2025年大学《大气科学》专业题库- 大气科学与能源利用

2025年大学《大气科学》专业题库——大气科学与能源利用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.大气中水汽含量最高、对流活动最强烈的层次是（）。A.对流层B.平流层C.中层大气D.热层2.地球表面接收到的太阳辐射中，波长最短的部分主要来自（）。A.直接的太阳辐射B.散射的太阳辐射C.大气逆辐射D.地面反射辐射3.以下哪种大气现象通常与不稳定大气层结和充足的水汽条件相关？（）A.惯性波动B.绝热冷却C.大气逆温D.对流性降水4.风能资源的分布主要受哪些地理和大气因素的共同影响？（请选择两个正确选项）A.地形地貌B.海陆分布C.大气环流模式D.大气污染物浓度5.影响太阳能光伏发电效率的关键大气因素是（）。A.大气透明度B.相对湿度C.大气压力D.风速6.大气污染物（如SO₂、NOx）通过大气化学反应生成的二次污染物是（）。A.COB.PM2.5C.O₃（地面臭氧）D.CH₄7.全球气候变化导致冰川融化加速，对区域水资源和能源系统可能产生哪些影响？（请选择两个正确选项）A.增加水电出力潜力B.引发水资源短缺风险C.降低太阳能资源利用率D.增加风能资源丰富度8.利用气象雷达和卫星资料进行风能资源评估，主要关注哪些气象要素？（请选择两个正确选项）A.风速和风向的时空分布B.云层覆盖率和类型C.大气温度垂直结构D.地面气压场9.空气质量预报对于能源系统的运行管理，特别是在火电发电和交通调度方面，具有什么重要意义？（）A.指导发电机组启停和负荷分配B.预警空气重污染，促使能源结构转型C.评估污染物对设备腐蚀的影响D.决定可再生能源发电配额10.大气科学在制定碳达峰、碳中和相关的能源政策中，可以提供哪些方面的科学支撑？（请选择两个正确选项）A.评估不同能源结构对大气成分的影响B.预测气候变化对能源需求的长期变化C.模拟碳捕集技术的大气释放效果D.提供可再生能源发电成本的精确估算二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.大气辐射平衡是指地球大气系统接收的________与向外放出的________之间的差额接近于零的状态。2.风能资源的评估通常使用________和________两个关键指标。3.太阳能辐射到达地表后，一部分被地面吸收，另一部分被大气吸收或________。4.光化学烟雾的主要成因是汽车尾气等排放的________和________在阳光作用下发生光化学反应。5.大气科学通过________和________等技术，为可再生能源的规划和优化运行提供支持。6.气候变化导致的极端天气事件（如热浪、暴雨）对能源系统的________和________构成威胁。7.大气中的水汽通过对流和________两种主要方式输送水分。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述大气环流对全球风能资源分布的影响。2.阐述大气污染物（以PM2.5为例）的主要来源及其在大气中的传输过程。3.说明气候变化如何影响太阳能资源的可利用性。四、计算题（6分）假设某地接收到的太阳直接辐射强度为800W/m²，大气透明度为0.7。请计算到达地面的太阳散射辐射强度（假设散射辐射占总辐射损失的60%）。五、论述题（13分）论述大气科学知识在制定可再生能源发展规划中的作用，并结合实例说明大气科学如何帮助提高可再生能源发电的稳定性和经济性。试卷答案一、选择题1.A解析：对流层是大气最底层，气温随高度增加而降低，水汽含量丰富，对流活动强烈，是天气现象发生的主要场所。2.A解析：太阳辐射经过大气层时，短波辐射（如紫外线、可见光）大部分能穿透到达地面，而长波辐射（如红外线）则易被大气吸收。3.D解析：不稳定大气层结意味着气温随高度升高而降低得更快，这种条件有利于空气垂直运动发展，形成对流性降水。4.ABC解析：风能资源分布受地形（如山口、海岸线）影响，受海陆分布影响形成的温差驱动的大气环流影响，也受全球和区域大气环流模式影响。大气污染物浓度主要影响空气质量，而非风能资源本身。5.A解析：大气透明度越高，到达光伏板的光线越强，发电效率越高。云层、气溶胶、水汽等都会降低大气透明度。