2025年大学《大气科学》专业题库- 大气科学中的生物-非生物因素分析

2025年大学《大气科学》专业题库——大气科学中的生物-非生物因素分析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填涂在答题卡相应位置。）1.下列哪一项是导致地球能量平衡和大气温度结构的主要非生物因素？A.大气中的水蒸气含量B.地球的自转C.地球表面的植被覆盖类型D.人类活动产生的污染物2.大气中二氧化碳浓度增加，主要会增强哪种辐射过程，从而导致全球变暖？A.太阳可见光到达地面的过程B.地面长波辐射向大气的逆辐射过程C.平流层臭氧吸收紫外线的过程D.大气中水蒸气凝结释放潜热的过程3.植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为有机物，这一过程对大气碳循环的主要影响是：A.直接减少大气中的温室气体浓度B.增加大气中的水蒸气含量C.导致大气氧浓度下降D.改变大气垂直温度分布4.蒸散发过程主要受哪些非生物因素的强烈影响？A.大气成分、土壤有机质含量B.太阳辐射、地表温度、空气湿度、风速C.植被类型、大气CO₂浓度、降水D.海拔高度、大气压力、地形坡度5.森林砍伐对区域气候可能产生的直接负面影响包括：A.增加区域降水B.降低区域蒸散发量C.增强区域局地热岛效应D.减少区域二氧化碳吸收能力6.生物源挥发性有机物（VOCs）在大气中可以通过光化学反应生成臭氧，这对空气质量的影响是：A.直接导致酸雨B.降低大气能见度，形成光化学烟雾C.增强大气对太阳紫外线的吸收D.减缓全球变暖进程7.碳循环中，海洋吸收大气中的二氧化碳主要通过哪些物理过程？A.植物光合作用B.大气对流混合C.海水蒸发和生物呼吸D.化学沉淀和海洋生物泵8.生态系统对大气变化的响应，例如森林反刍效应（受干旱胁迫导致释放更多CO₂），体现了：A.生物因素对非生物因素的直接反馈B.非生物因素对生物因素的直接反馈C.生物与非生物因素之间的双向耦合D.大气成分对大气成分的循环反馈9.全球变暖背景下，北极海冰融化对大气系统的主要影响之一是：A.增加大气中水蒸气含量B.减少对太阳辐射的反射，进一步加剧变暖（冰-铝反馈）C.直接降低大气温度D.减缓大气环流强度10.识别和评估生物因素与非生物因素在特定大气现象（如局地降水变化）中相对贡献和相互作用，主要体现了大气科学研究的哪种能力？A.定量计算能力B.概念记忆能力C.综合分析能力D.实验设计能力二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在答题卡相应位置。）1.温室气体能够吸收并重新辐射地球表面发出的长波辐射，导致部分能量被困在大气中，从而产生______效应，进而影响地球的能量平衡和表面温度。2.大气中的水循环（蒸发、凝结、降水、径流）与______循环（特别是水汽输送和降水过程）密切相关，并受到地表植被覆盖和土地利用变化的显著影响。3.植被通过______作用吸收大气中的二氧化碳，通过______作用释放二氧化碳，其净效应对大气碳平衡至关重要。4.生物排放的挥发性有机物（VOCs）和氮氧化物（NOx）在大气中经过光化学反应，可以生成具有强氧化性的______，并形成细颗粒物（PM2.5），严重影响空气质量。5.大气成分的长期变化，特别是______浓度的增加，是驱动当前全球变暖和气候系统变化的主要人为生物-非生物耦合因素之一。三、简答题（每小题5分，共15分。请将答案填写在答题卡相应位置。）1.简述大气辐射平衡的基本过程及其受到非生物因素的主要调节机制。2.阐述陆地生态系统（如森林）如何通过生物地球化学循环影响大气成分。3.描述一个具体的生物-非生物相互作用反馈机制，并说明其对大气系统状态的影响（可能起到稳定作用或加剧变化作用）。四、论述题（每小题10分，共20分。请将答案填写在答题卡相应位置。）