2025年大学《行星科学》专业题库- 行星大气层湿度分布与变化研究

2025年大学《行星科学》专业题库——行星大气层湿度分布与变化研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.下列哪一项不是描述行星大气中水汽含量的常用指标？A.绝对湿度B.混合比C.相对湿度D.水汽压2.根据克劳修斯-克拉佩龙方程，饱和水汽压随温度的升高如何变化？A.降低B.升高C.先升高后降低D.保持不变3.在行星大气的能量平衡中，水汽主要通过什么过程影响行星的有效辐射？A.辐射吸收B.对流输送C.辐射散射D.大气环流4.与地球相比，火星大气中水汽含量极低的主要原因是？A.火星距离太阳更远，接收到的太阳辐射更少B.火星大气压过低，无法维持液态水C.火星缺乏全球性大气环流系统D.火星表面温度普遍低于水的冰点5.金星表面极高的温度和极低的表面水汽压主要是由什么因素驱动的？A.强烈的太阳辐射加热B.大气中高浓度的二氧化碳导致强烈的温室效应C.全球性的超级气旋活动D.水汽的大量蒸发并逃逸到外层空间6.在木星大气的可见光云顶下方，观测到水蒸气云层的存在，这表明木星大气中水循环的潜力是？A.极高，与地球类似B.存在，但受限于缺乏液态水C.受限于极低的大气压力D.被甲烷等气体完全覆盖，难以形成水循环7.行星大气的季节性湿度变化通常与以下哪个因素密切相关？A.行星自转轴的倾角B.行星与其恒星的距离C.行星大气的成分D.行星表面岩石的颜色8.利用卫星遥感技术测量行星大气湿度时，常用的探测手段是？A.可见光成像B.红外光谱吸收C.雷达探测D.地震波探测9.在行星科学研究中，数值大气环流模型（GCMs）的主要作用是？A.直接测量行星大气湿度B.模拟行星大气的环流和水循环过程C.探测行星表面的水冰储量D.计算行星的轨道参数10.对比地球和火星，导致两者大气水循环差异巨大的关键因素是？A.两者与太阳的距离B.两者大气的总质量C.两者表面的重力加速度D.两者大气中温室气体的种类和丰度二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线上）1.大气中水汽含量达到饱和状态时的气压称为________。2.水汽从气态转变为液态的过程称为________，从液态转变为气态的过程称为________。3.衡量大气中水汽含量相对多少的指标是________。4.行星大气的湿度分布通常呈现出________高、______低的特征。5.火星大气的主要成分是________，其含量远超水汽。6.金星大气顶部的水汽含量极其稀少，这主要是由于________效应导致水汽在高空迅速分解。7.木星大气的湿度变化研究对于理解其内部________的起源具有重要意义。8.观测表明，土星的卫星________表面存在液态甲烷湖泊，暗示其大气水循环的复杂性。9.行星大气湿度变化的长期研究有助于揭示行星________的演变历史。10.比较不同行星大气湿度分布的研究，需要考虑行星的________、______、______等多种因素。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述绝对湿度、混合比和相对湿度三者之间的区别。2.解释哈德莱环流对地球大气湿度分布的影响。3.为什么金星表面虽然水汽压很高，但仍然被认为是极度干旱的？4.简述同位素示踪法在行星大气水循环研究中的应用。四、论述题（每题10分，共30分）1.详细分析影响火星表面水汽升华的主要因素，并解释为什么火星地表难以形成稳定的液态水湖泊。2.阐述数值大气环流模型（GCMs）在模拟不同类型行星（如类地行星、气态巨行星）大气水循环时的异同点及其原因。3.结合观测证据，论述水汽在地球气候系统中的作用，并分析人类活动对地球大气水循环可能产生的影响。