(2025年)大氣輻射考試題庫及答案一、單項選擇題（每題2分，共40分）1.黑體輻射的光譜輻射出射度峰值對應(yīng)的波長與溫度的關(guān)系遵循（）A.普朗克定律B.維恩位移定律C.斯忒藩-玻爾茲曼定律D.基爾霍夫定律答案：B2.大氣對太陽輻射的主要散射類型中，當粒子直徑遠小于入射波長時發(fā)生（）A.瑞利散射B.米散射C.無選擇性散射D.拉曼散射答案：A3.以下氣體中，對4.3μm波段紅外輻射吸收最強的是（）A.H?OB.CO?C.O?D.CH?答案：B4.地球大氣的有效輻射溫度約為（）A.255KB.288KC.300KD.220K答案：A5.衛(wèi)星遙感中常用的"大氣窗口"2.0-2.5μm波段主要避開了（）的吸收A.水汽B.二氧化碳C.臭氧D.氧氣答案：A6.計算大氣輻射傳輸時，二流近似假設(shè)輻射場僅包含（）A.向上和向下兩個方向B.前向和后向散射C.直射和漫射D.可見光和紅外答案：A7.地表長波輻射的主要吸收氣體是（）A.N?B.O?C.H?OD.Ar答案：C8.太陽常數(shù)的最新觀測值（2023年更新）約為（）A.1360W/m2B.1361W/m2C.1362W/m2D.1363W/m2答案：B（注：根據(jù)2023年TSIS-1衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)修正值）9.大氣氣溶膠的散射效率因子Q_sca與（）直接相關(guān)A.粒子折射率B.粒子數(shù)濃度C.大氣壓力D.相對濕度答案：A10.溫室效應(yīng)的本質(zhì)是（）A.大氣對太陽輻射的吸收B.大氣對長波輻射的選擇性吸收C.地表反射率增加D.云量增多答案：B11.計算黑體在500K時的輻射出射度，應(yīng)使用（）A.普朗克公式積分B.斯忒藩-玻爾茲曼定律C.維恩公式D.基爾霍夫定律答案：B12.以下波段中，屬于地球長波輻射主要發(fā)射區(qū)間的是（）A.0.2-4μmB.4-100μmC.100-1000μmD.0.1-0.4μm答案：B13.大氣中臭氧（O?）的主要吸收波段是（）A.0.2-0.3μm（UVB/UVC）B.0.4-0.7μm（可見光）C.2-5μm（紅外）D.10-12μm（遠紅外）答案：A14.輻射傳輸方程中的源函數(shù)S(τ)在局地熱力學平衡（LTE）條件下等于（）A.普朗克函數(shù)B(λ,T)B.大氣溫度TC.散射系數(shù)βD.消光系數(shù)α答案：A15.計算大氣透過率時，若路徑上某氣體的光學厚度為2，則透過率約為（）A.13.5%B.36.8%C.63.2%D.86.5%答案：A（公式：τ=2，透過率=e^-τ≈0.135）16.地表反照率的定義是（）A.地表吸收的太陽輻射/入射太陽輻射B.地表反射的太陽輻射/入射太陽輻射C.地表發(fā)射的長波輻射/黑體輻射D.大氣逆輻射/地表長波輻射答案：B17.以下哪種云對太陽輻射的反射率最高（）A.卷云（薄高層云）B.積雨云（深厚對流云）C.層云（低云）D.高積云（中云）答案：B18.大氣輻射傳輸模式中，逐線積分（LBL）方法的主要特點是（）A.計算速度快B.精度高但計算量大C.僅適用于可見光波段D.忽略散射作用答案：B19.2023年觀測數(shù)據(jù)顯示，全球平均大氣柱水汽含量約為（）A.10mmB.25mmC.50mmD.75mm答案：B（根據(jù)全球氣候觀測系統(tǒng)2023年度報告）20.當大氣中CO?濃度從400ppm增加到500ppm時，其紅外吸收帶的變化趨勢是（）A.吸收強度線性增加B.吸收強度飽和效應(yīng)增強C.吸收波段向短波移動D.吸收效率顯著降低答案：B二、填空題（每空1分，共20分）1.普朗克函數(shù)的表達式為B(λ,T)=______（寫出公式）。答案：(2hc2/λ?)/(exp(hc/λkT)-1)（h為普朗克常數(shù)，c為光速，k為玻爾茲曼常數(shù)）2.大氣對太陽輻射的削弱作用包括吸收、散射和______。答案：反射3.