1.分析人类活动如何通过改变生物因素（如土地利用、植被覆盖）和非生物因素（如大气污染物排放）来影响大气化学成分和空气质量，并讨论其潜在的协同效应。2.探讨大气科学中研究生物-非生物因素相互作用面临的主要挑战，并提出可能的科学研究方法或途径来应对这些挑战。试卷答案一、选择题1.B2.B3.A4.B5.C6.B7.B8.C9.B10.C二、填空题1.温室2.水3.光合；呼吸4.臭氧5.二氧化碳三、简答题1.简述大气辐射平衡的基本过程及其受到非生物因素的主要调节机制。答案：大气辐射平衡是指到达地面的太阳净辐射与大气系统向空间散发的红外辐射之差。基本过程包括：太阳短波辐射到达大气层顶；部分辐射被大气分子和气溶胶散射直接到达地面（大气散射），部分被吸收；地面吸收太阳辐射后升温，向大气发射长波辐射；大气中的水汽、二氧化碳等温室气体吸收地面长波辐射并向各方向再辐射，部分向上到达外层空间，部分向下到达地面（大气逆辐射）。主要调节机制：太阳辐射强度（受日地距离、太阳活动周期等非生物因素影响）；大气透明度（受云量、气溶胶、水汽等非生物因素影响）；地表反照率（受地表性质如植被、冰雪、城市等非生物因素影响）；温室气体浓度（影响大气吸收和发射长波辐射的能力）。解析思路：首先要明确大气辐射平衡的核心概念（输入-输出差）。然后按过程链条描述：太阳辐射输入（到达顶层、被散射、被吸收）->地面能量收支（吸收太阳辐射、发射长波辐射）->大气能量收支（吸收地面长波辐射、发射大气逆辐射、向空间发射辐射）。最后重点说明哪些非生物因素（太阳活动、云、气溶胶、地表性质、温室气体浓度）对这些过程和最终的平衡值有调节作用。2.阐述陆地生态系统如何通过生物地球化学循环影响大气成分。答案：陆地生态系统通过生物地球化学循环显著影响大气成分。最核心的是碳循环：植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳（CO₂），将其固定为有机物，同时释放氧气（O₂）；植物和所有生物通过呼吸作用释放二氧化碳；土壤微生物分解有机质也释放二氧化碳；燃烧化石燃料和生物质会释放大量二氧化碳。氮循环方面，植物吸收大气中的氮气（通过固氮作用）或土壤中的硝酸盐、铵盐，将其转化为生物可利用的氮素，这些氮素在植物体内，并通过食物链传递；反硝化作用等过程会将氮素返回大气，以氮气（N₂）形式存在。水循环方面，植被通过蒸腾作用将大气中的水蒸气（H₂O）释放回大气。这些循环过程使得生态系统成为大气中二氧化碳、氮气（部分）、水蒸气等物质的重要源或汇，其变化直接影响大气成分。解析思路：抓住陆地生态系统的核心功能——物质循环。重点围绕最关键的碳循环展开，说明植物如何吸收CO₂、释放O₂，以及呼吸作用等如何释放CO₂。同时提及氮循环（固氮、反硝化）和水分循环（蒸腾）对大气氮气、水蒸气的影响。强调生态系统在调节大气成分中的源汇作用。3.描述一个具体的生物-非生物相互作用反馈机制，并说明其对大气系统状态的影响。答案：一个具体的反馈机制是“植被覆盖率下降-地表反照率增加-局地气温升高-进一步抑制植被生长”的反馈。非生物因素：全球变暖导致区域干旱加剧（非生物干旱），或极端高温事件频发。生物因素：干旱或高温导致植被死亡或生长衰退，植被覆盖率下降。相互作用：植被减少导致地表裸露（如土壤、岩石），其反照率通常高于植被覆盖，对太阳辐射的反射增强。这减少了地表对太阳辐射的吸收，但可能导致土壤水分更快蒸发（非生物过程）。结果：地表吸收的太阳辐射减少，可能导致地表和近地层空气温度相对下降，但强烈的蒸散发可能加剧区域水分胁迫，长期看抑制了植被恢复（生物响应减弱）。这是一个可能起到稳定作用（通过增加反照率暂时减缓局地增温）或加剧变化作用（如果最终导致植被持续退化，反照率持续增加且蒸散发加剧）的复杂反馈，具体影响取决于多种因素的强度和相互作用细节。另一个例子是“CO₂浓度升高-植物光合速率增加（一定范围内）-生物碳汇增强-大气CO₂浓度进一步降低”的潜在负反馈。