2025年大学《大气科学》专业题库- 大气科学与生态学的交叉研究

2025年大学《大气科学》专业题库——大气科学与生态学的交叉研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在括号内）1.下列哪项过程是大气水循环中连接陆地生态系统和大气的主要环节？A.大气辐射传输B.大气化学转化C.植物蒸腾作用D.平流输送2.气候变化导致全球平均温度升高，进而加剧了某些地区的干旱，这种现象体现了大气环境变化对生态系统功能的哪种影响？A.直接物理胁迫B.生物地球化学循环改变C.生态服务功能退化D.生物多样性丧失3.在生态气候学研究中，通常使用哪种指标来综合评估地表能量平衡对生态系统的影响？A.温度梯度B.饱和差C.叶面温度D.土壤热通量4.森林生态系统作为一种重要的碳汇，其碳储存能力受到哪些因素的显著影响？（请选择三个）A.树种组成与结构B.大气CO2浓度C.地下水位变化D.大气污染物类型E.区域气候模式5.大气污染物如氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）通过光化学反应生成二次颗粒物，这些颗粒物不仅影响大气能见度，也可能对生态系统产生哪些间接影响？（请选择两个）A.改变地表反照率，影响能量平衡B.通过沉降直接导致植物叶片损伤C.改变大气化学成分，影响气体交换D.吸收太阳辐射，加热大气边界层二、名词解释（每小题3分，共15分）1.生物地球化学循环2.生态系统服务3.城市热岛-生态效应耦合4.生态气候学5.植被蒸散量三、简答题（每小题5分，共20分）1.简述大气CO2浓度升高对陆地生态系统碳循环可能产生的双重影响。2.简述大气边界层高度变化对城市生态系统微气候环境可能产生的主要影响。3.简述遥感技术在监测森林生态系统结构变化（如叶面积指数LAI）中的应用基本原理。4.简述气候变化背景下，大气水循环改变可能对农业生态系统产生的潜在风险。四、论述题（每小题10分，共30分）1.论述全球气候变化对极地冰盖消融及其对下游生态系统水文过程可能产生的连锁效应。2.结合具体实例，论述大气污染物（如PM2.5）如何通过影响生态系统关键过程（如光合作用、传粉）进而威胁生物多样性。3.探讨大气科学与生态学交叉领域未来可能面临的关键科学挑战，并就如何应对这些挑战提出你的见解。试卷答案一、选择题1.C2.C3.D4.A,B,E5.A,C二、名词解释1.生物地球化学循环：指元素或化合物在生物圈、岩石圈、水圈和大气圈之间进行迁移和循环转化的过程，是维持地球生命系统功能的基础。2.生态系统服务：指生态系统及其过程为人类提供的各种惠益，包括供给服务（如食物、水）、调节服务（如气候调节、水质净化）、支持服务（如土壤形成、养分循环）和文化服务（如美学、精神价值）。3.城市热岛-生态效应耦合：指城市热岛效应（城市区域比周边乡村地区温度更高的现象）与城市生态系统结构、功能及服务之间的相互作用，例如热岛影响植被蒸腾、物种分布，进而影响城市生物多样性、空气质量和居民健康。4.生态气候学：研究气候条件与生态系统（包括生物体和生物群落）之间相互关系及其物理、化学和生物学机制的学科，旨在理解气候对生态过程的调控以及生态系统对气候变化的响应。5.植被蒸散量：指植被通过蒸腾作用（植物叶片等表面水分蒸发）和截留降水后蒸发（蒸发力）的总量，是区域水分循环的重要组成部分，受气象条件、植被类型和土壤水分状况的共同影响。三、简答题1.