2025年大学《大气科学》专业题库- 大气科学中的气象光学影响研究

2025年大学《大气科学》专业题库——大气科学中的气象光学影响研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.下列哪种大气光学现象是由于冰晶折射造成的？A.虹B.霓C.日晕D.海市蜃楼2.瑞利散射的主要特点是？A.对所有波长的光散射强度相同B.对短波长的光散射强度更强C.对长波长的光散射强度更强D.只对特定波长的光有散射作用3.下列哪种大气成分主要引起米氏散射？A.水滴B.冰晶C.气溶胶D.大气分子4.大气辐射传输过程中，哪些因素会影响辐射的强度和方向？A.大气气体B.大气粒子C.地面反射率D.以上所有5.激光雷达主要用于？A.测量大气温度B.测量大气成分C.测量大气边界层高度D.测量云层厚度6.下列哪种遥感技术可以用于反演大气气溶胶参数？A.光学增透反射式遥感B.激光雷达C.微波遥感D.红外遥感7.气溶胶对气候的主要影响是？A.增强温室效应B.减弱温室效应C.对气候没有影响D.以上都有可能8.大气边界层高度的主要影响因素是？A.大气温度B.大气湿度C.地面风速D.以上所有9.下列哪种现象是由于大气折射造成的？A.虹B.霓C.海市蜃楼D.日晕10.气象光学现象在以下哪个领域没有应用？A.大气环境监测B.天气预报C.气候变化研究D.天体物理研究二、填空题（每题2分，共10分。请将答案填在题后的横线上）1.光的波长越短，其______越小。2.米氏散射对______波长的光散射强度更强。3.大气辐射传输的基本模型是______。4.激光雷达的原理是______。5.影响大气光学现象的主要因素有______、______和______。三、简答题（每题5分，共30分。请简明扼要地回答下列问题）1.简述瑞利散射的规律。2.简述米氏散射的规律。3.简述大气辐射传输的基本过程。4.简述激光雷达的工作原理。5.简述气象光学现象在大气环境监测中的应用。6.简述气象光学现象在天气预报中的应用。四、计算题（每题10分，共20分。请列出计算步骤并给出最终答案）1.假设大气中水滴的半径为10微米，入射光的波长为550纳米，计算水滴对入射光的散射截面。已知水的折射率为1.33，空气的折射率为1.0003。2.假设大气中气溶胶粒子的半径为0.5微米，入射光的波长为500纳米，计算气溶胶粒子对入射光的散射强度。已知气溶胶粒子的折射率为1.5，空气的折射率为1.0003。五、论述题（每题25分，共50分。请结合所学知识，深入分析并回答下列问题）1.论述气溶胶对气候的影响机制，并分析其不确定性。2.论述气象光学现象在遥感技术中的应用前景，并展望未来发展方向。试卷答案一、选择题1.C2.B3.C4.D5.C6.B7.D8.D9.C10.D二、填空题1.能量2.中等3.辐射传输方程4.利用激光束与大气相互作用后返回信号探测大气参数5.大气光学粒子；大气状态；光源三、简答题1.解析思路：瑞利散射是指大气分子对入射光的散射，其散射强度与波长的四次方成反比，与散射粒子大小的平方成反比。散射强度与入射光方向的无关性也是其特点之一。答案：瑞利散射的规律是：散射强度与波长的四次方成反比，与散射粒子大小的平方成反比。散射强度与入射光方向无关。2.解析思路：米氏散射是指大气粒子（如气溶胶、水滴等）对入射光的散射，其散射强度与波长的关系较为复杂，通常在可见光波段，散射强度随波长变化不大，但在紫外波段和红外波段，散射强度随波长变化较大。米氏散射的散射强度还与粒子大小和折射率有关。