表征大氣輻射特性的三個基本參數(shù)是吸收系數(shù)、散射系數(shù)和______。答案：消光系數(shù)（或衰減系數(shù)）4.地球輻射平衡要求入射太陽輻射通量等于______。答案：地球-大氣系統(tǒng)的長波輻射出射通量5.米散射發(fā)生在粒子直徑與入射波長______（填"相當"或"遠小于"或"遠大于"）的情況下。答案：相當6.大氣中的主要溫室氣體除了CO?、H?O外，還有______和______（任寫兩種）。答案：CH?（甲烷）、N?O（氧化亞氮）（或O?、CFCs等）7.斯忒藩-玻爾茲曼定律的表達式為M=______，其中σ的數(shù)值約為______。答案：σT?；5.67×10??W/(m2·K?)8.輻射傳輸方程的微分形式為dI(τ)/dτ=______。答案：I(τ)-S(τ)（I為輻射強度，S為源函數(shù)，τ為光學厚度）9.大氣窗口在紅外波段主要包括8-12μm（窗區(qū)）和______（任寫一個）。答案：3-5μm（或1.5-1.7μm等其他常見窗口）10.氣溶膠的單次散射反照率定義為______與______的比值。答案：散射系數(shù)；消光系數(shù)（或散射系數(shù)/(吸收系數(shù)+散射系數(shù))）11.地表長波輻射的計算公式為M=______（考慮地表比輻射率ε）。答案：εσT_s?（T_s為地表溫度）12.大氣逆輻射是指大氣向______發(fā)射的長波輻射。答案：地表（或向下）13.計算大氣光學厚度時，若某氣體的吸收系數(shù)為k，路徑長度為L，則光學厚度τ=______。答案：kL（若考慮垂直路徑需乘以空氣質(zhì)量數(shù)）14.太陽輻射的峰值波長約為______μm（取兩位有效數(shù)字）。答案：0.5（根據(jù)維恩位移定律，T≈5800K，λ_max≈2898/5800≈0.5μm）15.云的輻射強迫分為______強迫和長波強迫，兩者的綜合效應(yīng)取決于云的性質(zhì)。答案：短波三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述瑞利散射與米散射的主要區(qū)別。答案：瑞利散射發(fā)生在粒子直徑d遠小于入射波長λ（d<<λ）時，散射強度與λ??成正比，具有明顯的波長依賴性（如天空呈藍色）；散射相函數(shù)對稱，前向與后向散射強度相近。米散射發(fā)生在d與λ相當（d≈λ）時，散射強度與波長關(guān)系復雜，前向散射顯著增強（如霧天能見度低）；散射相函數(shù)不對稱，前向散射占主導。2.說明溫室效應(yīng)的物理機制，并列舉三種主要溫室氣體。答案：溫室效應(yīng)機制：地表吸收太陽短波輻射增溫后發(fā)射長波輻射（4-100μm），大氣中的溫室氣體（如H?O、CO?、CH?等）對長波輻射有強烈吸收作用，吸收的能量通過大氣輻射重新向各方向發(fā)射，其中向下的部分（大氣逆輻射）返回地表，減少地表能量損失，導致地表溫度高于無大氣時的平衡溫度。主要溫室氣體：水汽（H?O）、二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）。3.解釋大氣窗口的概念及其在遙感中的應(yīng)用。答案：大氣窗口指大氣對電磁輻射吸收較弱、透過率較高的波段區(qū)間。這些波段因大氣成分（如H?O、CO?、O?）的吸收線主要分布在其他波段而形成"窗口"。例如：0.3-1.3μm（可見光-近紅外）用于地表反射觀測；3-5μm（中紅外）用于高溫目標（如火災）探測；8-12μm（熱紅外）用于地表溫度反演。遙感通過選擇大氣窗口波段，可有效接收地物輻射或反射信號，減少大氣衰減的影響。4.比較太陽輻射與地球輻射的主要差異（至少列出三點）。答案：①波長范圍：太陽輻射主要集中在0.15-4μm（短波），峰值約0.5μm；地球輻射集中在4-100μm（長波），峰值約10μm。②溫度特征：太陽輻射相當于5800K黑體輻射，地球輻射相當于255K黑體輻射。