解析思路：选择一个明确的生物（植被）和非生物（气候变化、干旱、温度）因素组合。清晰地描述两者如何相互作用启动一个反馈循环（例如，非生物导致生物变化，生物变化又影响非生物条件，形成闭环）。分析这个闭环的最终效果，说明它可能如何使大气系统状态朝某个方向发展（加剧变化或减缓变化），并指出其复杂性和不确定性。四、论述题1.分析人类活动如何通过改变生物因素和非生物因素影响大气化学成分和空气质量，并讨论其潜在的协同效应。答案：人类活动通过多种途径改变大气成分和空气质量，涉及生物和非生物因素的共同作用。改变非生物因素方面：燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）和生物质释放大量二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、挥发性有机物（VOCs）和颗粒物（PM），直接增加大气污染物浓度。工业生产和农业活动排放含氟化合物（如CFCs，已受控）、氨（NH₃）等。改变生物因素方面：大规模土地利用变化，如森林砍伐减少了大气碳汇（吸收CO₂能力下降），而城市扩张和农业集约化可能改变地表蒸散发和局地环流模式。人类活动也通过改变大气成分间接影响生物过程，例如，CO₂浓度升高可能刺激某些植物生长（光合作用），但也可能改变植物气孔行为和挥发性有机物排放。协同效应体现在：NOx和VOCs在阳光下共同参与光化学反应，生成臭氧（O₃）和二次颗粒物，其生成速率可能受两者浓度协同控制，加剧空气污染；城市热岛效应（非生物，由人类活动引起）可能加剧近地面臭氧和颗粒物的形成；全球变暖（非生物，由人类活动引起）可能改变大气环流和水汽分布，影响污染物输送和转化区域；农业活动（生物，氨排放）与交通排放（非生物，NOx排放）共同作用，可能显著影响区域氨浓度和酸沉降。这些协同效应使得大气污染和气候变化问题更加复杂，其影响往往大于单一因素作用的叠加。解析思路：首先分别列举人类活动改变的主要非生物因素（污染物排放）和生物因素（土地利用变化、生物过程受影响）。然后重点分析这些改变如何直接或间接影响大气化学成分和空气质量。最后，着重探讨不同人类活动影响之间的相互作用点，即协同效应，例如不同污染物之间的化学协同、非生物环境条件（温度、光）对污染物生成的影响、不同因素对同一生物过程（如植被）的复合影响等，强调其叠加效应和复杂性。2.探讨大气科学中研究生物-非生物因素相互作用面临的主要挑战，并提出可能的科学研究方法或途径。答案：研究生物-非生物因素相互作用面临的主要挑战包括：1）时空尺度差异巨大：生物过程（如植被生长、生态系统演替）的时间尺度从天数到百年以上，空间尺度从微观到全球；非生物过程（如大气环流、辐射变化）也有不同的时空尺度，捕捉这些因素的耦合需要多尺度观测和模拟。2）系统复杂性与非线性：生物-非生物相互作用网络错综复杂，涉及众多物种、过程和反馈，且往往是非线性的，难以完全理解和管理。3）观测数据限制：缺乏能够同时、同步、高分辨率地观测所有关键生物和非生物因素及其相互作用的数据，尤其是在偏远地区或大气边界层。4）模型不确定性：包含生物过程的地球系统模型（EarthSystemModels,ESMs）在参数化、过程代表等方面仍存在较大不确定性，增加了模拟结果的不确定性。可能的科学研究方法或途径：1）加强多平台、多手段的立体观测：结合地面站、遥感（卫星、航空）、无人机、系留气球等，获取时空分辨率更高的生物和非生物因子数据。2）发展先进的地球系统模型：整合更完善的生物地球化学循环和生态系统过程模块，提高模型对复杂相互作用的模拟能力，并利用数据同化技术改进模型。3）利用过程模型和区域模型进行重点区域研究：针对关键相互作用区域进行精细模拟，弥补全球模型分辨率不足的问题。4）开展野外实验和manipulativeexperiments（如控制