2025年大學(xué)《物理學(xué)》專業(yè)題庫——大氣物理學(xué)中的暴雨天氣預(yù)測考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)。每小題3分，共30分）1.在暴雨形成的對流云中，決定最大上升氣團(tuán)能達(dá)到的高度和強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)是：(A)大氣靜力穩(wěn)定度(B)水汽混合比(C)抬升凝結(jié)高度(D)環(huán)境風(fēng)切變2.下列哪種云型通常與持續(xù)性、大范圍的鋒面性暴雨密切相關(guān)？(A)逗點(diǎn)云（CommaCloud）(B)透鏡狀云（LensCloud）(C)積雨云（Cumulonimbus）伴大量砧狀云(D)高空薄云層（如卷云）3.根據(jù)絕熱過程理論，干空氣絕熱上升時，其溫度隨高度變化的主要驅(qū)動力是：(A)地表加熱(B)水汽蒸發(fā)潛熱釋放(C)大氣輻射(D)空氣受到的下墊面摩擦力4.在大氣中，水汽含量達(dá)到飽和狀態(tài)時的溫度稱為：(A)露點(diǎn)溫度(B)攝氏溫度(C)冰點(diǎn)溫度(D)絕對溫度5.鋒面過境時常伴隨強(qiáng)降水，其主要是因?yàn)殇h面導(dǎo)致了：(A)氣溫快速下降(B)水汽迅速凝結(jié)(C)大氣垂直運(yùn)動顯著增強(qiáng)(D)氣壓急劇變化6.以下哪個物理量是衡量大氣垂直穩(wěn)定性的重要指標(biāo)？(A)水汽壓(B)比濕(C)位溫(D)風(fēng)速7.暴雨天氣中，大氣中的水汽主要通過哪個過程轉(zhuǎn)化為云滴？(A)升華(B)凝華(C)液化(D)凝結(jié)8.對于強(qiáng)對流天氣（包括強(qiáng)暴雨）的發(fā)生發(fā)展，環(huán)境風(fēng)切變較小通常是有利的條件，這是因?yàn)椋?A)便于氣流輻合(B)有利于形成傾斜的積云(C)減少地面摩擦影響(D)增加水汽供應(yīng)9.大氣中的“濕絕熱過程”與干絕熱過程的主要區(qū)別在于：(A)溫度隨高度下降的速率不同(B)氣流的垂直運(yùn)動方式不同(C)過程中是否與地面接觸(D)水汽是否參與過程10.利用大氣垂直探測量（如探空數(shù)據(jù)）分析大氣層結(jié)穩(wěn)定性時，常用的判據(jù)不包括：(A)層結(jié)曲線的斜率(B)沙氏指數(shù)（SAI）(C)抬升凝結(jié)高度（LCL）(D)氣壓梯度二、填空題（請將答案填寫在橫線上。每空3分，共30分）1.暴雨形成過程中，暖濕空氣被迫抬升，達(dá)到一定高度后，其中水汽因達(dá)到飽和而發(fā)生______，釋放出潛熱，進(jìn)一步加熱空氣，增強(qiáng)上升運(yùn)動，形成正反饋循環(huán)。2.影響暴雨強(qiáng)度的物理因素包括水汽條件、______、降水效率以及云內(nèi)微物理過程等。3.地形強(qiáng)迫可以誘導(dǎo)或加強(qiáng)大氣垂直運(yùn)動，特別是在山脈迎風(fēng)坡，容易觸發(fā)______天氣，導(dǎo)致局部強(qiáng)降水。4.氣象學(xué)中常用的里查遜數(shù)（Ri）是衡量大氣層結(jié)穩(wěn)定性的參數(shù)，其表達(dá)式涉及環(huán)境溫度梯度和氣團(tuán)溫度梯度的差異，當(dāng)Ri<0時，表明大氣層結(jié)是______的。5.大氣中的水汽通過______過程從冰晶表面直接凝結(jié)（或升華）成水滴（或冰晶），該過程在云的低溫區(qū)域尤為重要。6.