地球科学系统作业复习题

第一章

1. a.什么是“人为排放的温室气体？”

人为产生的温室气体是二氧化碳，这些CO2主要源于化石燃料的燃烧和森林的砍伐。

b.列举三种在大气中含量正在增加的人为排放的温室气体。

CO2、CH4、N2O

2.地球系统有哪四个基本组成部分？

大气圈、水圈、生物圈和固体地球

3.解释全球变暖和温室效应有什么区别。

温室效应是一个无可置疑、真实存在的自然过程，它起到了加热地球和其他行星表面的作用，使得行星的温度高于没有大气存在时的温度。而全球变暖是由于工业和农业活动的共同作用导致的地球表面温度的升高。这些活动释放出的气态物质加强了原本就存在的温室效应。

4. a.从1800年到现在，地球大气的CO2浓度上升了多少？

大气中的CO2浓度在近两个世纪以来上升了将近40%。

b.我们是如何得知的？

我们是从极地冰中气泡的化学组成（冰芯数据）所推测出来的当时气体中的CO2浓度。

c.二氧化碳浓度上升的最主要的原因是什么？

二氧化碳浓度上升的最主要的原因是因为人类的活动，比如化石燃料的燃烧、森林的砍伐等。

5.氟氯烃是如何影响环境的？请说出两种途径。

造成比较大的温室效应、产生臭氧洞是太阳辐射的紫外线增加。

6. a.地球表面温度的直接测量可以追溯到多久以前？

可以追溯到大约两个世纪以前。

b.温度的长期变化趋势为什么难以准确确定？

因为历史时期的温度数据有很多不足的地方，比如测量时有序观测方法和其他因素所造成的系统误差。第二个问题是数据资料在全球的分布不均匀，某些地方的数据无论是在时间还是空间尺度上都比其他地方要全面。

7.20世纪的煤炭燃烧对气候造成了哪些相反的影响？

20世纪的煤炭燃烧造成了1940-1970年的降温，是由于煤炭燃烧释放的SO2形成了气溶胶颗粒物，对太阳光的反射引起了降温。

8.为什么平流层臭氧对人类十分重要？

平流层是地球表面上海拔10-15千米的一层大气，地球上大部分臭氧都分布在那里。

平流层臭氧对于地球上的生物十分重要，因为它吸收了大部分来自太阳的有害紫外线。

紫外辐射会造成皮肤癌等影响人嘞健康的问题，同时对其它生物有机体也有不利的影响。

9.热带雨林的砍伐造成了哪两个全球环境问题？

物种灭绝、全球变暖。

10.如何利用氢同位素来推测基地的温度记录？

氘，元素符号为D，是氢的一种同位素，它的原子核中有一个质子和一个中子。氘原子可用作温度的指标：δD值高（负值小）表示南极大陆和周围极地海洋的温度较高。

11.过去的地球表面温度

a.是如何由Vostok冰芯确定的？

根据冰中的氘含量估算的。

b.与大气CO2浓度有什么关系

大气CO2浓度与地表温度的变化趋势是一致的。

12.为什么铱可以用来指示外来星体的撞击？

铱在元素周期表中与铂同族，由于大多存在于地心的熔岩中，该族元素在地壳石中十分稀少。这些元素往往来自于小行星或彗星的残骸，以小颗粒的形式降落到地面上。

13. a.在过去46亿年中太阳光度是如何变化的？

太阳在46亿年前形成时，它的光度比现在低约30%。太阳光度开始时增加很慢，随着氦核的积累而不断加速。

b.造成这种变化的根本原因是什么？

太阳通过核聚变产生能量，随着氦核的增加，太阳的核心收缩并存在轻微的加热。温上升增加了核心的压力，并阻止其进一步搜索，太阳由此可保持自身稳定。随着核心温度的升高，核聚变的反应速率也加快了。结果太阳核心释放出更多的能量，而核心释放能量的增加与太阳表面的能量释放增加达到平衡。太阳表面释放的能量越多，太阳就越亮。

