2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星大氣對流運動研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.在干絕熱過程中，一個氣塊被抬升時，其內(nèi)部空氣相對于外部環(huán)境將：A.升溫，濕度增加B.降溫，濕度不變C.降溫，濕度減少D.升溫，濕度減少2.大氣靜力穩(wěn)定度判據(jù)（Brunt-V?is?l?頻率的平方N2）為負(fù)時，表示大氣層處于：A.穩(wěn)定狀態(tài)B.滿足對流發(fā)展的條件C.對流抑制狀態(tài)D.不穩(wěn)定狀態(tài)3.行星尺度環(huán)流（哈德里環(huán)流）的主要驅(qū)動力是：A.太陽輻射在緯度間的差異B.地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力C.大氣內(nèi)部的熱量交換D.行星與衛(wèi)星的引力相互作用4.在行星對流研究中，微波輻射計主要用于探測：A.大氣中的水汽含量B.大氣溫度垂直分布C.對流云頂高度和溫度D.地表風(fēng)速風(fēng)向5.與地球相比，火星大氣對流活動相對較弱的主要原因是：A.火星自轉(zhuǎn)速度更快B.火星大氣壓力遠低于地球C.火星大氣成分以氮氣為主D.火星接收到的太陽輻射更多6.木星大紅斑被認(rèn)為是一個持續(xù)了數(shù)百年的巨大反氣旋渦旋，其主要能量來源是：A.木星內(nèi)部的放射性元素衰變B.木星與衛(wèi)星的引力潮汐摩擦C.木星大氣中的甲烷和氨的化學(xué)反應(yīng)D.哈德里環(huán)流的能量集中7.對流組織（如積云群）的空間尺度通常與哪個大氣參數(shù)相關(guān)？A.大氣靜力穩(wěn)定度B.大氣可降水量C.摩擦速度D.湍流動能8.潛熱釋放是驅(qū)動行星大氣對流的重要機制之一，它主要發(fā)生在：A.干燥空氣中水汽凝結(jié)時B.冷空氣下沉過程中C.暖空氣上升、水汽凝結(jié)并釋放潛熱時D.大氣輻射冷卻時9.科里奧利參數(shù)（f=2Ωsinφ）的大小主要取決于：A.行星的自轉(zhuǎn)角速度B.行星的半徑C.行星的平均緯度D.行星大氣的密度10.使用風(fēng)廓線雷達可以探測大氣中的：A.水汽廓線B.溫度廓線C.三維風(fēng)場結(jié)構(gòu)D.云層厚度二、填空題1.氣塊絕熱上升過程中，其內(nèi)部空氣溫度隨高度增加而降低的速率被稱為______。2.當(dāng)大氣處于絕對不穩(wěn)定狀態(tài)時，給定一個初始位移的氣塊將______（填“加速上升”或“加速下降”）。3.哈德里環(huán)流理論假設(shè)大氣在行星表面附近與地軸平行，并向______（填“赤道”或“極地”）方向輸運熱量。4.行星對流尺度的大小通常與行星的自轉(zhuǎn)周期和大氣環(huán)流的______（填“熱力學(xué)時間尺度”或“動力學(xué)時間尺度”）相關(guān)。5.在行星大氣中，水汽凝結(jié)釋放的潛熱能夠進一步加熱大氣，從而______（填“增強”或“抑制”）對流的發(fā)展。三、簡答題1.簡述大氣靜力穩(wěn)定度與對流發(fā)展的關(guān)系。2.解釋科里奧利力對近地面水平氣流的影響。3.簡述潛熱釋放在大氣環(huán)流中的作用。4.與地球?qū)α飨到y(tǒng)相比，簡述木星或土星大氣環(huán)流的一個顯著特點。四、計算題1.已知地球某地氣溫為20°C（地面），高度為5000米處的氣溫為-40°C。假設(shè)該氣層為干絕熱層，計算其干絕熱溫度遞減率，并判斷該氣層是否滿足對流發(fā)展的條件（提示：地球近地面干絕熱溫度遞減率約為9.8K/km）。2.假設(shè)木星的自轉(zhuǎn)角速度Ω=2π/0.41天，木星緯度為30°。計算該緯度上的科里奧利參數(shù)f。五、論述題結(jié)合你對行星大氣環(huán)流的理解，論述影響行星（例如地球、火星或木星）大氣對流活動的主要因素有哪些？并分析這些因素如何相互作用，塑造不同行星的大氣環(huán)流特征。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.A4.C5.B6.B7.A8.C9.C10.C二、填空題1.絕熱遞減率2.加速上升3.赤道4.熱力學(xué)時間尺度5.增強三、簡答題1.解析思路:大氣靜力穩(wěn)定度描述了大氣層在受到擾動后恢復(fù)原始狀態(tài)的能力。