2025年大氣輻射考試題庫(kù)及答案一、選擇題（每題2分，共30分）1.黑體在溫度T時(shí)的單色輻射出射度峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ_max遵循（）A.斯特藩-玻爾茲曼定律B.維恩位移定律C.普朗克定律D.基爾霍夫定律答案：B2.大氣中對(duì)太陽(yáng)短波輻射吸收最顯著的氣體是（）A.氧氣（O?）B.臭氧（O?）C.二氧化碳（CO?）D.水蒸氣（H?O）答案：B（注：O?在紫外波段有強(qiáng)吸收，是太陽(yáng)短波的主要吸收體）3.若地表溫度為300K，根據(jù)斯特藩-玻爾茲曼定律，其黑體輻射通量密度約為（）（σ=5.67×10??W·m?2·K??）A.459W/m2B.390W/m2C.510W/m2D.260W/m2答案：A（計(jì)算：5.67×10??×300?≈459）4.瑞利散射的散射截面與入射波長(zhǎng)的關(guān)系是（）A.與波長(zhǎng)的平方成正比B.與波長(zhǎng)的四次方成反比C.與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)D.與波長(zhǎng)的三次方成正比答案：B5.大氣窗區(qū)指的是（）A.大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射吸收最弱的波段（8-12μm）B.大氣對(duì)短波輻射吸收最強(qiáng)的波段（0.3-0.7μm）C.對(duì)流層頂附近的輻射通道D.平流層臭氧吸收紫外線的波段答案：A6.太陽(yáng)常數(shù)的定義是（）A.日地平均距離處，垂直于太陽(yáng)光線的單位面積上，單位時(shí)間內(nèi)接收的太陽(yáng)輻射通量密度（約1361W/m2）B.地球表面垂直太陽(yáng)光線的平均輻射通量密度C.太陽(yáng)表面的輻射出射度D.大氣上界任意角度的太陽(yáng)輻射通量密度答案：A7.某氣層的光學(xué)厚度τ=0.5，假設(shè)無(wú)散射，其透射率為（）A.e??·?≈0.607B.1-0.5=0.5C.τ2=0.25D.1/e?·?≈0.607答案：A（透射率公式：T=e?τ）8.二氧化碳（CO?）的主要長(zhǎng)波吸收帶位于（）A.0.4-0.7μm（可見(jiàn)光）B.2.7μm、4.3μm和15μmC.0.7-1.5μm（近紅外）D.3-5μm（中紅外）答案：B9.氣溶膠的米散射發(fā)生在（）A.粒子直徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)（r<<λ）B.粒子直徑與波長(zhǎng)相當(dāng)（r≈λ）C.粒子直徑遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)（r>>λ）D.所有波長(zhǎng)范圍答案：B10.地面長(zhǎng)波輻射的主要吸收氣體是（）A.臭氧（O?）B.氮?dú)猓∟?）C.水蒸氣（H?O）和二氧化碳（CO?）D.氧氣（O?）答案：C11.輻射通量密度的單位是（）A.WB.W/m2C.W·m2D.J答案：B12.若大氣溫度隨高度增加而降低，大氣對(duì)長(zhǎng)波輻射的吸收會(huì)導(dǎo)致（）A.大氣頂層輻射通量增加B.地表有效輻射增強(qiáng)C.大氣逆輻射減弱D.地面凈長(zhǎng)波輻射減少答案：D（大氣吸收地面長(zhǎng)波后，自身發(fā)射長(zhǎng)波輻射向下，即大氣逆輻射，使地面凈損失減少）13.太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣時(shí)，被散射的能量中，向各個(gè)方向散射的比例遵循（）A.各向同性散射（瑞利散射）B.前向散射為主（米散射）C.后向散射為主（所有散射）D.無(wú)固定規(guī)律答案：B（米散射粒子較大，前向散射更強(qiáng)）14.某黑體溫度從300K升至310K，其總輻射出射度增加約（）A.3%B.7%C.13%D.20%答案：B（斯特藩-玻爾茲曼定律：E∝T?，ΔE/E≈4ΔT/T=4×10/300≈13.3%，但實(shí)際計(jì)算（310?-300?）/300?≈(1.033?-1)≈13.7%，選項(xiàng)接近B或C，此處可能題目簡(jiǎn)化為約7%為錯(cuò)誤，正確應(yīng)為約13%，但需核對(duì)計(jì)算：310?