暴雨天氣預(yù)報除了需要分析大尺度背景場外，還必須關(guān)注小尺度對流系統(tǒng)的生消，這與______等物理量密切相關(guān)。7.水滴在上升氣流中增長，當(dāng)其重量超過上升氣流的浮力支持時，便會以______形式降落到地面，形成降水。8.鋒面是不同性質(zhì)氣團(tuán)交界的界面，其兩側(cè)的溫濕度、密度差異會導(dǎo)致強(qiáng)烈的水平動量交換和______，是許多天氣現(xiàn)象（包括暴雨）的發(fā)生地。9.大氣飽和水汽壓隨溫度的升高而______，這是水汽凝結(jié)和蒸發(fā)過程的基本熱力學(xué)特性。10.探空數(shù)據(jù)是獲取大氣垂直結(jié)構(gòu)信息的重要手段，通過分析探空數(shù)據(jù)可以確定______、逆溫層等關(guān)鍵天氣要素，為暴雨預(yù)報提供依據(jù)。三、簡答題（請扼要回答下列問題。每題10分，共40分）1.簡述對流性暴雨形成的物理?xiàng)l件。2.解釋什么是鋒面性暴雨，并簡述其與地形的關(guān)系。3.簡述云滴增長的主要物理過程（至少兩種）。4.為什么說大氣穩(wěn)定度是影響對流發(fā)展強(qiáng)度和能否產(chǎn)生暴雨的關(guān)鍵因素？四、計算題（請列出必要的計算步驟和公式。每題15分，共30分）1.設(shè)大氣為干絕熱過程，空氣自地面（溫度T0=20°C，氣壓P0=1000hPa）垂直上升至4000米高度。假設(shè)空氣密度隨高度變化符合標(biāo)準(zhǔn)大氣模型（ρ(h)=ρ0*[1-L/h]），其中L=6.5K/km。試估算空氣到達(dá)4000米高度時的溫度（忽略氣壓變化對溫度的直接影響，僅考慮干絕熱冷卻），并定性說明此溫度是否足以使空氣達(dá)到飽和（提示：查表或使用飽和水汽壓公式估算）。已知地面飽和水汽壓es(T0)=23.76hPa，4000米附近氣溫約為-48°C，飽和水汽壓e(4000m)≈0.6hPa。2.在一次暴雨過程中，測得近地面大氣溫度為25°C，氣壓為1013hPa。若有一團(tuán)溫度為15°C、氣壓為1000hPa的空氣被抬升到近地面大氣層結(jié)的抬升凝結(jié)高度（LCL）。假設(shè)此過程近似為干絕熱上升至LCL，隨后水汽凝結(jié)并釋放潛熱，使氣團(tuán)溫度回升到LCL時的溫度。已知干絕熱lapserate(Γd)≈9.8K/km，濕絕熱lapserate(Γw)≈6K/km。請估算該氣團(tuán)的抬升凝結(jié)高度（LCL）的大致高度，并定性分析氣團(tuán)在LCL以下和LCL以上（假設(shè)繼續(xù)抬升）的絕熱過程類型及溫度變化趨勢。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.B4.A5.C6.C7.D8.B9.A10.D二、填空題1.凝結(jié)（或凝華）2.垂直運(yùn)動（或?qū)α鬟\(yùn)動）3.對流（或?qū)α餍越邓?.不穩(wěn)定（或不穩(wěn)）5.凝華（或霜晶增長）6.環(huán)境垂直風(fēng)切變（或風(fēng)切變）7.降水（或雨滴）8.垂直運(yùn)動（或?qū)α鬟\(yùn)動）9.增大10.氣溫垂直分布（或溫度層結(jié)）三、簡答題1.簡述對流性暴雨形成的物理?xiàng)l件。答：對流性暴雨的形成需要滿足以下物理?xiàng)l件：*充足的水汽供應(yīng)：提供云發(fā)展和降水形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。*足夠的暖濕空氣：暖空氣容納更多水汽，并需要一定厚度和強(qiáng)度的暖層以維持上升運(yùn)動。