北航大气辐射导论复习题库参考答案

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1、1、写出电磁波波长、波数和频率之间的关系。（λ是波长，是波数，是频率）2、写出立体角的定义。立体角定义为锥体所拦截的球面积与半径r的平方之比，表示为（极坐标中为天顶角，为方位角），单位为球面度（sr）。3、对于各向同性辐射，已知辐射强度为I，写出其通量密度。4、大气的消光作用主要包括哪些？散射和吸收两种作用从介质中传播的光束内移除能量，光束被衰减，我们称这种衰减为消光。5、什么是消光截面？与粒子的几何面积类似，用来表示粒子从初始光束中所移除的能量大小。6、简述消光截面、质量消光截面、消光系数之间的关系。消光系数=消光截面粒子数密度消光系数=质量消光截面密度7、简述消光截面、吸收截面和

2、散射截面之间的关系。散射截面是描述微观粒子散射概率的一种物理量，表示单位时间内粒子被散射到单位立体角内的概率。消光截面=吸收截面+散射截面（）。8、什么是散射尺度参数？散射的分类？粒子大小对散射的作用可以用一个称为尺度参数的物理项来推求。对于球形粒子我而言，它的尺度参数定义为粒子周长与入射波长之比，即。散射的分类：若，则散射称为瑞利散射，当，则散射称为洛伦茨—米散射。9、什么是独立散射？当大气分子和微粒的间距分开得足够宽，以致每个粒子散射光的情况严格等同于其他粒子不存在时的情况时的散射，称为独立散射。10、什么是单散射和多次散射？只发生一次的散射叫做单散射。多于一次的散射称为多次散射

3、。11、简述黑体的物理意义？黑体是指能够完全吸收的物质结构。12、写出普朗克公式的三种形式。频率域：波长域：波数域：13、写出斯蒂芬-玻尔兹曼定律。光谱辐射强度随温度不同，各条曲线互不相交，温度越高，所有波长的光谱辐射出射度也越大，每条曲线下的面积代表给定温度的总辐射强度。（）黑体发射的通量密度（）1、写出维恩位移定律。1.每条曲线都有一个极大值。2.随着温度升高，辐射的峰值波长减小，辐射中包含的短波成分增加。（）2、描述基尔霍夫定律的物理意义。在热力学平衡状态下，介质对任何频率出的电磁波的面辐射强度和吸收因数之比都相同，是频率和温度的普适函数。3、给出黑体发射率与吸收率之间的关系。

4、黑体的吸收率和发射率均为最大，对所有波长都有。4、简述热力学平衡状态和局域热力学平衡状态。在没有外界影响的条件下，如果某个系统各部分的宏观性质（如系统的化学成分、各物质的量、系统的温度、压力、体积、密度等），在长时间内不发生任何变化，则称该系统处于热力学平衡状态。不受外界影响的任何系统，总是单向趋向于平衡状态。地球大气的辐射场就整体而言不是各项同性的，它的温度也不是均一的，但对于60~70km以下的局部空间而言，作为较好的近似，可以将它当做具有均一温度且各向同性，此时能量跃迁由分子碰撞确定。5、什么是红外频率中的振转带？振动跃迁绝不会单独发生，而是同时耦合这许多转动跃迁。这种耦合造成

5、了一组谱线，称为在中红外频谱中的振转带。6、分子的储能方式有哪些？1.平动动能：任一运动粒子，由于他在空间中的运动，都应具有动能；2.电子能量：由于构成分子的电子能态的变化，也可能使分子能量发生变化；3.振动能量：组成分子的原子受某种类似弹簧的弹力的束缚，以致单个原子能够相对于原子彼此间的平衡位置而振动；4.转动能量：一个由原子构成的分子，能够围绕通过分子重心的轴而旋转或绕转。7、简述电子能级、振动能级、转动能级之间的关系。电子能级>振动能级>转动能级8、写出O2、H2O、CO2分别有几个振动模和转动自由度？振动模：对于线性分子，有3N-5个振动模；对于非线性分子，有3N-6个振动模

6、。O2有1个，H2O有3个，CO2有4个。转动自由度：一个双原子分子和一个线性三原子分子具有两个相等的惯性矩和两个转动自由度；不对称陀螺分子具有三个不等的惯性矩和三个转动自由度；更复杂的分子具有更多的转动自由度。O2有2个，H2O有3个，CO2有2个。9、什么是容许跃迁和禁戒跃迁？10、什么是简并？用来表示具有相同能量而不同量子数序列的状态。11、给出转动跃迁的选择定则。遵循选择定则∆J=±1，谱线的波数间距相等。12、比较线性双原子、线性三原子、挠曲三原子分子的选择定择有何异同？度基于双原子分子和线性三原子分子在简并模k=1（v1）和基模（v3）是∆J=±1的P、R支，称为平行支。

7、对于线性三原子的振动模k=2（v2）和挠曲三原子分子的三种模，还产生一个∆J=0的Q支，称为垂直支。1、简述什么是跃迁的平行支、垂直支？对应于∆J=±1的P、R支，称为平行支。对应于∆J=0的Q支，称为垂直支。2、简述线性三原子分子的选择定择，并描述P、Q、R支与选择定则的对应关系。线性三原子分子简正模对应∆J=-1，振动模对应∆J=0，基模对应∆J=1。∆J=1对应P支，∆J=-1对应Q支，∆J=0对应R支。3、谱线增宽的原因有哪些？发射中的能量损耗造成