2025年大学《大气科学》专业题库- 大气环境中甲醛的气象特征

2025年大学《大气科学》专业题库——大气环境中甲醛的气象特征考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪种过程不是大气中甲醛的主要去除途径？A.OH自由基氧化B.光解作用C.湿沉降D.大气颗粒物的吸附2.在晴朗的午后，城市近地面甲醛浓度通常会出现峰值，这主要得益于：A.植物排放增加B.交通排放集中释放C.光解速率显著提高D.湿沉降增强3.下列哪种气象条件有利于甲醛通过干沉降过程被去除？A.高湿度、低风速B.低湿度、高风速C.高湿度、高风速D.低湿度、低风速4.温度升高通常会：A.降低甲醛的光解速率B.减少OH自由基的浓度C.增加植物对甲醛的吸收D.增加甲醛的光解速率和OH自由基的化学反应速率5.甲醛作为一种挥发性有机物（VOCs），其在大气中的寿命主要取决于：A.水汽浓度B.大气稳定度C.自身排放强度D.主要去除途径的效率6.与乡村地区相比，城市地区甲醛浓度通常较高的主要原因是：A.植被覆盖更广B.光照更强C.人为源排放（如交通、工业）占比较大D.湿沉降更有效7.甲醛参与光化学烟雾反应，其最终产物可能包括：A.O3、H2O2B.PANs、NO3自由基C.CO2、N2D.CH4、SO28.下列哪个过程主要消耗大气中的OH自由基？A.HCHO+OH→HO2+H2OB.CH4+OH→CH3+H2OC.CO+OH→CO2+HD.NO2+OH+M→NO+HO2+M9.在进行甲醛通量观测时，通常需要测量哪些气象参数？A.温度、湿度、风速、气压B.太阳辐射、降水、云量C.A和B都是D.风向、混合层高度10.甲醛在大气化学中一个重要的间接影响是：A.直接导致酸雨B.增强对流层臭氧的生成C.降低大气能见度D.促进甲烷的氧化二、填空题（每空1分，共15分）1.大气中甲醛的主要自然源包括______排放和______的前体物分解。2.甲醛在大气中主要的去除过程是______和______。3.温度升高会______甲醛的光解速率，从而使其在大气中的寿命______。4.湿沉降对大气中甲醛的去除主要发生在______和______过程中。5.高空大气中甲醛的浓度通常______（高于/低于）近地面浓度，这主要与______有关。6.城市边界层高度通常______（高于/低于）乡村地区，这会影响甲醛的______和______。7.大气化学模型是模拟甲醛时空分布的重要工具，其模拟效果好坏很大程度上取决于对______、______和______等过程的准确刻画。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述影响城市地区甲醛浓度的关键气象因素及其作用机制。2.解释为什么甲醛的浓度通常在白天呈现峰值。3.简述大气中甲醛参与光化学过程的一个典型反应序列。4.与其他常见的挥发性有机物相比，描述甲醛在大气化学循环中的独特性。四、论述题（每题10分，共30分）1.论述温度和湿度对大气中甲醛化学转化过程（生成和去除）的综合影响。2.结合甲醛的来源、汇和气象敏感性，论述其在区域和全球大气环境问题（如空气质量、气候变化）中的潜在重要性。3.假设你所在的城市近期甲醛浓度持续偏高，请分析可能的主要驱动因素（气象条件、污染源变化等），并提出初步的解释或应对思路。试卷答案一、选择题1.D2.C3.B4.D5.D6.C7.B8.A9.C10.B二、填空题1.植物排放；氮氧化物（NOx）2.光解；化学反应（如与OH自由基）3.提高；缩短4.干沉降；湿沉降5.低于；大气混合层高度6.低于；垂直扩散；水平传输7.源排放；化学反应（过程）；去除（汇）三、简答题1.