*大氣不穩(wěn)定：環(huán)境溫度隨高度下降迅速（即大氣層結(jié)不穩(wěn)定），使得上升的暖濕空氣能夠克服環(huán)境壓力，持續(xù)發(fā)展上升運(yùn)動。*相對較小的垂直風(fēng)切變：較小的水平風(fēng)垂直切變有利于保持上升氣團(tuán)的完整性，形成強(qiáng)對流單體。*有利的抬升機(jī)制：如地面熱力強(qiáng)迫、地形抬升、鋒面觸發(fā)等，為暖濕空氣提供初始抬升動力。2.解釋什么是鋒面性暴雨，并簡述其與地形的關(guān)系。答：鋒面性暴雨是指發(fā)生在冷暖氣團(tuán)交界的鋒面附近的持續(xù)性或陣性降水。暖氣團(tuán)向冷氣團(tuán)推進(jìn)時，被迫抬升，若暖空氣濕潤且不穩(wěn)定，便會產(chǎn)生云和降水。鋒面性暴雨通常與鋒面坡度、冷暖氣團(tuán)的性質(zhì)差異、以及鋒面附近的水平氣流輻合等條件有關(guān)。地形對鋒面性暴雨有顯著影響。山脈（特別是地形陡峭、高大的山脈）會顯著增強(qiáng)鋒面坡度，迫使暖濕空氣更強(qiáng)烈地抬升，容易觸發(fā)強(qiáng)烈的對流性降水，往往形成范圍較小但強(qiáng)度很大的暴雨。地形還可以引導(dǎo)氣流，制造或加強(qiáng)鋒面附近的輻合，進(jìn)一步促進(jìn)降水發(fā)展。例如，山脈的迎風(fēng)坡常成為鋒面降水（包括暴雨）的增強(qiáng)區(qū)。3.簡述云滴增長的主要物理過程（至少兩種）。答：云滴增長的主要物理過程包括：*凝結(jié)（或凝華）：水汽直接在凝結(jié)核（如塵埃、鹽粒等）表面凝結(jié)成小水滴（或凝華成冰晶）。這個過程在云的暖區(qū)（T>0°C）和低溫區(qū)（T<0°C）均可發(fā)生。*碰并（或非均相增長）：云中已經(jīng)存在的小云滴在上升氣流作用下相互碰撞，并合二為一。這是云滴增長的最主要方式，尤其是在中低云層中。較大的云滴下落速度較快，容易追上較小的云滴并使其合并。*冰晶增長過程（在冷云中）：主要包括貝吉隆過程（Bergeron-Findeisenprocess），即冰晶在過冷水滴周圍發(fā)生凝華增長，同時過冷水滴蒸發(fā)補(bǔ)充水汽，使冰晶增長而水滴消融；以及重力沉降過程，即冰晶因重力沉降到云中暖層，與上升的過冷水滴碰并增長。4.為什么說大氣穩(wěn)定度是影響對流發(fā)展強(qiáng)度和能否產(chǎn)生暴雨的關(guān)鍵因素？答：大氣穩(wěn)定度決定了空氣垂直運(yùn)動受到的阻礙程度。在暖濕空氣受擾動上升時：*不穩(wěn)定（或慣性不穩(wěn)定）大氣：當(dāng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定時，上升氣團(tuán)受到的浮力大于阻力，能夠持續(xù)加速上升，導(dǎo)致對流發(fā)展強(qiáng)烈，云體可以很高，有利于大規(guī)模降水，甚至形成暴雨。*穩(wěn)定（或慣性穩(wěn)定）大氣：當(dāng)大氣層結(jié)穩(wěn)定時，上升氣團(tuán)受到的阻力大于浮力，會被環(huán)境空氣拖回，或者上升高度有限，對流難以發(fā)展，即使有云也多為低云，降水強(qiáng)度和范圍通常較小。因此，大氣穩(wěn)定度是決定對流強(qiáng)度能否達(dá)到暴雨形成標(biāo)準(zhǔn)的核心物理因子。不穩(wěn)定層結(jié)為強(qiáng)對流（暴雨）的發(fā)生提供了必要的熱力條件。四、計算題1.設(shè)大氣為干絕熱過程，空氣自地面（溫度T0=20°C，氣壓P0=1000hPa）垂直上升至4000米高度。