2025年大学大气科学（大气物理学研究）试题及答案.doc

2025年大学大气科学（大气物理学研究）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本卷共6小题，每小题5分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的。

1. 关于大气中辐射传输的K系数，说法正确的是（ ）
A. 它只与大气成分有关
B. 它与波长无关
C. 它反映了大气对辐射的吸收和散射能力
D. 它在整个大气中是恒定不变的
答案：C

2. 大气中水汽的吸收光谱主要集中在（ ）
A. 可见光区
B. 紫外光区
C. 红外光区
D 微波区
答案：C

3. 下列哪种大气现象与大气散射关系最为密切（ ）
A. 彩虹
B. 晚霞
C. 海市蜃楼
D. 极光
答案：B

4. 大气中长波辐射的主要发射体是（ ）
A. 臭氧
B. 水汽
C. 二氧化碳
D. 尘埃
答案：B

5. 大气边界层的厚度主要受以下哪种因素影响最大（ ）
A. 太阳辐射
B. 地面粗糙度
C. 大气稳定度
D. 风速
答案：B

6. 大气气溶胶对气候的影响主要体现在（ ）
A. 增强太阳辐射
B. 减少地面长波辐射损失
C. 改变云的微物理特性
D. 降低大气透明度
答案：C

第II卷（非选择题 共70分）

（一）简答题（共20分）
答题要求：简要回答问题，条理清晰，要点准确。

1.（1）简述大气辐射传输方程的物理意义及主要作用。（10分）
大气辐射传输方程描述了辐射能在大气中传输时，由于吸收、散射等作用而发生的能量变化。它的主要作用是定量分析大气对辐射的影响，包括计算辐射通量的分布、研究大气成分对辐射传输的贡献等，对于理解大气能量平衡、气候变化等方面具有重要意义。

（2）说明大气中气溶胶的分类及主要来源。（10分）
大气气溶胶可分为沙尘气溶胶、海盐气溶胶、生物质燃烧气溶胶、工业排放气溶胶等。主要来源包括自然源，如土壤风蚀、火山喷发等产生沙尘气溶胶，海浪飞沫产生海盐气溶胶；人为源，如工业生产排放的污染物形成工业排放气溶胶，生物质燃烧产生生物质燃烧气溶胶等。

（二）论述题（共20分）
答题要求：论述充分，逻辑连贯，结合相关理论知识进行分析。

1. 论述大气中云的形成机制及其对气候的影响。（20分）
云的形成机制主要是水汽的冷却凝结。当大气中的水汽达到饱和且存在凝结核时，水汽会在凝结核上凝结形成云滴，进而聚合成云。云对气候的影响具有两面性。一方面，云可以反射太阳辐射，减少到达地面的太阳辐射量，起到冷却作用；另一方面，云也可以吸收和发射长波辐射，对地面起到保温作用。不同类型的云，如高云、中云、低云，其对气候的影响程度和方式也有所不同。例如，高云反射作用较强，低云保温作用相对更明显。

（三）材料分析题（共15分）
答题要求：阅读材料，结合所学知识，分析回答问题。

材料：近年来，随着工业的快速发展和城市化进程的加快，大气污染问题日益严重。大气中的污染物浓度不断增加，尤其是细颗粒物（PM2.5）的含量显著上升。这些污染物不仅影响空气质量，对人体健康造成危害，还对大气物理过程产生了重要影响。研究表明，大气中的污染物会改变大气的辐射特性，影响大气边界层的结构，进而对气候产生潜在影响。

1. 分析大气污染物浓度增加对大气辐射特性的具体影响。（7分）
大气污染物浓度增加会增强大气对太阳辐射的散射和吸收，使得到达地面的太阳辐射减少。同时，污染物也会增加大气的发射率，改变大气长波辐射的分布。例如，细颗粒物对可见光和红外光都有较强的散射和吸收作用，从而影响了辐射在大气中的传输。

2. 阐述大气污染物浓度增加如何影响大气边界层结构及其对气候的潜在影响。（8分）
大气污染物浓度增加会改变大气边界层内的温度、湿度和风速分布等。污染物的存在可能导致边界层内的逆温层更稳定，抑制垂直混合，影响热量和水汽的交换。这可能会改变大气环流模式，进而对气候产生潜在影响，如影响降水分布、气温变化等，可能导致区域气候异常。

（四）案例分析题（共15分）
答题要求：分析案例，运用相关大气物理学知识进行解答。

案例：在某地区，夏季经常出现午后雷阵雨天气。在一次雷阵雨过程中，观测到闪电发生后，紧接着听到雷声，且雷声持续了一段时间。

1. 解释闪电发生后雷声持续一段时间的原因。（7分）
闪电发生时，会产生强烈的冲击波，向四周传播形成雷声。雷声在传播过程中会遇到不同的介质界面，如云层、地面等，发生反射和折射，使得雷声在这些界面之间多次反射，从而持续一段时间。此外，声音在空气中传播时也会逐渐衰减，但由于多次反射的叠加，使得雷声能持续被听到。

2. 分析雷阵雨天气形成的大气物理过程。（8分）
雷阵雨天气的形成通常是由于大气不稳定。在夏季午后，地面受热强烈，近地面空气迅速升温，形成强烈的对流。水汽随着对流上升，在上升过程中冷却凝结形成云。随着对流的加强，云体不断发展壮大，形成积雨云。积雨云中存在强烈的垂直气流和电荷分离，导致闪电发生。闪电产生的高温使周围空气迅速膨胀，形成冲击波，即雷声。同时，水汽在云中不断凝结增长，当云滴足够大时，便会降落到地面形成降雨，从而形成雷阵雨天气。

（五）计算题（共20分）
答题要求：写出详细的计算过程和答案。

1. 已知某地区大气中水汽的混合比为2g/kg，大气压力为1000hPa，温度为20℃。求该地区大气中水汽的分压。（10分）
根据理想气体状态方程和混合比的定义，混合比r = mv/ma（mv为水汽质量，ma为干空气质量），水汽分压e = r p（p为大气压力）。已知r = 2g/kg = 2×10^-3 kg/kg，p = 1000hPa = 10^5 Pa。则水汽分压 e = 2×10^-3×10^5 = 200Pa。

2. 若大气中某气体的吸收系数k在波长λ = 5μm时为0.1m^-1，辐射强度I0 = 1000W/(m^2·sr)，光程L = 100m。求经过这段光程后辐射强度I的衰减情况。（10分）
根据辐射传输的 Beer 定律，I = I0×exp(-kL)。将k = 0.1m^-1，L = 100m代入可得：I = 1000×exp(-0.1×100) = 1000×exp(-10) ≈ 4.54×10^-4 W/(m^2·sr)。即辐射强度经过这段光程后大幅衰减。