2025年大学《地球系统科学》专业题库- 全球气候变化与近地表物质循环

2025年大学《地球系统科学》专业题库——全球气候变化与近地表物质循环考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题1.气候系统主要由______、______、______和______四个主要圈层组成。2.导致全球变暖的主要人为温室气体包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮和水汽，其中______是含量最大且对气候变化有显著贡献的温室气体，但人类活动对其浓度的增加影响相对较小。3.水循环中，将地表水蒸发到大气中的过程称为______，植物蒸腾作用释放的水汽也属于此过程。4.地球生物圈中碳循环的主要储存库是______和______。5.氮循环的关键生物地球化学过程包括氮的固定、______、反硝化作用和硝化作用。6.土壤是近地表物质循环中______、______和______的重要交汇场所。7.全球变暖导致的海平面上升主要是由______的膨胀和______的流失共同引起的。8.气候变化对水循环的影响体现在______增加、______极端化以及______变化等方面。9.森林砍伐不仅会减少碳汇，还会通过改变地表反照率和蒸散发等过程，对区域乃至全球气候产生______效应。10.碳循环与水循环之间存在密切联系，例如，陆地生态系统的碳储存能力受______影响，而植被的水分利用效率也关系到碳的固定。二、名词解释1.温室效应2.生物地球化学循环3.气溶胶4.碳通量5.水文循环三、简答题1.简述人类活动主要通过哪些途径增加大气中的温室气体浓度。2.比较全球变暖对高纬度地区和低纬度地区可能产生不同的影响。3.描述水循环中蒸发和蒸腾两个过程的区别，并说明它们在近地表能量平衡中的作用。4.简述氮循环中“氮沉降”现象及其对生态系统可能产生的影响。5.解释为什么说近地表物质循环（如碳、水循环）的变化会反作用于气候系统。四、论述题1.论述全球气候变化对陆地生态系统碳循环可能产生的主要影响，并分析这些影响之间的正负反馈关系。2.以某个具体例子（如城市扩张、农业发展或大型工程）为例，分析人类活动如何同时扰动近地表的物质循环（水循环、碳循环、养分循环等），并探讨其潜在的生态环境后果。3.结合地球系统科学的多圈层相互作用观点，论述应对全球气候变化挑战需要考虑哪些跨学科的综合策略。试卷答案一、填空题1.大气圈海洋圈岩石圈生物圈2.水汽二氧化碳甲烷氧化亚氮3.蒸发4.陆地生态系统生物圈（或植被、土壤）5.硝化作用6.物质储存转化过程7.海水河流冰川等8.降水旱涝蒸发9.减弱（或抑制）10.降水二、名词解释1.温室效应：指大气中的温室气体（如CO2、CH4等）吸收并重新辐射红外线，导致地球表面和低层大气的温度升高的现象。正常情况下，温室效应使地球表面温度适宜生命存在，但人类活动增加温室气体浓度会加剧其效应，导致全球变暖。2.生物地球化学循环：指地球表层系统中，某些关键化学元素（如碳、氮、水等）在生物圈、岩石圈、水圈和大气圈之间进行迁移、转化和储存的循环过程。3.气溶胶：指悬浮在大气中的微小固体颗粒或液体液滴。气溶胶可以来自自然源（如火山喷发、海浪飞沫）或人为源（如工业排放、汽车尾气、扬尘），它们对气候既有直接效应（吸收或反射太阳辐射），也有间接效应（作为云凝结核影响云的特性）。4.碳通量：指单位时间内，在特定界面（如植被与大气之间、土壤与大气之间）碳元素的质量交换速率，常用单位为吨碳/公顷/年（tCha⁻¹yr⁻¹）或毫克碳/平方米/小时（mgCm⁻²hr⁻¹）。正通量表示向界面释放碳（如呼吸作用、排放），负通量表示从界面吸收碳（如光合作用、沉降）。5.水文循环：又称水循环，是指地球上水的蒸发、水汽输送、降水、径流、下渗、地下水和蒸发等过程相互联系、连续不断的现象，体现了水在地球各圈层之间的时空分布和迁移转化。三、简答题1.人类活动增加大气温室气体主要通过以下途径：①燃烧化石燃料（如煤、石油、天然气）释放大量二氧化碳；②土地利用变化，如森林砍伐减少了碳汇，而化石燃料燃烧和工业生产释放了二氧化碳和甲烷；③农业活动，如稻田灌溉产生甲烷，使用氮肥导致氧化亚氮排放增加；④工业过程，某些工业排放氧化亚氮等温室气体；⑤废弃物分解，如垃圾填埋场产生甲烷。