简述大气CO2浓度升高对陆地生态系统碳循环可能产生的双重影响。解析思路：首先点出CO2浓度升高对碳循环的直接影响（促进光合作用），其次点出对呼吸作用的潜在影响（可能因温度升高而增强），最后结合生态系统整体反馈机制阐述其双重性（短期可能增加碳汇，但长期可能因呼吸增强、氮限制等因素减弱碳汇效果或转为源）。答案要点：大气CO2浓度升高会提高植物光合作用速率，增强生态系统光合固定碳的能力，可能短期内增加碳汇。但同时，CO2浓度升高可能伴随温度升高，刺激植物和土壤微生物呼吸作用增强，增加碳的释放。此外，CO2升高可能影响土壤养分有效性（如氮限制），进一步调节碳循环。因此，其影响具有双重性，净效应取决于多种因素的复杂相互作用。2.简述大气边界层高度变化对城市生态系统微气候环境可能产生的主要影响。解析思路：明确大气边界层高度（PBL）是影响近地面气象要素的关键因素。点出PBL增厚和减薄两种情况。分别阐述对温度、湿度、风速、污染物扩散等城市微气候要素的具体影响。答案要点：大气边界层高度（PBL）是影响近地面热量、水分和污染物交换的界面。PBL增厚通常意味着更强烈的地面热量吸收和混合，可能导致城市热岛效应加剧，近地面污染物扩散能力增强。PBL减薄则相反，可能导致近地面污染物滞留，湿度不易散失，风速减小，城市热岛效应相对减弱但可能更集中。这些变化直接影响城市植被生长环境、人体舒适度及空气质量。3.简述遥感技术在监测森林生态系统结构变化（如叶面积指数LAI）中的应用基本原理。解析思路：明确LAI是表征森林结构的关键参数。说明遥感如何通过测量与LAI相关的物理量（如太阳辐射、植被冠层特性）来进行估算。提及主要遥感方法（如反照率模型、植被指数模型）。答案要点：叶面积指数（LAI）是单位地面面积上植被总叶面积与地面面积之比，是反映森林冠层结构的重要参数。遥感技术通过传感器从太空或空中测量地表反射或辐射的电磁波信息，这些信息与植被冠层的物理特性（如光学厚度、含水量、结构）相关。利用植被指数（如NDVI,EVI）等指标，结合冠层辐射传输模型，可以反演估算LAI。例如，LAI越高，通常意味着对太阳辐射的吸收和遮蔽越强，导致近红外波段反射率降低，从而可以通过分析遥感影像的光谱特征来推算LAI。4.简述气候变化背景下，大气水循环改变可能对农业生态系统产生的潜在风险。解析思路：从气候变化影响水循环的多个方面入手（降水格局、蒸发、极端事件）。分别阐述这些改变对农业生产（作物生长、水分供需、灾害）的具体风险。答案要点：气候变化导致大气水循环改变，表现为降水时空分布不均（如干旱、洪涝频率增加/加剧）、区域蒸发加剧、极端降水事件增多等。这些变化对农业生态系统构成潜在风险：①干旱缺水风险增加，影响作物正常生长和产量；②洪涝风险加剧，可能导致土壤侵蚀、养分流失、作物倒伏；③极端高温高湿环境可能诱发病虫害，增加作物生理胁迫；④季节性降水模式的改变可能破坏传统耕作制度；⑤水资源供需矛盾加剧，影响灌溉农业的稳定性。这些都可能威胁粮食安全。四、论述题1.论述全球气候变化对极地冰盖消融及其对下游生态系统水文过程可能产生的连锁效应。解析思路：首先阐述气候变化（升温）如何导致极地冰盖加速消融。然后，分步骤或分环节，详细论述冰盖消融如何通过影响海平面、淡水资源输入、洋流、极端天气事件等，进而对下游（邻近或更远距离）的陆地和海洋生态系统水文过程产生连锁影响。强调过程的动态性和反馈性。答案要点：全球气候变化导致极地地区温度升高，加速了冰川和冰盖的消融。