2025年大学《大气科学》专业题库- 大气层中的气候变化规律

2025年大学《大气科学》专业题库——大气层中的气候变化规律考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不是气候系统中主要的自然强迫因素？A.太阳活动周期性变化B.火山喷发C.人类活动排放的温室气体D.地球轨道参数的长期变化2.导致全球变暖的主要人为强迫因素是？A.大气中二氧化碳浓度的增加B.平流层臭氧浓度的恢复C.水汽浓度的减少D.土地利用变化的减少3.水汽反馈被认为是增强温室效应最重要的正反馈机制之一，其含义是？A.温度升高导致水汽蒸发减少，大气保温能力下降B.温度升高导致水汽蒸发增加，大气保温能力增强C.水汽本身是主要的温室气体，其浓度变化直接影响地表温度D.水汽循环显著改变大气环流模式4.冰铝反馈（AlbedoFeedback）指的是？A.海洋变暖导致蒸发加剧，云量增加，反射率升高，进一步降温B.冰盖或雪地融化，暴露出darkersurface（较低反照率），吸收更多太阳辐射，导致更多融化C.温室气体浓度增加导致大气温度升高，进而加速冰雪融化D.大气中尘埃增加，遮蔽阳光，导致地表温度下降，冰盖扩大5.厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）现象中，暖位相（ElNiño）的主要特征是？A.东太平洋海面温度显著升高，信风增强B.东太平洋海面温度显著降低，信风减弱C.西太平洋海面温度升高，印度尼西亚干旱D.全球热带太平洋海面温度普遍升高6.全球气候模式（GCMs）在进行气候模拟时，其主要分辨率通常受限于？A.大气中温室气体的种类和数量B.计算机处理海量观测数据的速度C.模拟陆地表面植被类型的复杂性D.模拟水汽和冰晶在大气中的微物理过程7.气候变化导致的最显著的海平面上升机制是？A.格陵兰和南极冰盖的快速融化B.大气中水汽含量增加导致的海水体积膨胀C.土地沉降导致邻近海域的海水相对升高D.海洋环流模式发生根本性改变8.气候变暖对水文循环的主要影响之一是？A.全球降水量普遍减少B.干旱和半干旱地区蒸发加剧，加剧水资源短缺C.高纬度和高海拔地区永久冻土融化，短期内增加河流径流D.温带地区冬季降雪量普遍增加9.以下哪项观测证据最能支持人类活动是导致现代全球变暖的主要原因？A.过去百年地表温度上升与工业化以来化石燃料燃烧量增加的同步性B.大气中主要温室气体浓度与火山喷发活动的相关性C.重建的地质时期温度记录显示当前变暖速率异常D.温室气体在大气中的直接辐射强迫测量值10.《巴黎协定》的核心目标之一是？A.将全球平均气温上升幅度严格控制在1.5摄氏度以内B.到2050年实现全球温室气体排放的完全零增长C.所有发达国家承诺无条件提供气候资金援助D.全球各国制定并逐步提交国家自主贡献减排目标二、简答题（每题5分，共30分）1.简述温室效应的基本原理及其对地球气候系统的意义。2.气候系统存在哪些主要的正反馈和负反馈机制？请各举一例说明。3.简要解释什么是“全球变暖hiatus”现象，并探讨其主要原因。4.简述海气相互作用对全球气候系统的重要性，至少提及两种主要相互作用过程。5.什么是气候参考期（ClimateReferencePeriod）？选择它时通常需要考虑哪些因素？6.简述土地利用变化（如森林砍伐）可能对区域气候产生哪些影响。三、论述题（每题10分，共40分）1.论述人类活动对气候变化的主要贡献途径，并分析其中关键的物理和化学过程。2.结合气候系统的组成和主要反馈机制，论述为什么气候变化是一个复杂的、非线性的系统过程。3.当前科学界对气候变化的归因研究主要基于哪些观测证据和气候模型模拟结果？请简述其基本思路。4.阐述气候预测（特别是季节到年代际尺度预测）与气候模拟（长期预测）的主要区别、面临的挑战以及其应用价值。