解析思路：分析气象因素如何影响甲醛的生成、传输和去除。*温度：影响化学反应速率（包括生成和去除），如OH浓度、光解速率。温度高，反应快，去除快，但某些源（如植物排放）也可能增强。*湿度：影响OH自由基浓度（水汽消耗OH），影响湿沉降效率。高湿度通常降低OH浓度，减慢去除；但湿沉降是重要去除途径。*风速与混合层高度：影响水平传输和稀释。风速大，混合层高，有利于水平传输和稀释，降低近地面浓度；反之则导致浓度累积。*光照：是光解去除甲醛的主要驱动力。晴朗、光照强时，去除快，浓度相对较低。*降水：通过干湿沉降去除甲醛。降水能有效清除大气中的甲醛，尤其湿沉降贡献较大。*综合：这些因素共同作用，决定了城市地区甲醛浓度的时空变化特征。2.解析思路：重点解释日变化规律与气象条件的关联。*光解主导：甲醛最主要的去除途径是光解，而光解作用在白天，特别是午后最强（光照最强）。*化学反应：白天温度较高，OH自由基浓度通常也较高（受光化学过程影响），加速甲醛的化学去除。*源强变化：虽然植物排放可能存在日变化，但在晴朗午后，光解和化学反应的快速去除往往超过了源排放的增加，导致净结果是浓度升高。*总结：因此，白天强烈的紫外线（光解）和较高的化学反应活性（OH等）是导致甲醛浓度在白天出现峰值的主要原因。3.解析思路：描述甲醛参与的典型链式反应。*起始步骤：甲醛（HCHO）吸收光子（或与OH自由基反应）生成甲醛自由基（HCO•）。*HCHO+hν→HCO•+H*或HCHO+OH→HCO•+H2O*链式反应：生成的甲醛自由基参与后续反应，例如：*HCO•+O2→HO2+CO*HO2+HO2+M→H2O2+O2+M（M为稳定分子，用于能量耗散）*重要产物：该反应序列产生了过氧自由基（HO2）和高活性氧化剂（如过氧化氢H2O2），这些物质可以进一步参与光化学烟雾的生成过程，例如：*HO2+NO→NO2+OH*NO2+HO2→NO3+H*NO3+接触面/其他物质→硝酸盐（如PANs、硝酸）*总结：甲醛通过光解或与OH反应起始，引发包含自由基（HCO•,HO2）的链式反应，最终影响大气中OH、HO2、NO3等活性物种的浓度，并生成PANs、硝酸等二次污染物。4.解析思路：比较甲醛与其他VOCs的特性。*来源独特性：甲醛不仅是人为源（工业、交通、生物质燃烧）的重要排放物，更是植物光合作用和呼吸作用的正常产物，其自然源非常显著，这是许多其他工业VOCs（如VOCs中的卤代烃）所不具备的。*反应活性：相对于一些饱和或含卤素的VOCs，甲醛的化学活性较高，光解是其主要的去除途径，反应速率相对较快。*氧化能力：甲醛是大气中OH自由基的重要消耗者（HCHO+OH→HO2+H2O），这使其在区域光化学过程中扮演着独特角色，既参与污染物的生成（如PANs），也影响OH自由基的浓度，进而影响其他VOCs的转化。*汇的多样性：甲醛的去除不仅依赖大气化学过程，也受到湿沉降和土壤吸收等多种汇过程的影响，其中土壤吸收是一个比较特殊的汇。*总结：甲醛的独特性在于其兼具自然源和人为源、较高的光化学反应活性、作为OH消耗者的关键作用以及受多种去除过程影响的复杂大气行为。四、论述题1.解析思路：分别论述温度和湿度对甲醛生成、去除各环节的影响，并强调其综合效应。*温度影响：*源：植物排放通量通常随温度升高而增加（光依赖性排放和热依赖性排放）。工业排放速率也可能受温度影响。*去除：温度升高显著提高甲醛的光解速率（与光照强度和量子效率相关）。同时，温度升高通常导致大气中OH自由基浓度增加（光解和均相反应速率加快），进一步加速甲醛的化学氧化去除。其他反应速率（如与NO3反应）也可能加快。