2.全球变暖对高纬度地区的影响可能包括：冰川融化加速、海平面上升导致沿海地区浸没、冻土层解冻影响基础设施和生态系统、极端天气事件（如寒潮、暴风雪）频率或强度可能变化。对低纬度地区的影响可能包括：海平面上升威胁沿海低洼地区、极端高温和干旱事件增多、强降水和洪水风险增加、热带疾病传播范围扩大、珊瑚礁白化加剧。3.蒸发是指液态水（主要指地表水体）直接转化为水蒸气进入大气的过程，主要受日照强度、气温、相对湿度和风速影响。蒸腾是指植物通过叶片等器官将水分以水蒸气形式释放到大气的过程，主要受光照、气温、大气湿度、土壤水分和植物生理状况影响。两者都是近地表能量平衡的重要环节：蒸发和蒸腾都消耗热量，具有冷却作用；它们也是大气水汽的重要来源，影响区域和全球降水格局。4.氮沉降是指大气中的氮氧化物（NOx）和含氮有机物通过干沉降（气体或颗粒物直接落入地表）或湿沉降（随降水落入地表）过程到达地表。其对生态系统的影响是复杂的：一方面，它可以补充生态系统中有限的氮素，促进植物生长，尤其是在氮贫瘠的生态系统中；但另一方面，过量氮沉降可能导致土壤酸化、水体富营养化、植物毒性增加、生物多样性下降（优势种取代其他物种）、改变生态系统功能等。5.近地表物质循环（如碳、水循环）的变化会反作用于气候系统。例如：①水循环变化（如蒸散发增加）会影响地表能量平衡，进而影响局地气温和降水模式；②水汽作为最强的温室气体，水循环的变化会改变大气中的水汽含量，从而调节大气的温室效应；③陆地生态系统碳循环变化（如植被死亡导致碳释放增加）会改变大气CO2浓度，CO2浓度升高会增强温室效应，导致全球变暖；④全球变暖又反过来加剧水循环的不稳定性（如干旱、洪水），并影响陆地生态系统的碳储存能力。这种物质循环与气候系统之间的相互反馈机制构成了地球系统动态变化的关键。四、论述题1.全球气候变化对陆地生态系统碳循环的主要影响及反馈关系包括：①升温促进光合作用：在一定范围内，CO2浓度升高和温度升高可能促进植物光合作用速率，增加碳吸收（正反馈），但同时可能增加植物蒸腾，消耗更多水分。②改变植被分布：随着气候变化，一些植被类型可能向更高纬度或更高海拔迁移，改变区域碳储存格局。③极端气候事件增多：干旱、热浪、洪水、强风等极端事件会破坏植被，导致碳释放增加，降低生态系统的碳汇能力（负反馈）。④土壤碳分解加速：升温会促进土壤微生物活动，加速有机质分解，释放更多CO2，进一步加剧全球变暖（正反馈）。⑤病虫害和野火：气候变化可能改变病虫害和野火的范围、频率和强度，导致植被受损和碳释放增加。这些影响之间存在复杂的正负反馈，其净效应取决于具体区域、生态系统类型和气候变化的具体模式。2.以城市扩张为例分析人类活动对近地表物质循环的扰动及其后果：城市扩张通过多种方式同时扰动水循环、碳循环和养分循环：①土地利用/覆盖变化：将林地、草地或农田改为建筑、道路等不透水表面，显著减少了区域蒸散发总量，改变了地表反照率；②水循环扰动：不透水表面增加导致地表径流急剧增加，洪峰流量增大，地下水补给减少，城市热岛效应加剧蒸发，改变局部降水格局。③碳循环扰动：城市扩张破坏植被，减少碳汇；同时，城市能源消耗（交通、建筑、工业）大量排放CO2，增加大气碳浓度；城市土壤和垃圾处理也可能释放CH4和N2O等温室气体。④养分循环扰动：城市污水排放增加水体氮磷负荷，导致水体富营养化；城市粉尘和沉降物可能改变土壤养分状况。后果包括：城市内涝风险增加、水资源短缺、热岛效应与空气污染加剧、生物多样性丧失、区域碳收支失衡、生态系统服务功能退化。3.应对全球气候变化挑战需要考虑的多学科综合策略包括：①能源转型与低碳发展：从化石能源向可再生能源（太阳能、风能、水能等）转型，提高能源效率，发展低碳工业和交通，这是减缓气候变化的核心。需要涉及能源科学、工程技术、经济学、社会学等多学科。②加强碳汇能力：通过植树造林、恢复湿地、改进农业实践（如保护性耕作、优化施肥）等措施，增加陆地和海洋的碳吸收能力。需要生态学、农学、林学、海洋学等多学科知识。③适应气候变化影响：制定和实施适应策略，如建设海堤应对海平面上升、发展抗旱作物应对干旱、加强水资源管理、制定极端天气应急预案等。需要环境科学、水利工程、农业科学、城市规划、公共卫生等多