6.C解析：PM2.5是指直径小于等于2.5微米的颗粒物，主要来自一次排放（如扬尘、燃烧）和二氧化硫、氮氧化物等气体在大气中转化形成二次颗粒物。7.AB解析：冰川融化初期可能增加下游水量，提升水电出力；但长期来看，冰川退缩会导致水源枯竭，引发水资源短缺。气候变化导致全球变暖，理论上可能增加大气湿度，但不一定直接降低太阳能利用率，且极端天气可能影响太阳能设施。8.AB解析：风能资源评估的核心是获取风场信息，即风速和风向的时空分布。雷达和卫星能提供大范围的风场观测数据。云层影响辐射，温度结构影响大气稳定性和风切变，不是评估风能资源的主要直接要素。9.A解析：空气质量预报可以提前预警污染，指导火电厂调整燃料使用、降低负荷或暂时停产，优化发电计划，减少污染物排放。交通调度也可根据空气质量采取限行等措施。10.AB解析：大气科学可以量化评估不同能源结构（如燃煤、风电、太阳能）对大气污染物排放和温室气体浓度的贡献。通过气候模型可以预测气候变化对能源需求（如供暖、制冷）的影响。二、填空题1.太阳辐射；大气辐射解析：辐射平衡是能量输入与输出的平衡，输入主要是太阳辐射，输出主要是大气系统向外太空放出的红外辐射（大气辐射）。2.风速；风能密度解析：风速是衡量风强弱的指标，风能密度是单位面积上风所具有的能量，两者是评估风能潜力的关键物理量。3.散射解析：到达地面的太阳辐射包括直射辐射和散射辐射。直射辐射被吸收，散射辐射被大气中的气体和粒子散射后到达地面。4.NOx；VOCs解析：氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）是光化学烟雾形成的主要前体物，在阳光作用下发生复杂化学反应生成臭氧等二次污染物。5.气象观测；气象预报解析：准确的气象观测是评估和利用可再生能源的基础，而可靠的气象预报则有助于优化可再生能源发电的调度和管理。6.可靠性；安全性解析：极端天气事件可能导致发电设备损坏、输电线路中断，影响能源供应的稳定性和安全。7.输送三、简答题1.解析：全球大气环流形成了不同的风带和气压带，如信风带、西风带等。在中高纬度地区，西风带提供了稳定而强劲的盛行风，是重要的风能资源区。地形，如山脉通道（山口）、海岸线等地形强迫也会显著改变气流，形成局地强风区。赤道附近由于上升气流旺盛，地面风较小。极地地区则风力较弱。因此，大气环流模式决定了全球风能资源的宏观分布格局。2.解析：PM2.5的主要来源包括自然源（如沙尘暴、火山喷发）和人为源。人为源主要来自化石燃料燃烧（特别是燃煤电厂、工业锅炉、机动车尾气）、工业生产过程、建筑施工扬尘、垃圾焚烧等。这些排放源释放的气态前体物（如SO₂、NOx、氨、挥发性有机物）在大气中经过光化学反应等物理化学过程，转化为细颗粒物。这些颗粒物或直接沉降，或在输送过程中进一步转化、聚集，通过干沉降或湿沉降过程从大气中去除。长距离传输是造成区域甚至跨国PM2.5污染的重要原因。3.解析：气候变化导致全球平均气温升高，可能改变大气环流模式，进而影响风向和风速，可能改变某些地区的降水模式，影响云量和日照时数。例如，全球变暖可能导致副热带高压增强、位置偏移，改变台风路径和强度，影响近海和沿海地区的风能资源。气温升高也可能增加大气水汽含量，导致云量增多，从而减少到达地面的太阳辐射，降低太阳能发电潜力。极端天气事件（如热浪、沙尘暴）的增多也可能短期内严重影响太阳能设施的正常运行。因此，气候变化对太阳能资源的可利用性具有复杂的多方面影响。四、计算题解析：1.计算到达地面的太阳散射辐射强度。总辐射损失（未被地面吸收的部分）=直接辐射×(1-透明度)=800W/m²×(1-0.7)=240W/m²。2.散射辐射强度=总辐射损失×散射辐射占比=240W/m²×60%=144W/m²。答案：到达地面的太阳散射辐射强度为144W/m²。五、论述题解析：大气科学在可再生能源发展规划中扮演着关键角色。首先，通过长期的气象观测和气候分析，可以评估特定区域的风能、太阳能、水能等不同可再生能源资源的潜力、分布特征及其时空变化规律，为可再生能源的选址和布局提供科学依据。其次，高精度的短期和中期气象预报（如风速、风向预报、辐射预报）对于优化可再生能源发电功率预测、提高电网对间歇性可再生能源的接纳能力至关重要。例如，准确的风电功率预测有助于电网调度员合理安排火电或储能设施的运行，避免因风电波动导致的供需失衡。同样，准确的太阳能辐照预