=310×310×310×310=96100×96100=9235210000；300?=8100000000；差值為1135210000，1135210000/8100000000≈0.140，即14%，故正確選項(xiàng)應(yīng)為C）15.大氣輻射傳輸方程中，源函數(shù)S(τ)在局部熱平衡（LTE）條件下等于（）A.普朗克函數(shù)B(λ,T)B.散射函數(shù)C.黑體輻射出射度D.0答案：A（LTE時(shí)，源函數(shù)等于普朗克函數(shù)）二、判斷題（每題1分，共10分）1.黑體是一種理想輻射體，實(shí)際中不存在完全黑體。（）答案：√2.太陽(yáng)常數(shù)的數(shù)值在日地距離變化時(shí)會(huì)發(fā)生微小波動(dòng)。（）答案：√（日地距離變化影響太陽(yáng)常數(shù)的實(shí)測(cè)值）3.瑞利散射對(duì)可見(jiàn)光中藍(lán)光的散射效率高于紅光。（）答案：√（散射效率∝1/λ?，藍(lán)光波長(zhǎng)更短）4.大氣窗區(qū)是指大氣對(duì)所有波段輻射均不吸收的區(qū)域。（）答案：×（僅指8-12μm長(zhǎng)波吸收最弱的波段）5.長(zhǎng)波輻射（地面和大氣輻射）的主要波段是0.1-4μm。（）答案：×（長(zhǎng)波輻射主要在4-100μm，短波為0.1-4μm）6.光學(xué)厚度τ越大，大氣對(duì)輻射的削弱作用越強(qiáng)。（）答案：√（τ=∫kρdz，τ越大，吸收/散射越強(qiáng)）7.氣溶膠的散射會(huì)同時(shí)影響太陽(yáng)短波和地面長(zhǎng)波輻射。（）答案：√（氣溶膠粒徑范圍廣，可散射不同波段）8.基爾霍夫定律指出，物體的發(fā)射率等于其吸收率（同溫度、同波長(zhǎng)）。（）答案：√9.平流層臭氧主要吸收太陽(yáng)輻射中的可見(jiàn)光部分。（）答案：×（臭氧主要吸收紫外（UV）輻射）10.地面有效輻射是指地面發(fā)射的長(zhǎng)波輻射減去大氣逆輻射。（）答案：√三、計(jì)算題（每題8分，共40分）1.已知某黑體溫度為5800K（近似太陽(yáng)表面溫度），計(jì)算其輻射峰值波長(zhǎng)（保留兩位小數(shù)）。（維恩位移定律：λ_max=2897/T（μm·K））答案：λ_max=2897/5800≈0.50μm（可見(jiàn)光波段）2.某地表溫度為288K，發(fā)射率ε=0.95，計(jì)算其實(shí)際長(zhǎng)波輻射通量密度（σ=5.67×10??W·m?2·K??）。答案：E=εσT?=0.95×5.67×10??×288?≈0.95×390≈370.5W/m2（288?≈(2882)2=829442≈6.88×10?，5.67×10??×6.88×10?≈390，故0.95×390=370.5）3.一層大氣的吸收系數(shù)k=0.1km?1，大氣密度ρ=0.5kg/m3，厚度Δz=10km，計(jì)算該氣層的光學(xué)厚度τ（τ=∫kρdz，假設(shè)k、ρ均勻）。答案：τ=kρΔz=0.1×0.5×10=0.5（注意單位：k的單位若為km?1，ρ為kg/m3需轉(zhuǎn)換為kg/km3，即0.5kg/m3=0.5×10?kg/km3，可能題目簡(jiǎn)化單位，直接相乘得0.5）4.太陽(yáng)輻射垂直入射大氣上界，通量密度為1361W/m2，經(jīng)過(guò)大氣后，被吸收20%，散射30%（其中10%散射回太空），計(jì)算到達(dá)地面的直接輻射通量密度。答案：總削弱=吸收+散射（未返回太空的部分）=20%+（30%-10%）=40%；到達(dá)地面=1361×(1-0.4)=816.6W/m25.某地區(qū)地表凈輻射平衡為0（即收入=支出），已知地表接收的太陽(yáng)短波輻射為500W/m2（已扣除大氣反射），大氣逆輻射為300W/m2，地表長(zhǎng)波輻射出射度為600W/m2（發(fā)射率ε=1），計(jì)算地表吸收的大氣長(zhǎng)波輻射和凈長(zhǎng)波輻射。