當(dāng)大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)（N2>0）時，上升的氣塊會因密度變小而變輕，下沉的氣塊會因密度變大而變重，從而回到原位，抑制對流發(fā)展。當(dāng)大氣處于不穩(wěn)定狀態(tài)（N2<0）時，上升的氣塊會變得更輕（密度更小），下沉的氣塊會變得更重（密度更大），擾動會持續(xù)增強，導(dǎo)致對流發(fā)生。因此，大氣靜力穩(wěn)定度是判斷對流是否能夠發(fā)生的基礎(chǔ)條件。2.解析思路:科里奧利力是地球（或其他自轉(zhuǎn)行星）自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力，它只作用于水平運動的風(fēng)。在北半球，它使氣流偏向運動方向的右側(cè)；在南半球，它使氣流偏向運動方向的左側(cè)。這個力垂直于風(fēng)矢量和自轉(zhuǎn)軸，它不改變風(fēng)速大小，但不斷改變風(fēng)的方向，導(dǎo)致氣流的路徑彎曲，形成氣旋和反氣旋等大型環(huán)流系統(tǒng)。在行星尺度環(huán)流中，科里奧利力是驅(qū)動緯向氣流（哈德里環(huán)流）的關(guān)鍵因素之一。3.解析思路:潛熱釋放主要發(fā)生在溫暖潮濕的對流云層中。上升的氣塊中的水汽凝結(jié)成云滴或冰晶，這個過程會釋放出潛熱。這些釋放的潛熱進一步加熱了上升的空氣，使其變得更輕，從而增強了上升運動，進一步促進了對流的發(fā)展。這種正反饋機制是驅(qū)動熱帶和副熱帶地區(qū)強烈對流活動（如熱帶氣旋）的關(guān)鍵能量來源，并在行星能量平衡和大氣環(huán)流中扮演重要角色。4.解析思路:一個顯著特點是尺度巨大和能量驚人。例如，木星大紅斑是一個持續(xù)了數(shù)百年的巨大反氣旋，其直徑可達地球直徑的數(shù)倍。它主要由強大的對流活動維持，并伴隨著巨大的能量釋放和湍流。與地球?qū)α飨到y(tǒng)（如雷暴）相比，木星的對流系統(tǒng)規(guī)模更大、更穩(wěn)定、能量強度更高，反映了其更強的自轉(zhuǎn)和更深厚的大氣層。四、計算題1.解析思路:計算干絕熱溫度遞減率需要利用已知的兩點溫度和高度差。干絕熱溫度遞減率γ=(T2-T1)/(z2-z1)。將給定值代入：γ=(-40°C-20°C)/(5000米-0米)=-60°C/5000米=-0.012°C/米。地球近地面的干絕熱溫度遞減率約為9.8K/km=9.8°C/km=0.098°C/100米=0.00098°C/米。比較計算結(jié)果（-0.012°C/米）與干絕熱遞減率（0.00098°C/米），發(fā)現(xiàn)計算出的溫度遞減率遠大于標(biāo)準(zhǔn)干絕熱遞減率。這意味著該氣層處于絕對不穩(wěn)定狀態(tài)，滿足對流發(fā)展的條件。2.解析思路:科里奧利參數(shù)f=2Ωsinφ。首先需要將木星的自轉(zhuǎn)周期轉(zhuǎn)換為秒：T=0.41天×24小時/天×3600秒/小時=35760秒。然后計算木星的自轉(zhuǎn)角速度Ω=2π/T=2π/35760≈1.76×10??弧度/秒。緯度φ=30°，sin(30°)=0.5。代入公式：f=2×(1.76×10??)×0.5≈1.76×10??弧度/秒。五、論述題解析思路:影響行星大氣對流活動的因素主要包括：1）輻射加熱的不均勻性：這是最根本的驅(qū)動力，太陽輻射在行星表面和不同緯度間的分配不均，導(dǎo)致溫度差異，產(chǎn)生溫差驅(qū)動的氣流。2）行星自轉(zhuǎn)：自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力使水平氣流偏轉(zhuǎn)，影響氣流的路徑和環(huán)流的組織，例如形成哈德里環(huán)流和行星尺度的波動。3）大氣靜力穩(wěn)定性：大氣的垂直結(jié)構(gòu)，特別是溫度隨高度的遞變率（絕熱遞減率與環(huán)境溫度遞減率的比較），決定了空氣是傾向于上升還是下沉，直接影響對流的觸發(fā)。4）大氣成分和密度：不同氣體成分（如水汽、二氧化碳）的物理化學(xué)性質(zhì)（如飽和蒸汽壓、比熱容、分子量）影響大氣的熱力學(xué)特性和垂直混合能力。大氣密度則影響對流運動的動力尺度。5）地表性質(zhì)：不同地表（陸地、海洋、冰蓋）對太陽輻射的吸收、反射和熱量傳導(dǎo)不同，導(dǎo)致地表溫度差異，進而影響近地面大氣層的不穩(wěn)定性和對流活動。這些因素相互作用：例如，輻射加熱差異