*综合：温度升高对甲醛去除的促进作用（光解、化学反应）通常强于对源排放的促进作用（尤其对于人为源），因此总体上温度升高倾向于降低甲醛的寿命，使其浓度在给定排放和气象条件下可能下降。但需考虑不同温度区间下源汇响应的复杂性。*湿度影响：*去除：湿沉降是甲醛的重要去除途径。湿沉降效率受水汽含量和降水过程影响。高湿度本身不直接去除甲醛，但可能导致大气中水溶性物质增加，间接影响某些气溶胶-气体相互作用。更关键的是，高湿度通常与较低的OH自由基浓度相关（水汽竞争消耗OH），这会减慢甲醛的化学去除速率。降水过程则能直接清除大气中的甲醛。*源：湿度对甲醛源的影响相对较小，但极端湿度变化可能间接影响植被排放。*综合：高湿度主要通过降低OH浓度来减缓甲醛的化学去除，同时降水提供了湿沉降去除的机会。低湿度则有利于OH氧化，加速去除。湿度的综合影响取决于具体的降水频率、强度以及水汽含量对OH浓度和化学反应活性的具体调制作用。通常认为，在没有有效降水的情况下，高湿度不利于甲醛去除（因其减缓了化学过程）。*综合效应：温度和湿度对甲醛大气行为的综合影响是复杂的。例如，在晴朗高温但干燥的天气下，甲醛的去除速率可能很快（强光解、高OH）；而在温暖潮湿但少雨的天气下，去除速率可能较慢（强光解、高湿度导致低OH）。降水能有效清除甲醛，其影响不完全是湿度本身，而是降水事件本身。需要结合具体气象条件综合判断。2.解析思路：从甲醛的物理化学性质、源汇特征、气象敏感性出发，论证其环境重要性。*空气质量影响：*光化学烟雾关键组分：甲醛是典型的挥发性有机物（VOCs），是形成臭氧（O3）等二次污染物的重要前体物。它参与光化学反应，生成PANs、硝酸等二次有机气溶胶（SOA），这些物质是造成大气能见度下降（雾霾）和酸雨的关键成分。*健康风险：甲醛本身是已知的人体健康危害物，长期或高浓度暴露可引起呼吸道疾病、眼睛刺激和潜在致癌风险。作为空气污染物，其浓度超标直接影响居民健康。*区域大气化学循环影响：*OH消耗者：甲醛在大气中消耗OH自由基，OH是大气中最重要的氧化剂。甲醛浓度升高会降低OH浓度，这会“抑制”大气中其他污染物的（特别是CO、NOx、VOCs自身）去除速率，可能导致污染物累积，放大区域空气质量问题。*区域传输：甲醛具有较高的挥发性，可以发生区域传输，其浓度分布不仅受局地排放影响，也受区域气象条件（风场、混合层高度、降水）的调控。因此，它是衡量区域大气环境质量的重要指标之一。*气候变化潜在联系：*与生态系统反馈：气温升高可能改变甲醛的源（植物排放）和汇（化学反应、沉降）的强度和区域分布，进而影响区域大气化学循环和空气质量。例如，升温可能加剧光化学污染，并通过改变地表排放影响生态系统碳循环。*与其他温室气体/污染物相互作用：甲醛参与的化学过程可能影响其他温室气体（如N2O）或短寿命气候污染物（如PANs）的浓度，间接影响气候系统。*总结：甲醛不仅是影响局部和区域空气质量（O3、SOA、健康）的关键VOCs前体物，更通过消耗OH自由基深刻影响着区域大气化学循环的速率和效率，并可能通过与其他环境要素（温度、植被、气候变化）的相互作用，扮演着超出其本身浓度的更广泛的环境角色。3.解析思路：基于甲醛的气象敏感性，构建一个分析框架，识别潜在驱动因素并提出解释。*分析框架：需要考虑甲醛的源、汇以及气象条件的变化。*驱动因素分析：*气象条件变化：*近期是否出现异常天气？如持续晴朗高温、低风速、混合层高度较低、降水偏少？这些条件会抑制甲醛的去除（光解减弱、扩散稀释能力下降、湿沉降减少），导致浓度累积。*风场变化：是否有持续的不利风场（如静稳天气、风从高污染区域吹来），导致本地污染源排放的甲醛难以扩散？*混合层高度：混合层高度是否偏低？这会限制甲醛的垂直扩散，导致近地面浓度升高。*源排放变化：*本地污染源强度是否增加？