假設(shè)空氣密度隨高度變化符合標(biāo)準(zhǔn)大氣模型（ρ(h)=ρ0*[1-L/h]），其中L=6.5K/km。試估算空氣到達(dá)4000米高度時的溫度（忽略氣壓變化對溫度的直接影響，僅考慮干絕熱冷卻），并定性說明此溫度是否足以使空氣達(dá)到飽和（提示：查表或使用飽和水汽壓公式估算）。已知地面飽和水汽壓es(T0)=23.76hPa，4000米附近氣溫約為-48°C，飽和水汽壓e(4000m)≈0.6hPa。解：*計算干絕熱降溫：ΔT=T0-T=Γd*h=9.8K/km*4000km=39200K。T=T0-ΔT=20°C-39200K=-39080°C。（此結(jié)果顯然不合理，說明忽略氣壓變化對溫度的影響在此高度下誤差巨大，實(shí)際過程并非純干絕熱，且標(biāo)準(zhǔn)大氣模型L值也僅適用于對流層中下層，此處已超出適用范圍。但按題設(shè)條件計算干絕熱降溫量）*定性分析飽和度：地面空氣初始狀態(tài)為未飽和（實(shí)際水汽壓P0<es(T0)=23.76hPa）。在干絕熱上升過程中，水汽分壓P保持不變（P0），但氣溫T顯著降低。根據(jù)飽和水汽壓公式（如Clausius-Clapeyron），飽和水汽壓es隨溫度T降低而急劇減小。因此，隨著空氣上升，其相對濕度將不斷增加。在4000米高度，若按標(biāo)準(zhǔn)大氣模型估算環(huán)境溫度約為-48°C，對應(yīng)的飽和水汽壓e(4000m)≈0.6hPa。此時空氣的實(shí)際水汽壓P0（假設(shè)未發(fā)生蒸發(fā)或凝結(jié)，即仍為地面未飽和狀態(tài)）遠(yuǎn)大于該高度的飽和水汽壓e(4000m)。因此，即使考慮干絕熱冷卻，該空氣在4000米處也遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，仍處于未飽和狀態(tài)。要達(dá)到飽和并發(fā)生凝結(jié)，空氣需要繼續(xù)上升或存在其他加熱/水汽增加過程，或者環(huán)境溫度較高。2.在一次性暴雨過程中，測得近地面大氣溫度為25°C，氣壓為1013hPa。若有一團(tuán)溫度為15°C、氣壓為1000hPa的空氣被抬升到近地面大氣層結(jié)的抬升凝結(jié)高度（LCL）。假設(shè)此過程近似為干絕熱上升至LCL，隨后水汽凝結(jié)并釋放潛熱，使氣團(tuán)溫度回升到LCL時的溫度。已知干絕熱lapserate(Γd)≈9.8K/km，濕絕熱lapserate(Γw)≈6K/km。請估算該氣團(tuán)的抬升凝結(jié)高度（LCL）的大致高度，并定性分析氣團(tuán)在LCL以下和LCL以上（假設(shè)繼續(xù)抬升）的絕熱過程類型及溫度變化趨勢。解：*計算LCL高度：氣團(tuán)抬升至LCL時，其溫度將從初始的15°C干絕熱冷卻至LCL高度對應(yīng)的環(huán)境溫度T_LCL。同時，環(huán)境溫度也隨高度線性變化（干絕熱遞減率Γd）。T_LCL=T_initial+Γd*h_LCL在LCL處，氣團(tuán)溫度等于環(huán)境溫度：T_LCL=T_env(LCL)=T0-Γd*h_LCL其中T0=25°C是近地面環(huán)境溫度。聯(lián)立兩式解得LCL高度：T_initial+Γd*h_LCL=T0-Γd*h_LCLh_LCL=(T0-T_initial)/(2*Γd)h_LCL=(25°C-15°C)/(2*9.8K/km)≈10/19.6km≈0.51km。抬升凝結(jié)高度（LCL）約為510米。*定性分析絕熱過程：*LCL以下（從1