2025年大学《大气科学》专业题库- 大气光学性质研究及应用前景展望

2025年大学《大气科学》专业题库——大气光学性质研究及应用前景展望考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在题干后的括号内，每题2分，共20分）1.下列哪一项不是大气光学性质的主要构成要素？A.大气气溶胶B.大气水汽C.大气中的惰性气体D.大气中的气体分子2.根据比尔-朗伯定律，当光通过均匀介质时，介质对光的吸收与下列哪个因素成正比？A.入射光强度B.介质厚度C.入射光波长D.A和B3.能够使光束传播方向发生改变，但光能沿原路径返回的现象称为？A.反射B.吸收C.散射D.透射4.在大气光学中，用来表征大气消光能力的物理量是？A.反照率B.消光系数C.散射相函数D.光学厚度5.测量大气能见度常用的仪器是？A.太阳光度计B.天空辐射计C.激光雷达D.红外气体分析仪6.以下哪种气溶胶类型通常具有较大的消光效率？A.海盐气溶胶B.硫酸盐气溶胶C.黑碳气溶胶D.生物质燃烧气溶胶7.卫星遥感反演大气光学参数的主要依据是？A.地面观测数据B.大气辐射传输规律C.气象预报信息D.模型模拟结果8.大气反照率是指？A.大气对太阳辐射的吸收比例B.大气对太阳辐射的散射比例C.地表反射回大气的太阳辐射比例D.地表吸收的太阳辐射比例9.光学相函数描述的是？A.大气中光的强度变化B.大气中光的传播距离C.散射光的几何分布特征D.大气对光的吸收程度10.目前，研究气溶胶对气候系统影响的主要手段之一是？A.仅依靠地面观测B.仅依靠卫星遥感C.大气化学传输模型模拟D.人工气候实验二、填空题（请将正确答案填在题干横线上，每空2分，共20分）1.大气辐射传输模型是研究大气中______与______相互作用的强大工具。2.散射是光与大气中的______或______相互作用的结果。3.影响气溶胶光学性质的主要因素包括其______、______和形状。4.云的反照率通常比晴空大气______，因为它能反射大部分太阳辐射。5.激光雷达利用______的原理来探测大气中的气溶胶或气体分布。6.大气光学性质的研究对于______和______等领域具有重要意义。7.人工智能技术在分析复杂大气光学现象，如______的光学特性方面展现出巨大潜力。8.估算太阳能资源时，需要考虑大气中的______和______对太阳辐射的削弱作用。9.研究极端沙尘暴事件中的大气光学过程，有助于提高对______的预警能力。10.未来大气光学性质研究的前沿方向之一是深入理解______的相互作用机制。三、名词解释（请给出下列名词的中文全称及其核心含义，每题3分，共15分）1.消光系数2.单次散射反照率3.散射相函数4.光学厚度5.AOD（气溶胶光学厚度）四、简答题（请简要回答下列问题，每题5分，共20分）1.简述大气辐射传输过程中主要的物理过程。2.简述影响大气能见度的关键光学因素及其作用。3.简述卫星遥感反演大气光学参数（如AOD）的基本原理。4.简述大气光学性质研究在环境监测方面的主要应用。五、论述题（请围绕下列主题展开论述，每题10分，共20分）1.论述大气气溶胶光学性质研究面临的挑战及其应对策略。2.论述理解云的光学性质对于改进气候模型的重要性。---试卷答案一、选择题1.C2.D3.C4.B5.A6.C7.B8.C9.C10.C二、填空题1.太阳辐射，大气参数2.气溶胶，气体分子3.化学成分，粒径分布4.高5.光束反射（或相干背向散射）6.气象预报，环境监测7.气溶胶（或沙尘）8.气溶胶，云9.空气质量（或沙尘天气）10.气溶胶-云-辐射（或气溶胶-云-气候）三、名词解释1.消光系数：表征大气介质（气体、气溶胶、云等）吸收和散射辐射总能力的物理量，单位是米^-1，它决定了光束通过大气层时的衰减程度。*解析思路：题目要求定义核心概念。消光系数是大气光学中描述介质削弱辐射能力的基本参数，它包含了吸收和散射两部分。