14.什么事Gaia假说？假说中地球上的生命扮演了怎样重要的角色？

Gaia假说认为，地球本身是一个具有自我调节功能的系统，而其中生物圈扮演了至关重要的角色。

第二章

1.若使扰动成分A减少，导致成分B减少。这两个成分之间的耦合是正的还是负的？

正耦合。

2.什么是反馈循环？

成分之间的两个耦合形成了一个“往返”，即反馈循环。反馈是一个变化对变化影响的自我延续机制。

3.为什么负反馈循环往往削弱扰动的影响？

因为负反馈可以调节其他因素引起的变化。比如电热毯的案例中，由于体温升高使你不舒适，通过调低电热毯的温度，使得体温降低，这样就减少了扰动的影响。

4.强迫和扰动的区别是什么？

对系统的短期干扰是扰动；对系统更持续的干扰称为强迫。

5.所有的平衡状态都是稳定的吗？为什么？

不是，因为处于稳定的平衡状态的物体,可能会受到某种外界微小的作用, 使得物体产生偏离平衡状态的情况，这就叫做“不稳定平衡”。

6.什么是反照率？它是如何影响气候的？

地表反射率称作地表的反照率。反照率越高，地表的反射性越强；反照率的越低，吸收的阳光越多。反照率越高，地表温度越低。

7.雏菊世界的雏菊是怎样调节这个假想星球上的温度的？

雏菊的颜色都是纯白色的，浅色的表面反射性较强，雏菊数量越多，从他们白色花瓣上被反射的阳光就越多，被吸收的阳光就越少，从而使地表温度越低。

第三章

1.电磁波的波长与频率之间的关系是怎样的？

λν=c

2.光子的概念是什么？

电磁辐射的单个粒子或脉冲常被称为光子。

3.哪个物理定律描述的是下面的规律：当观察者远离太阳时，太阳光强度发生变化？

平方反比定律。

4.给出两个应用于黑体辐射的物理定律的名称。这两个定律描述的是黑体发出辐射的什么

性质？

Wien定律：是指由黑体发出的辐射通量在波长为λmax时达到最大，这个与黑体λmax 的绝对温度成反比。

Stefan-Boltzmann定律：是指由黑体发出的能量通量是与黑体绝对温度四次方有关的，单位面积上所有的能量通量是与黑体辐射曲线下的面积成正比的。

5.地球反照率的主要影响因子是什么？

地球大气和地球表面。

6.地球大气中含量最多的三种气体是什么？

氮气、氧气、氩气

7.列出地球大气的四个层次。他们是如何定义的？

对流层：从地表一直向上延伸到10-15km；

平流层：地表上10-15km到50km处；

中间层：50km-90km；

热层：90km以上。

8.给出热能传输的三种机制的名称。哪两种在全球能量收支中最为重要？

辐射、对流和传导。

9.指出气体吸收红外辐射的两个物理过程，并对每个过程举例。

一种是通过改变分子旋转的速率；另一种方式是通过改变震动的振幅。

10.为什么O2和N2不是温室气体？

因为O2和N2对红外的吸收较弱，对温室效应没有明显贡献。

11.描述气候受高云和低云影响的不同方式。

低而且浓厚的云层，如层云，对入射太阳辐射的影响主要是反射作用，所以通常会使地表降温。高而且稀薄的云层，如卷云，对温室效应的贡献超过了对行星反照率的贡献，因此能够使地表降温。

12.指出地球气候系统中的两种正反馈循环。为什么尽管存在这些破坏平衡的正反馈过程，

地球气候系统仍然保持稳定？

因为地球系统包含了一个非常强的负反馈作用，但因为他太过于基本而常常被忽视。

这个负反馈循环可在短时间尺度内稳定地球的气候，它就是地表温度与出射红外辐射通量之间的关系。

第四章

1.全球循环系统地功能是什么？

全球循环系统的作用是保持这个星球热量和化学的平衡。所有的地球循环系统都以一定的方式来维持地球的温度与稳定。

2.为什么太阳辐射能的分布随纬度而变化？

当太阳光到达地球时，他们几乎是平行光，然而由于地球是个球体，当这些光线到达地球大气层的顶部，相等量的太阳光在极地伸展分布到较大的面积上，而在赤道却十分不到较小的面积上。所以高纬度地区每平方米的表面接收到相应较少的太阳辐射能，因此接收的太阳辐射能是从赤道向两极减少的。