主要连锁效应包括：①海平面上升：冰盖融化注入海洋，导致全球海平面上升，淹没沿海低洼地区，改变海岸线，影响沿海湿地和生物多样性；②淡水资源改变：大规模融水改变区域乃至全球的水循环，可能增加部分地区的径流，但也可能因蒸发加剧而导致其他地区干旱；③洋流变化：极地水源汇入海洋可能改变大尺度洋流模式（如经向翻转环流），影响全球热量输送和海洋生态系统分布；④极端天气事件：气候变化可能加剧极端降水或干旱事件的发生频率和强度，影响下游依赖稳定水文过程的生态系统（如河流生态系统、依赖季节性降水的草原和森林）；⑤水文情势改变：河流径流过程改变（如春汛提前、枯水期缩短），影响依赖特定水文节律的下游生态系统（如依赖洪水育种的鱼类、季节性泛滥的湿地）。这些效应相互关联，形成复杂的连锁反应。2.结合具体实例，论述大气污染物（如PM2.5）如何通过影响生态系统关键过程（如光合作用、传粉）进而威胁生物多样性。解析思路：首先明确PM2.5对生态系统的主要危害途径（物理遮挡、化学毒性、改变光照等）。然后，选择具体例子，详细阐述PM2.5如何影响光合作用（如吸收/散射光、叶片损伤、气孔调节影响）和传粉（如堵塞花粉管、影响传粉媒介活动、改变气味信号）。最后，说明这些过程受阻如何导致生态系统功能下降，进而威胁物种生存和生物多样性。答案要点：大气污染物PM2.5（细颗粒物）可通过多种途径影响生态系统，威胁生物多样性。例如：①影响光合作用：PM2.5粒子可吸收或散射太阳辐射，降低到达植物叶片的光照强度；颗粒物沉积在叶片表面，形成一层“尘被”，阻碍气体交换（CO2进入）和水分蒸腾，甚至直接损伤叶片组织；植物可能为清除颗粒物而消耗更多能量，影响光合效率。如在中国北方，雾霾天气常伴随农作物光合效率下降。②影响传粉：PM2.5可能堵塞传粉植物的花粉管，降低结实率；影响传粉昆虫（如蜜蜂）的视觉、嗅觉或行为，使其难以找到花朵或进行有效传粉，也可能通过毒性影响昆虫健康。如研究表明，空气污染可能降低某些果树（如苹果、梨）的授粉成功率和产量，影响依赖这些植物的传粉昆虫种群。③影响生态系统功能与多样性：光合作用和传粉是维持植物生存和繁衍的关键过程。这些过程受到抑制，会导致植物生长受阻、种群数量下降、群落结构改变。进而影响依赖这些植物为食或栖息的其他动物（如鸟类、哺乳动物、昆虫），导致食物链断裂，生态系统功能退化，生物多样性受到威胁。例如，草原生态系统中的关键牧草因传粉失败而减少，将直接影响以该牧草为食的草食动物及其天敌的生存。3.探讨大气科学与生态学交叉领域未来可能面临的关键科学挑战，并就如何应对这些挑战提出你的见解。解析思路：首先，结合当前研究前沿和现实需求，识别大气科学与生态学交叉领域面临的关键科学挑战（如模型耦合、数据融合、尺度转换、极端事件响应等）。然后，针对每个挑战，提出具体的应对策略或研究思路（如发展新模型、利用新技术、加强跨学科合作、开展长期监测等）。答案要点：大气科学与生态学交叉领域未来面临的关键科学挑战包括：①大气-生态系统耦合过程的复杂性与非线性：揭示两者之间双向反馈机制的动态变化，尤其是在极端气候事件和全球变化背景下的响应。应对：发展更精密的耦合模型，整合多圈层、多过程数据。②多尺度数据融合与同化：有效融合卫星遥感、地面观测、模型输出等多源、多尺度数据，实现大气与生态信息的高效整合。应对：研发先进的数据同化技术，构建综合观测网络。③生态系统对气候变化极端事件的响应与适应：理解极端事件（干旱、洪水、热浪、强降水）对生态系统的累积效应和阈值。应对：加强极端