2025年大学《大气科学》专业题库- 大气地表反射率与气象条件

2025年大学《大气科学》专业题库——大气地表反射率与气象条件考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。在每小题列出的四个选项中，只有一项是最符合题目要求的。请将正确选项字母填在题后的括号内。）1.下列哪一项不属于影响地表反射率的主要物理因素？A.地表颜色B.地表粗糙度C.大气水汽含量D.植被覆盖类型2.通常情况下，下列哪种地表类型的反照率（Albedo）最高？A.深绿色茂密森林B.裸露的深色土壤C.永久性冰雪覆盖区D.湿润的沙地3.太阳高度角增大时，地表反射率通常会发生什么变化？A.显著增大B.显著减小C.保持不变D.先增大后减小4.云层对地表反射率的主要影响机制是？A.直接改变地表自身的反射特性B.增强地表对太阳辐射的吸收C.在地表与太阳之间形成障碍，减少到达地面的直接辐射D.降低地表温度，从而改变其发射率5.“暗像元法”（DarkObjectSubtraction,DOS）通常用于遥感反演哪类地表类型的反射率？A.永久性冰雪B.混合植被覆盖地C.裸土裸岩D.城市建筑区6.降水（降雨或降雪）通常会怎样影响地表的瞬时反射率？A.增加地表湿润，反射率普遍升高B.使地表颜色变深，反射率普遍降低C.对平滑表面的反射率影响不大，对粗糙表面影响显著D.减少大气中的悬浮粒子，使地表反射率更接近其固有值7.地表反射率是地表能量平衡中哪个关键过程的关键参数？A.地表蒸发B.地表辐射冷却C.地表感热通量D.地表水分蒸发潜热8.在遥感影像上，高反射率地物通常表现为？A.暗色像素B.亮色像素C.灰度值中等像素D.无明显颜色特征像素9.城市地区的地表反射率通常比周边自然植被覆盖区如何？A.显著更高B.显著更低C.高低取决于具体下垫面类型D.基本一致10.地表反射率的变化是气候模型中需要精确参数化的重要环节，主要是因为它直接影响？A.大气的垂直温度结构B.地表与大气之间的感热交换C.地表与大气之间的辐射能量交换D.大气环流模式二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在横线上。）1.地表反射率是指到达地表的太阳辐射中被地表________的部分与总入射辐射之比。2.影响植被冠层反射率的主要因素除了绿度外，还包括________和叶面积指数（LAI）。3.当太阳高度角从太阳高度角从15°增大到75°时，相同地表的反射率通常会________（填“增大”或“减小”）。4.云量增加会导致到达地面的________辐射减少，从而可能降低某些地表的净辐射收入。5.裸土的反射率通常具有明显的________特征，即随着土壤湿度的增加而________（填“增强”或“减弱”）。6.在大气科学中，区分直接反射和________反射对于理解地表能量平衡至关重要。7.反演地表反射率的主要方法包括传感器直接测量、利用反演模型（如________法）以及结合其他遥感数据。8.城市热岛效应的形成与城市下垫面低反射率（高吸收率）以及高热量吸收和释放能力密切相关。9.地表反射率与地表温度之间存在复杂的相互作用，通常表现为冷地表反射率________（填“较高”或“较低”），暖地表反射率________（填“较高”或“较低”）。10.遥感技术是获取大范围、时序地表反射率信息的重要手段，对于________和气候变化研究具有重要意义。三、名词解释（每小题4分，共16分。请给出每个名词的definição简洁、准确、完整的解释。）1.反照率(Albedo)2.植被指数(VegetationIndex)3.直接反射(DirectReflection)4.相对反射率(RelativeReflectance)四、简答题（每小题6分，共24分。请简要回答下列问题。）1.简述云量对地表反射率影响的两种主要机制。2.比较冰雪覆盖地表与裸土覆盖地表在反射率特性上的主要差异及其物理原因。3.解释为什么在遥感应用中，准确知道地表反射率对于区分不同地物类型至关重要。4.简述地表反射率变化如何影响区域或全球的能量平衡。