2025年大学《大气科学》专业题库—— 大气辐射传输模型及其应用.docxVIP

2025年大学《大气科学》专业题库——大气辐射传输模型及其应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

1.简述斯特藩-玻尔兹曼定律的物理意义及其适用条件。

2.区分大气辐射中的辐照度（I）和辐亮度（L）两个物理量，并说明它们在描述大气辐射传输中的作用。

3.解释大气窗口的概念及其在大气遥感中的重要性。

二、

4.写出经典的一维平面平行大气辐射传输方程（考虑散射），并说明方程中各项的物理意义。

5.简述离散坐标法（如DISORT）求解一维辐射传输方程的基本思想，包括如何处理方向角离散、空间离散和角域组合。

6.解释相函数的物理意义，并说明它如何影响大气辐射传输过程。

三、

7.简述气溶胶对大气辐射传输的主要影响，并列举至少两种气溶胶类型及其主要的光学特性参数。

8.描述水汽在大气辐射传输中的作用，并简述其对太阳辐射和地球辐射的影响。

9.解释“大气辐射强迫”的概念，并说明其与气候变化的关系。

四、

10.列举大气辐射传输模型在遥感领域的至少三种应用，并简述其基本原理。

11.说明大气辐射传输模型在天气预报中可以应用的方面，并举例说明。

12.描述如何利用大气辐射传输模型研究温室效应，需要考虑哪些关键参数？

五、

13.假设大气是均匀、各向同性且无散射的理想介质，试推导朗伯定律（Beer-Lambert定律）。

14.简述使用大气辐射传输模型软件（如MODTRAN）进行太阳光谱计算的基本步骤，需要输入哪些关键参数？

15.设想一个场景：需要评估不同类型气溶胶（如沙尘、城市烟雾）对地表接收太阳辐射的影响。简述你会如何使用辐射传输模型进行分析，包括需要设置哪些参数、关注哪些输出结果以及如何进行比较。

试卷答案

一、

1.斯特藩-玻尔兹曼定律指出，绝对黑体辐射的总能量与其绝对温度的四次方成正比。其数学表达式为M=σT^4，其中M为辐射出射度，σ为斯特藩常数，T为绝对温度。该定律适用于理想黑体，但对实际物体在一定温度范围内也具有较好的近似性，是理解地气系统能量平衡的基础。

2.辐照度（I）是指单位时间通过单位面积、单位立体角的辐射通量，描述了辐射能量的空间分布和方向性；辐亮度（L）是指单位时间通过单位面积、单位立体角的辐射通量，且该辐射通量来自于一个单位立体角内的辐射源，描述了辐射源本身的强度。辐照度是辐射场在空间中的整体强度，而辐亮度是辐射源方向上的强度，两者共同决定了人眼或传感器接收到的辐射信号。

3.大气窗口是指大气对太阳辐射或地球辐射吸收较少、透过率较高的特定波段区域。这些窗口的存在使得来自太阳或地面的辐射可以穿透大气层到达地表或被遥感卫星接收，是大气遥感技术赖以实现的基础，使得我们能够通过探测这些窗口波段的辐射信息来研究大气成分、地表状况等。

二、

4.一维平面平行大气辐射传输方程（考虑散射）通常表示为：dI(θ,z)/dz=-κ(θ,z)I(θ,z)-Σ(θ,z)*∫Ωp(θ,z)I(θ,z)dΩ，其中I(θ,z)是方向角为θ、高度为z处的辐亮度；dI(θ,z)/dz是沿z方向（垂直向上）的辐亮度变化率；κ(θ,z)是吸收系数；Σ(θ,z)是散射系数；Ω是整个上半球的立体角；p(θ,z)是相函数，描述散射的方向分布；I(θ,z)是来自方向角为θ处的入射辐亮度。该方程描述了辐射在垂直方向上由于吸收和散射而发生的减弱和改变。

5.离散坐标法（如DISORT）求解一维辐射传输方程的基本思想是：首先，将连续的天顶角范围Ω划分为有限个离散的方向角区间（角域）；其次，将连续的高度空间z划分为有限个离散的层次；然后，利用角域组合技术，将包含散射的复杂辐射传输方程简化为只包含向上和向下传输的代数方程组；最后，通过迭代求解这个代数方程组，得到各个角域和高度层上的辐射分布。核心在于将连续问题离散化，并利用物理过程（吸收、散射）的角分布特性来简化求解过程。

6.相函数描述了非均匀介质中散射辐射的方向分布特征，即散射角与入射角之间的关系。它决定了散射光的强度如何随散射方向变化，影响散射光的传播路径和空间分布。不同的相函数对应不同的散射粒子形状和大小，例如球形粒子近似各向同性散射（相函数为常数），而形状不规则的粒子则可能导致各向异性散射（相函数随角度变化显著），从而显著影响大气中的辐射传输过程，如天空的蓝色、日晕等现象都与相函数有关。

三、

7.气溶胶对大气辐射传输的主要影响包括：吸收太阳辐射（某些气溶胶如黑碳具有强吸收性，加热大气），散射太阳辐射（改变辐射路径，影响地表接收阳光和卫星遥感信号），以及影响地球长波辐射（某些气溶胶如云凝结核影响云的形成，进而影响地球能量平衡）。气溶