_surface-P_atmosphereΔP=348.3W/m2-240.7W/m2ΔP=107.6W/m2*解析思路：*根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律計(jì)算地表（280K）和大氣層有效溫度（255K）的黑體發(fā)射功率。由于溫室效應(yīng)，大氣層吸收了部分地表紅外輻射并重新發(fā)射，導(dǎo)致其向太空的總發(fā)射功率低于地表。兩者功率之差即為因溫室效應(yīng)而減少的、原本應(yīng)由地表直接向太空發(fā)射的紅外輻射功率。五、論述題大氣輻射傳輸過程是地球氣候系統(tǒng)能量收支的核心環(huán)節(jié)，對地球氣候有著至關(guān)重要的影響。首先，太陽輻射是地球能量的主要來源。大氣輻射傳輸決定了多少太陽輻射能夠到達(dá)地表，以及太陽輻射在大氣中如何被吸收和散射。大氣中的臭氧吸收大部分紫外輻射，水汽和灰塵等散射部分可見光和紅外輻射，這些過程直接影響到達(dá)地表的太陽輻射強(qiáng)度和光譜組成，進(jìn)而影響地表溫度和生態(tài)系統(tǒng)的能量平衡。大氣窗口的存在使得地表紅外輻射能夠有效逃逸，是地球避免過熱的關(guān)鍵。其次，大氣輻射傳輸是溫室效應(yīng)發(fā)生的物理基礎(chǔ)。大氣中的溫室氣體（如水汽、CO2、CH4等）選擇性地吸收地球表面發(fā)射的紅外輻射，并向各個(gè)方向重新輻射，一部分能量返回地表，導(dǎo)致地表和低層大氣的溫度升高。這種效應(yīng)維持了地球適宜的生存環(huán)境，但人類活動增加溫室氣體濃度，會增強(qiáng)溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖和氣候變化。再次，大氣輻射傳輸過程的變化是氣候變化研究的重要內(nèi)容和影響因子。例如，溫室氣體濃度的變化直接影響大氣輻射強(qiáng)迫，進(jìn)而改變地球的能量平衡和氣候系統(tǒng)。云的變化（云量、云類型、高度）對地球輻射收支具有顯著且復(fù)雜的影響，是氣候模型中最大的不確定性來源之一。氣溶膠的輻射強(qiáng)迫（直接和間接效應(yīng)）也日益受到關(guān)注，它既能直接吸收或散射輻射，也能影響云的形成和特性。最后，大氣輻射傳輸是大氣遙感的基