③主要相互作用：太陽輻射與大氣的作用以散射為主（如瑞利散射）；地球輻射與大氣的作用以吸收為主（溫室氣體吸收）。④能量來源：太陽輻射是外部能源，地球輻射是地表和大氣的熱輻射。5.簡述輻射傳輸方程中光學厚度的物理意義，并說明其與大氣消光系數(shù)的關(guān)系。答案：光學厚度τ是描述輻射在介質(zhì)中傳輸時衰減程度的無量綱參數(shù)，定義為路徑上消光系數(shù)的積分（τ=∫β(s)ds，s為路徑長度）。物理意義：τ=1表示輻射強度因衰減減少到初始值的1/e（約36.8%）。消光系數(shù)β=吸收系數(shù)α+散射系數(shù)σ，是單位長度上的總衰減率。光學厚度反映了整個路徑上的總衰減效果，β越大或路徑越長，τ越大，輻射衰減越顯著。四、計算題（每題10分，共30分）1.已知地表溫度為298K，地表比輻射率ε=0.95，計算地表發(fā)射的長波輻射通量密度（結(jié)果保留兩位小數(shù)）。解：根據(jù)斯忒藩-玻爾茲曼定律，地表長波輻射M=εσT?σ=5.67×10??W/(m2·K?)，T=298KM=0.95×5.67×10??×(298)?計算得：298?≈(300-2)?≈(300?)(1-8/300)≈8.1×101?×0.973≈7.88×101?M≈0.95×5.67×10??×7.88×101?≈0.95×5.67×788≈0.95×4467.96≈4244.56W/m2？（此處計算錯誤，正確計算應(yīng)為298?=298×298×298×298=88804×88804≈7.88×10?，實際正確計算：298K的四次方為298×298=88804，88804×298=26463592，26463592×298≈7.88×10?）正確計算：M=0.95×5.67e-8×(298)^4=0.95×5.67e-8×(298×298×298×298)=0.95×5.67e-8×(88804×88804)=0.95×5.67e-8×7.88e9≈0.95×5.67×78.8≈0.95×446≈423.7W/m2答案：約423.70W/m22.某大氣路徑中，水汽的吸收系數(shù)為0.05km?1，路徑長度為10km，假設(shè)無散射，計算該路徑的大氣透過率。若同時存在氣溶膠散射系數(shù)0.03km?1，計算總透過率（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。解：①僅吸收時，消光系數(shù)β=吸收系數(shù)α=0.05km?1光學厚度τ=α×L=0.05×10=0.5透過率T=e^-τ=e^-0.5≈0.6065≈0.607②存在散射時，β=α+σ=0.05+0.03=0.08km?1τ=0.08×10=0.8T=e^-0.8≈0.4493≈0.449答案：僅吸收時0.607；總透過率0.4493.黑體A溫度為6000K，黑體B溫度為300K，計算：（1）兩者的輻射峰值波長；（2）黑體A在0.5μm處的光譜輻射出射度與黑體B在10μm處的光譜輻射出射度的比值（已知h=6.626×10?3?J·s，c=3×10?m/s，k=1.38×10?23J/K）。解：（1）根據(jù)維恩位移定律λ_max=b/T，b=2.898×10?3m·K黑體A：λ_maxA=2.898e-3/6000≈4.83×10??m=0.483μm黑體B：λ_maxB=2.898e-3/300≈9.66×10??m=9.66μm（2）普朗克函數(shù)B(λ,T)=2hc2/[λ?(exp(hc/λkT)-1)]計算B_A(0.5μm,6000K)和B_B(10μm,300K)的比值：hc/λkT對A：(6.626e-34×3e8)/(0.5e-6×1.38e-23×6000)=(1.9878e-25)/(4.14e-23)=≈0.00048≈0.0005（遠小于1，exp(x)≈1+x）B_A≈2hc2/λ?×(1/(hc/λkT))=2kTc/λ?（當hc/λkT<<1時，瑞利-金斯近似）對B：hc/λkT=(6.626e-34×3e8)