五、论述题（每小题10分，共20分。请就下列问题展开论述。）1.详细论述气象条件（至少列举三种，如太阳高度角、云况、降水、风速等）如何共同影响非均匀地表（例如城市-植被混合区）的遥感反射特性。2.结合大气科学中能量平衡的概念，论述地表反射率参数化在区域气候模型和数值天气预报中的重要性及其面临的挑战。试卷答案一、选择题1.C2.C3.B4.C5.C6.D7.B8.B9.B10.C二、填空题1.反射2.冠层结构/叶绿素含量3.减小4.直接5.颜色/光谱特性，减弱6.散射7.暗像元法(或DOS)8.较低9.较高，较低10.地表参数反演三、名词解释1.反照率(Albedo):指到达地表的太阳辐射中，被地表反射的部分与总入射太阳辐射之比，通常用百分比或小数表示，是衡量地表反射太阳辐射能力的一个无量纲参数。2.植被指数(VegetationIndex):基于遥感器测量的特定波段（如红光、近红外）的反射率值计算出来的一个指数，用于量化地表植被的密度、绿度或生物量等信息。3.直接反射(DirectReflection):指入射太阳辐射未经大气散射，直接从地表表面反射回去的部分。4.相对反射率(RelativeReflectance):指地表某点的反射率与其自身固有反射率或某个参考标准（如同种地表在特定条件下的反射率）的比值，用于消除传感器本身特性、大气状况、太阳角度等变化对反射率测量结果的影响，更侧重于地表固有特性的比较。四、简答题1.简述云量对地表反射率影响的两种主要机制。*遮挡效应：云层位于地表与太阳之间，直接阻挡了部分到达地面的太阳辐射，减少了到达地表的入射能量，从而导致地表接收到的总辐射减少，整体上降低了地表的有效反射率。云越厚、云量越大，遮挡效应越强，到达地面的太阳辐射越少。*改变地表接收到的辐射光谱：云的存在改变了地表接收到的太阳辐射的光谱组成。例如，云层对短波辐射（可见光）的选择性吸收和散射可能使得某些波段到达地面的辐射减少，而散射作用也可能使部分散射光到达地面，这些变化都会影响地表在不同波段的反射特性。2.比较冰雪覆盖地表与裸土覆盖地表在反射率特性上的主要差异及其物理原因。*主要差异：冰雪覆盖地表的反照率通常远高于裸土覆盖地表。具体来说，新雪的反照率可达80%以上，而深色裸土的反照率通常在10%-30%之间。冰雪表面通常呈现亮白色，而裸土表面颜色较深。*物理原因：*材质与光学特性：冰雪的分子结构相对规则，对可见光有强烈的光学散射作用，尤其是对波长较短的蓝紫光散射更显著，使其呈现白色并具有很高的反射率。裸土的颜色主要由其中的矿物质、有机质及水分决定，深色物质（如氧化铁、有机质）吸收了大部分可见光，导致反射率较低。*表面状态：冰雪表面通常较为平滑，有利于镜面反射。即使粗糙，其整体散射能力也强。裸土表面可能含有沙粒、石块等，且湿度不均，导致反射特性更复杂，但整体吸收能力更强。3.解释为什么在遥感应用中，准确知道地表反射率对于区分不同地物类型至关重要。*遥感器测量的是地物反射的电磁波能量，通过分析不同地物在特定波段的反射率差异来识别其类型。如果不知道地表反射率，就无法区分是地物本身特性导致反射率不同，还是大气、光照、传感器等非地物因素造成的差异。准确的反射率信息是消除这些干扰因素、获得地物固有光学特性的关键。只有掌握了地物的真实反射率特征，才能建立可靠的分类模型，有效区分植被、水体、城市、土壤等不同地物类型，并实现对地物属性的精确量化。4.简述地表反射率变化如何影响区域或全球的能量平衡。*地表反射率直接影响到达地表的太阳辐射中，被反射回大气的部分与吸收到地面的部分的比例。反射率越高，进入大气的太阳辐射越多，地表吸收的太阳辐射越少，导致地表能量收入减少，地表温度倾向于降低；反之，反射率越低，进入大气的太阳辐射越少，地表吸收的太阳辐射越多，导致地表能量收入增加，地表温度倾向于升高。*这种能量收支的变化会通过地表与大气之间的感热和辐射交换传递，影响近地大气的温度结构、湿度状况和环流模式。在全球尺度上，不同区域（如冰雪覆盖区、裸地、植被覆盖区、城市区）反射率的差异是驱动行星能量平衡和气候变化的重要因素之一。