试卷答案一、选择题1.A2.B3.A4.B5.B6.B7.A8.B9.B10.D二、填空题1.水汽压2.凝结，蒸发（或汽化）3.相对湿度4.低纬度（或赤道），高纬度（或极地）5.氮气（N₂）6.温室7.热源8.恩克拉多斯9.气候10.尺寸（或半径），自转周期，大气成分三、简答题1.解析思路：首先明确三个概念的定义：绝对湿度指单位体积空气中水汽的质量；混合比指单位质量干空气中所含水汽的质量；相对湿度指当前水汽压与同温度下饱和水汽压的比值，是无量纲的。然后比较它们的不同点：绝对湿度与水汽总量直接相关，混合比也反映水汽含量，但与干空气质量相关，相对湿度则反映空气距离饱和的状态，是水汽压与饱和水汽压的比率。2.解析思路：首述哈德莱环流的原理：近赤道低空暖湿空气上升，在高空向两极流去，在高纬度地区下沉，近地面再流向赤道。然后分析其对湿度分布的影响：赤道地区空气上升，水汽含量高，形成云雨，湿度大；两极地区空气下沉，干燥，湿度小；从极地流向赤道的下沉气流也导致中纬度地区干燥。最终形成近赤道高湿度、近两极低湿度的带状分布。3.解析思路：解释金星表面高水汽压的原因：主要是由于极其浓厚的二氧化碳大气产生强烈的温室效应，导致表面温度极高。然后解释为何极度干旱：虽然水汽压高，但温度太高（远超水的冰点），水主要以气态形式存在。同时，金星大气压极高，即使有液态水形成，也会迅速蒸发。此外，金星缺乏全球性大气环流，水汽难以大规模输运和分配。4.解析思路：首述同位素示踪法的原理：利用水中氢（¹H,²H即氘,³H即氚）和氧（¹⁶O,¹⁸O）的同位素在物理化学性质上的微小差异及其在蒸发、凝结、降水等水循环过程中的分馏效应。然后阐述其应用：通过分析不同地点、不同形式水（气态水、液态水、固态水）中同位素的比例差异，可以追踪水的来源、确定水循环的路径、估算水循环的速率和效率，从而揭示行星大气水循环的特征和机制。四、论述题1.解析思路：*影响因素分析：首要因素是温度，火星表面温度普遍低，但存在季节和昼夜变化，低温有利于水汽升华。次要是大气压力，火星大气压极低（不到地球的1%），使得水汽分子更容易克服大气压逸出表面。此外，风的作用不可忽视，风可以将地表的水汽吹向高处，加速升华过程。太阳活动引起的温度波动也会影响升华速率。*液态水难以形成的原因：主要归因于极低的大气压力。液态水需要足够的水汽压来维持，而火星表面的水汽压远低于饱和水汽压。即使有短暂的液态水形成，也会因蒸发或升华而消失。此外，火星缺乏全球性大气环流，水汽难以在行星尺度上有效输运，难以形成稳定的水体。2.解析思路：*类地行星模拟：模拟重点在于模拟大气环流（如哈德莱环流、行星波）、水汽输送、凝结降水过程以及地表-大气的能量和水分交换。需要考虑地表温度、地形、植被等因素。目标是解释观测到的气候带、降水分布等。*气态巨行星模拟：模拟重点在于处理其深厚的、成分复杂的（如氨、甲烷、水汽）大气层，模拟云层结构、强烈的对流活动、快速的水汽循环（可能发生在不同高度层）、以及对行星内部热源的响应。需要考虑更高的分辨率和对非理想气体效应的处理。*异同点与原因：相同点在于都试图模拟水循环的基本要素（蒸发、输送、降水）。不同点在于模拟的尺度、深度、大气成分、物理过程复杂度以及目标科学问题不同。原因在于行星的物理性质（质量、半径、重力、自转）、大气成分、与恒星的距离等差异巨大，导致其大气动力学和热力学特性截然不同，进而决定了水循环的模式和特征。3.解析思路：*地球水汽作用：水汽是地球大气中最重要的温室气体之一，吸收地球向外放射的长波辐射，减少热量散失，维持地表温度。水汽通过蒸发和凝结过程参与潜热输送，是大气环流的重要驱动力。云的形成和变化影响地球的能量平衡（反射太阳辐射和吸收地球辐射）。水汽循环也塑造了地球的气候带和降水分布，是生命存在的基础。*