答案：地表吸收的大氣長(zhǎng)波輻射=大氣逆輻射×地表對(duì)長(zhǎng)波的吸收率（ε=1時(shí)吸收率=1），即300W/m2；凈長(zhǎng)波輻射=地表長(zhǎng)波出射-大氣逆輻射=600-300=300W/m2；因凈輻射平衡為0，短波收入500W/m2需等于凈長(zhǎng)波支出300W/m2+其他能量（如潛熱、感熱），但題目?jī)H問(wèn)凈長(zhǎng)波，故答案為300W/m2四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述大氣溫室效應(yīng)的輻射學(xué)機(jī)制。答案：地表吸收太陽(yáng)短波輻射后升溫，發(fā)射長(zhǎng)波輻射（4-100μm）。大氣中的溫室氣體（如H?O、CO?、CH?）對(duì)長(zhǎng)波輻射有強(qiáng)吸收，吸收后大氣升溫并向各方向發(fā)射長(zhǎng)波輻射，其中向下的部分（大氣逆輻射）返回地表，減少了地表的長(zhǎng)波凈損失，導(dǎo)致地表溫度高于無(wú)大氣時(shí)的平衡溫度。2.比較分子散射（瑞利散射）與氣溶膠散射（米散射）的差異。答案：①粒子尺度：瑞利散射發(fā)生在粒子直徑r<<λ（如空氣分子，r≈0.1μm，λ=0.5μm）；米散射發(fā)生在r≈λ（如氣溶膠粒子，r=0.1-10μm）。②波長(zhǎng)依賴性：瑞利散射截面∝1/λ?（短波散射強(qiáng)）；米散射截面與波長(zhǎng)關(guān)系復(fù)雜，前向散射更強(qiáng)。③應(yīng)用：瑞利散射解釋天空呈藍(lán)色；米散射影響霧霾天氣的能見(jiàn)度和太陽(yáng)顏色（如朝霞/晚霞）。3.說(shuō)明太陽(yáng)輻射在大氣中衰減的主要過(guò)程。答案：衰減包括吸收和散射。①吸收：O?吸收紫外（0.2-0.3μm）；H?O、CO?吸收紅外（1-4μm、6μm以上）；O?吸收遠(yuǎn)紫外（<0.2μm）。②散射：分子（瑞利）散射短波（藍(lán)/紫光）；氣溶膠（米）散射各波段，前向散射為主。部分散射輻射返回太空（反照率），部分到達(dá)地面（散射輻射）。4.長(zhǎng)波輻射與短波輻射在大氣中傳輸?shù)闹饕町愑心男?？答案：①波譜范圍：短波（0.1-4μm，太陽(yáng)輻射為主）；長(zhǎng)波（4-100μm，地面/大氣輻射為主）。②吸收氣體：短波主要被O?（紫外）、H?O（近紅外）吸收；長(zhǎng)波主要被H?O、CO?、CH?（中紅外）吸收。③散射特性：短波易被分子（瑞利）散射；長(zhǎng)波因波長(zhǎng)長(zhǎng)，散射較弱（米散射為主）。④傳輸主導(dǎo)過(guò)程：短波以散射衰減為主；長(zhǎng)波以吸收-發(fā)射（輻射傳輸方程中的源函數(shù)）為主。5.衛(wèi)星遙感中為何需要進(jìn)行大氣校正？基于輻射傳輸?shù)幕驹碚f(shuō)明其必要性。答案：衛(wèi)星傳感器接收的輻射包括目標(biāo)地物反射/發(fā)射的輻射，以及大氣散射/吸收的路徑輻射（如大氣分子、氣溶膠的散射光）。大氣會(huì)改變目標(biāo)的真實(shí)輻射信號(hào)（如吸收導(dǎo)致信號(hào)減弱，散射增加額外噪聲）。通過(guò)大氣校正（利用輻射傳輸模型計(jì)算大氣影響并扣除），可還原地物的真實(shí)輻射特性（如地表反射率、溫度），提高遙感反演的精度（如植被指數(shù)、地表溫度反演）。五、案例分析題（每題10分，共20分）1.某城市冬季出現(xiàn)熱島效應(yīng)，地表溫度比郊區(qū)高3-5K。從長(zhǎng)波輻射角度分析，城市下墊面（如混凝土、瀝青）與郊區(qū)（植被、土壤）的輻射差異如何導(dǎo)致熱島效應(yīng)？答案：①發(fā)射率差異：城市下墊面（混凝土ε≈0.90-0.95，瀝青ε≈0.95）與郊區(qū)植被（ε≈0.95-0.98）發(fā)射率接近，但城市下墊面白天吸收更多太陽(yáng)短波輻射（反照率低，如瀝青反照率約0.05，植被約0.15-0.25），儲(chǔ)存更多熱量。②夜間長(zhǎng)波輻射：城市地表溫度高，發(fā)射長(zhǎng)波輻射（E=εσT?）更強(qiáng)，但城市大氣中溫室氣體（如CO?、H?O）和顆粒物濃度高，大氣逆輻射（向下長(zhǎng)波）更強(qiáng)，導(dǎo)致城市地表凈長(zhǎng)波損失（E地表-E大氣逆）小于郊區(qū)。③人為熱釋放：城市工業(yè)、交通釋放熱量，進(jìn)一步加熱地表和近地面大氣，使長(zhǎng)波輻射收支失衡，形成熱島。2.1991年皮納圖博火山噴發(fā)后，平流層注入大量硫酸鹽氣溶膠（粒徑0.1-1μm），全球平均氣溫下降約0.5℃。結(jié)合大氣輻射原理，分析氣溶膠如何