例如，极地冰盖的融化导致反射率降低（雪地-裸地效应），会吸收更多太阳辐射，进一步加速融化，形成一个正反馈机制，对全球变暖有显著贡献。五、论述题1.详细论述气象条件（至少列举三种，如太阳高度角、云况、降水、风速等）如何共同影响非均匀地表（例如城市-植被混合区）的遥感反射特性。*在城市-植被混合区，地表由具有不同反射特性的城市表面（如建筑、道路、沥青）和植被表面（如草地、树木）混合组成。气象条件的变化会通过影响太阳辐射的输入、大气传输以及地表自身的状态，共同作用，改变该混合地表的遥感反射特性。*太阳高度角的影响：太阳高度角影响太阳辐射的路径长度和强度。在高太阳角下，辐射路径短，强度高，穿透大气影响小，但地表阴影面积小，所有地表类型（城市和植被）的平均反射率更容易被测量到，且城市高吸收表面温度更高，可能增加热红外发射，影响多光谱或高光谱数据的区分能力。在低太阳角下，辐射路径长，大气散射和吸收影响增强，同时地表阴影显著，导致有效观测面积减小，且城市表面的漫反射特性更易显现，使得城市和植被的反射率差异可能减弱。*云况的影响：云的存在和变化对混合地表反射率的影响复杂。厚云会显著减少到达地面的太阳辐射，使得整个区域的反射率普遍降低，并消除太阳角对反射率的影响。云的边缘或破碎云可能使部分区域受光照，另一部分处于阴影中，导致混合地表的反射率空间变异增大。不同类型的云（如高积云、层云）对太阳辐射的选择性吸收和散射也不同，会微妙地改变到达地面的太阳辐射光谱，进而影响对城市和植被的区分能力。*降水的影响：降水会显著改变地表和大气状况。降雨或降雪会清洗大气中的气溶胶，使大气透明度提高，但同时湿润或覆盖地表。对于城市表面，湿润的沥青或混凝土可能暂时增加其漫反射，但对于植被，雨水打湿叶片会改变冠层结构对光的散射和吸收，通常会使植被反射率（尤其是在近红外波段）降低，尤其是在叶片滴水的情况下。积雪则会使整个混合区域呈现高反射特性，极大地掩盖了城市表面的低反射特性。*风速的影响：风速主要影响大气传输质量和地表状况。大风会吹散大气中的污染物和气溶胶，提高大气透明度，但同时可能吹动地表沙尘，增加大气浑浊度，或改变植被冠层的结构（如叶片倾角），从而影响遥感反射。对于城市区域，强风可能扬起地面的灰尘，增加其反射率。风速还可能影响地表温度，进而影响热红外通道的反射率。*综合效应：这些气象因素并非独立作用，而是相互关联、动态变化。例如，阴天伴随降水可能使整个混合地表反射率显著降低。太阳角低时，云的阴影会使城市和植被的反射率差异更小。因此，在利用遥感数据反演城市-植被混合区参数时，必须考虑气象条件的影响，或发展能够融合气象信息的反演模型，才能获得准确可靠的结果。2.结合大气科学中能量平衡的概念，论述地表反射率参数化在区域气候模型和数值天气预报中的重要性及其面临的挑战。*重要性：地表能量平衡是大气科学研究的核心概念之一，它描述了地表吸收的太阳辐射、发射的长波辐射、与大气交换的感热和潜热通量之间的能量收支关系。地表反射率是能量平衡方程中的关键参数，它决定了有多少太阳辐射被地表吸收，直接影响地表的能量收入。吸收的太阳辐射一部分用于加热地表，另一部分通过感热和潜热输送给大气。地表发射的长波辐射（地球辐射）也受地表温度和发射率（与反射率间接相关）的影响。准确的地表反射率参数化对于区域气候模型（RCM）和数值天气预报（NWP）至关重要，因为它：*影响地表温度：反射率直接影响地表吸收的能量，进而决定了地表的升温或降温速率，特别是在晴朗无云的白天和晴朗无云的夜晚。*驱动感热和潜热通量：地表温度是地表与大气进行感热交换的驱动力。反射率影响地表温度，进而影响感热通量。潜热通量与地表湿度和植被蒸散发密切相关，而蒸散发又受地表能量平衡（包括吸收的太阳辐射）驱动。*影响大气边界层：地表能量平衡状态决定了近地大气的温度、湿度和湍流活动，进而影响大气边界层的结构和发展。*影响区域气候模拟：在RCM中，地表反射率是模拟地表与大气相互作用、产生局地气候特征（如降水、温度、风）的关键参数。例如，城市热岛效应、绿洲效应、冰雪反照率反馈等都依赖于准确的反射率参数化。*影响天气预报：在NWP中，地表参数（包括反射率）影