解释其物理意义（总削弱能力）和单位是关键。2.单次散射反照率：指单位质量或单位体积的大气粒子在一次散射过程中向各方向散射出去的能量与入射到粒子上的总能量之比。*解析思路：定义散射相关概念。单次散射反照率专门描述散射过程，区分于总反照率（考虑多次散射）。明确其计算对象（单个粒子）、过程（一次散射）和能量关系（散射能量/入射能量）。3.散射相函数：描述单位质量或单位体积的散射粒子在一次散射过程中，向不同方向散射出去的能量在各个方向上的相对分布情况的函数。*解析思路：定义描述散射空间分布的术语。散射相函数的核心在于描述“方向分布”，即散射光是如何向四周散开的，通常用参数化函数（如Henyey-Greenstein函数）来表示。4.光学厚度：表征光通过大气层时被介质消光的总程度，定义为消光系数乘以路径长度。它是一个无量纲的量，表示光通过单位路径时减弱的倍数。*解析思路：定义描述辐射减弱程度的量。光学厚度是消光系数在特定路径上的累积效应，是无量纲的关键参数，直接关系到透射率。5.AOD（气溶胶光学厚度）：指大气中气溶胶粒子对太阳辐射的消光效应所引起的光学厚度，它反映了大气气溶胶的浓度水平，是衡量空气质量的重要指标之一。*解析思路：定义特定应用场景下的光学厚度。AOD是光学厚度概念在气溶胶研究中的具体应用，强调其与气溶胶浓度和空气质量的关系。四、简答题1.简述大气辐射传输过程中主要的物理过程。*解析思路：列举辐射在大气中传输时发生的物理行为。主要包括：太阳辐射的吸收（由大气中的气体分子、气溶胶和云层吸收）、散射（光束方向改变，包括瑞利散射、米氏散射和非选择性散射）、透射（光穿过介质）以及辐射的发射（如地球表面和大气自身发射红外辐射）。2.简述影响大气能见度的关键光学因素及其作用。*解析思路：识别影响能见度的核心光学参数并说明其作用。关键因素包括：气溶胶粒子（如灰尘、烟雾、污染物）的浓度和粒径，它们通过散射和吸收削弱前方目标物的视线；气溶胶的消光系数，直接决定了光在空气中传播的衰减程度；以及水汽及其形成的雾、霾，同样具有强烈的吸收和散射能力，显著降低能见度。3.简述卫星遥感反演大气光学参数（如AOD）的基本原理。*解析思路：描述利用卫星观测数据获取地面参数的基本逻辑。基本原理是利用卫星传感器测量到达地面的太阳辐射（或反射辐射），结合大气辐射传输模型和已知的太阳天顶角、方位角等信息，反演出大气层（特别是近地面层）的消光特性，即AOD。其核心依据是大气辐射传输定律，通过测量不同波段、不同角度的辐射信号差异来推算消光系数。4.简述大气光学性质研究在环境监测方面的主要应用。*解析思路：列举大气光学性质在环境领域的具体用途。主要应用包括：通过监测气溶胶光学厚度（AOD）评估区域和全球空气质量，识别重污染区域；利用光学方法（如激光雷达）监测沙尘暴的强度、范围和移动路径，进行预警；通过分析大气窗口附近的气体吸收光谱，监测温室气体（如CO2,CH4）的浓度变化；结合能见度观测，分析污染物扩散条件。五、论述题1.论述大气气溶胶光学性质研究面临的挑战及其应对策略。*解析思路：分析该领域研究的难点并提出解决方案。挑战主要包括：气溶胶种类繁多、形态复杂、化学成分多变，导致其光学性质高度可变，难以建立普适性模型；气溶胶的时空分布不均匀，尤其在区域和全球尺度上，给观测和模拟带来困难；现有观测手段在精度、分辨率、覆盖范围等方面仍有局限；气溶胶与其他大气成分（云、气体）的复杂相互作用（如成核、气溶胶-云相互影响）机制尚未完全明确。应对策略则涉及：发展更先进的观测技术（如多角度、高光谱、激光雷达网络）；改进气溶胶模型，考虑更复杂的物理化学过程和多尺度特性；加强多平台、多手段的协同观测；利用人工智能等技术处理海量观测数据；开展更多实验室和野外实验研究。2.论述理解云的光学性质对于改进气候模型的重要性。*解析思路：阐述云光学特性在气候变化研究中的关键作用。理解云的光学性质至关重要，因为云通过其强烈的反射（反照率效应）和散射（改变辐射路径）