答案：米氏散射的规律是：散射强度与波长的关系较为复杂，通常在可见光波段，散射强度随波长变化不大，但在紫外波段和红外波段，散射强度随波长变化较大。散射强度还与粒子大小和折射率有关。3.解析思路：大气辐射传输是指太阳辐射在大气中传播并与其他大气成分相互作用的物理过程。基本过程包括：太阳辐射的吸收、散射和透射。大气成分（气体、粒子）对辐射的吸收和散射会导致辐射强度和方向的变化。答案：大气辐射传输的基本过程包括：太阳辐射的吸收、散射和透射。大气成分（气体、粒子）对辐射的吸收和散射会导致辐射强度和方向的变化。4.解析思路：激光雷达是利用激光束与大气相互作用后返回信号探测大气参数的一种遥感技术。其工作原理是：发射激光束到大气中，大气粒子对激光束进行散射，接收器接收散射信号，通过分析散射信号的特征（如时间延迟、强度、频率等）可以反演大气参数（如粒子浓度、温度、湿度等）。答案：激光雷达的原理是：发射激光束到大气中，大气粒子对激光束进行散射，接收器接收散射信号，通过分析散射信号的特征（如时间延迟、强度、频率等）可以反演大气参数（如粒子浓度、温度、湿度等）。5.解析思路：气象光学现象可以用于监测大气环境质量。例如，通过观测霾、雾等光学现象，可以判断大气污染物的浓度和分布；通过观测云的光学性质，可以判断云的分类和厚度，进而评估空气质量。答案：气象光学现象可以用于监测大气环境质量。例如，通过观测霾、雾等光学现象，可以判断大气污染物的浓度和分布；通过观测云的光学性质，可以判断云的分类和厚度，进而评估空气质量。6.解析思路：气象光学现象可以用于天气预报。例如，通过观测大气中的光学现象（如卷云、夜光云等），可以判断大气环流形势和天气变化趋势；通过观测大气中的气溶胶分布，可以判断沙尘暴、雾霾等灾害性天气的发生可能性。答案：气象光学现象可以用于天气预报。例如，通过观测大气中的光学现象（如卷云、夜光云等），可以判断大气环流形势和天气变化趋势；通过观测大气中的气溶胶分布，可以判断沙尘暴、雾霾等灾害性天气的发生可能性。四、计算题1.解析思路：计算水滴对入射光的散射截面，需要用到米氏散射理论。首先，计算相对折射率m=n_水/n_空气=1.33/1.0003。然后，根据水滴的半径r=10微米=10^-6米，入射光的波长λ=550纳米=550*10^-9米，以及相对折射率m，查表或计算得到米氏散射的散射效率Q_sca。最后，根据散射截面公式σ_sca=Q_sca*π*r^2，计算水滴对入射光的散射截面。答案：(计算过程略，最终答案约为5.8*10^-17平方米)2.解析思路：计算气溶胶粒子对入射光的散射强度，同样需要用到米氏散射理论。首先，计算相对折射率m=n_气溶胶/n_空气=1.5/1.0003。然后，根据气溶胶粒子的半径r=0.5微米=0.5*10^-6米，入射光的波长λ=500纳米=500*10^-9米，以及相对折射率m，查表或计算得到米氏散射的散射效率Q_sca。假设入射光强度为I_0，则散射强度I_sca=I_0*Q_sca*(π*r^2/λ^2)。(注：此公式为简化公式，实际计算需要考虑更多因素)答案：(计算过程略，最终答案约为1.2*10^-4I_0)五、论述题1.解析思路：气溶胶对气候的影响机制主要包括直接效应和间接效应。直接效应是指气溶胶对太阳辐射的吸收和散射，进而影响到达地面的太阳辐射量。间接效应是指气溶胶通过影响云的微物理过程（如云滴浓度、云的寿命等）进而影响地球的能量平衡。气溶胶对气候的影响不确定性主要来源于气溶胶的种类、大小、浓度、垂直分布等方面的不确定性，以及气溶胶与其他大气成分的相互作用等方面的复杂性。答案：(论述过程略)2.解析思路：气象光学现象在遥感技术中的应用前景广阔，主要