试卷答案一、选择题（每题2分，共20分）1.C2.A3.B4.B5.A6.D7.A8.B9.A10.D二、简答题（每题5分，共30分）1.温室效应的基本原理：地球表面吸收太阳短波辐射后升温，向空间发射长波辐射（红外线）。大气中的某些气体成分（温室气体，如CO2、水汽）能够吸收这些红外线，导致大气升温，并将部分热量向下辐射回地表，从而提升地表温度。这类似于温室玻璃的作用，故称温室效应。意义：温室效应是维持地球表面适宜生命生存温度的关键因素，如果没有温室效应，地球平均表面温度将远低于冰点。2.正反馈机制示例：水汽反馈。温度升高导致蒸发增加，大气中水汽含量增加，水汽是强效温室气体，进一步加剧温室效应，导致温度更高。负反馈机制示例：冰铝反馈。温度升高导致冰雪融化，暴露出darkersurface（较低反照率），吸收更多太阳辐射，导致温度进一步升高；反之，温度降低导致更多冰雪形成，反照率增加，反射更多辐射，使温度趋于降低。3.“全球变暖hiatus”现象：指的是在20世纪中后期全球平均气温上升速率明显减缓甚至出现短暂停滞的时期（主要指1998年至2014年左右）。主要原因：可能与大气环流模式的变异有关（如太平洋年代际振荡PDO进入冷位相），导致热量更多地储存在海洋深处；同时，可能也存在一些短期的人为强迫因素减弱（如某些年份的硫酸盐气溶胶排放增加或火山活动）或自然冷却因素（如拉尼娜事件频发）的叠加作用。4.海气相互作用重要性及过程：*过程1（热量交换）：太阳辐射加热海洋表面，海洋通过感热和潜热过程将热量传递给大气，影响大气温度和湿度，进而影响大气环流。*过程2（水分交换）：海洋蒸发提供大气水汽，水汽输送和凝结释放潜热，驱动大气环流，并通过水汽输送影响全球降水分布。*过程3（盐分与洋流）：海水蒸发减少盐分，降水增加盐分，改变海水密度，驱动海洋环流（如thermohalinecirculation），海洋环流又将热量输送到全球不同区域。5.气候参考期：指用于计算气候平均值（如平均气温、降水量等）的特定时间段。选择因素：通常选择一个能代表“正常”或“基准”气候状态的时期，该时期应相对远离重大的、非自然的气候变化事件（如工业革命前的时期、或某个太阳活动较稳定的时期），长度通常为连续的十年或数十年（如常用的1961-1990年或1981-2010年）。6.土地利用变化对区域气候的影响：*改变地表反照率：森林砍伐（反照率降低）使地表吸收更多太阳辐射，可能导致局部增温；城市扩张（反照率降低，且热岛效应）也会导致区域增温。*改变地表蒸散发：森林覆盖率高，蒸散发强，有助于冷却地表和大气；城市硬化地面蒸散发弱，加剧局地高温。*改变大气化学成分：森林砍伐减少碳汇，增加大气CO2浓度；城市排放的污染物（如NOx,SO2,气溶胶）可影响区域辐射平衡和空气质量，部分气溶胶有冷却效果。三、论述题（每题10分，共40分）1.人类活动对气候变化的主要贡献途径及过程：*燃烧化石燃料：释放大量二氧化碳（CO2）等温室气体。CO2分子能够吸收地球向外辐射的长波红外线，阻止热量散失到太空，导致大气和地表温度升高。这是一个涉及碳循环的化学过程，将地壳中储存的碳迅速释放到大气中。*工业生产过程：某些工业过程（如水泥生产、金属冶炼）会直接排放CO2。同时，一些化学过程会制造其他强效温室气体，如氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）等，这些气体分子稳定性极高，在大气中寿命长，温室效应潜能巨大。*农业活动：农业耕作（如稻田种植、土壤管理）会释放甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）。CH4是强效温室气体，其百年增温潜势远超CO2。N2O不仅是温室气体，还参与破坏平流层臭氧的过程。畜牧业产生的肠道发酵和粪便管理也是CH4的重要来源。*土地利用变化：森林砍伐和土地利用变化改变了地表的反照率、蒸散发特性以及碳储存能力。这不仅直接改变了能量平衡，还打破了碳循环的平衡，减少了地球的自然碳汇，使大气中CO2浓度升高。这些途径共同作用，导致大气中温室气体浓度显著增加，改变了地球的能量平衡，从而引发全球变暖及其带来的各种气候系统变化。2.气候变化系统的复杂性、非线性及其原因：气候系统由大气、海洋、陆地表面、冰雪圈和生物圈组成，这些圈层通过复杂的相互作用和能量、物质交换紧密耦合。系统的复杂性源于：1）组成要素众多且各具特色；2）相互作用途径多样且相互关联；3）存在大量的反馈机制（正反馈和负反馈）。系统的非线性意味着其响应输出与输入驱动之间不是简单的线性比例关系。这主要是由以下几点造成的：1）阈值效应（TippingPoints）：当某个驱动因素达到某个临界阈值时，系统可能会发生突然的、剧烈的、不可逆转的变化（如格陵兰冰盖融化失控、亚马孙雨林崩溃）。2）反馈机制的强化：某些反馈（如冰铝反馈、水汽反馈）会随着气候变化而自我增强，导致变暖趋势加速。3）多重耦合与共振：不同圈层之间的相互作用可能产生共振效应，放大气候变化的影响。4）空间异质性和时间滞后：不同地区的响应时间和幅度不同，局地扰动可能通过大气和海洋环流放大为全球信号，或产生复杂的时空格局。因此，气候变化是一个典型的复杂非线性系统，其行为难以简单预测，充满不确定性。3.气候变化归因研究的主要依据和思路：气候变化归因研究旨在区分自然气候变化因素和人为强迫因素对观测到的气候变暖及其特征（如极端事件）的贡献。主要依据和思路包括：*观测证据分析：收集并分析长时间序列的气候观测数据，如全球地表和海洋温度、大气成分（温室气体浓度）、海冰、积雪、降水等。这些数据展示了显著的变暖趋势和其他相关变化。*气候模型模拟：利用全球气候模型（GCMs）进行模拟。核心思路是：a)模拟没有人为强迫（仅考虑自然强迫，如太阳变化、火山活动）的“控制实验”或“自然变率实验”，看能否重现观测到的气候变化趋势和特征；b)模拟包含历史人为强迫（如温室气体、气溶胶排放）的“历史模拟”，看模拟结果与观测数据的一致性如何；c)模拟未来不同排放情景下的“未来情景模拟”，评估人为因素的作用。如果仅有人为强迫的模拟能很好地重现观测到的变暖，而仅考虑自然的模拟则不能，则有力支持了人类活动是主要原因的结论。*统计诊断方法：应用统计方法分析观测数据和模型输出，量化不同因素（自然强迫、人为强迫）对气候变量变化（如温度趋势）的贡献比例。例如，通过归因分析确定特定时期内人类活动强迫贡献了多大的增温效应。*事件归因：针对特定的极端天气事件（如热浪、强降水），利用统计方法评估人类活动是否增加了该事件发生的概率或强度。例如，研究表明人类活动增暖显著增加了极端热浪的发生概率。通过综合运用上述证据和方法，科学界得出了高度一致的结论：人类活动是导致过去几十年全球气候变化的占主导地位的因素。4.气候预测与气候模拟的区别、挑战与应用价值：*区别：*气候模拟（ClimateModeling）：主要关注基于物理定律的气候系统动力学过程，模拟气候系统的演变。通常使用复杂的全球气候模型（GCMs）或区域气候模型（RCMs），目的是理解气候机制、评估过去和现在的气候变化归因、预测未来气候情景。模拟的是“可能”的气候状态，包含自然和人为强迫。*气候预测（ClimatePrediction）：主要关注利用现有气候状态和模式，对气候系统在较短期（季节、年际、年代际，有时可达数十年）内的行为进行“确定性”或“概率性”的预报。它通常使用模式作为工具，结合实时观测数据（如海温、大气环流指数），通过数据同化等技术来改进预报技巧。预测的是“未来最可能”的气候状态。*挑战：*气候模拟：模式分辨率有限，无法完全捕捉小尺度过程；模式对某些过程（如云、冰冻圈）的物理过程参数化存在不确定性；需要处理巨大的计算量。*气候预