2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星風(fēng)場(chǎng)與大氣動(dòng)力學(xué)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題后括號(hào)內(nèi)。）1.在不考慮摩擦力的情況下，行星上風(fēng)向垂直于等壓線的主要原因是：A.太陽輻射加熱B.行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力C.大氣溫度垂直遞減率D.氣壓梯度力2.以下哪一項(xiàng)是導(dǎo)致木星大紅斑長期存在的主要原因？A.木星的高自轉(zhuǎn)速度B.該區(qū)域持續(xù)強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)C.科里奧利力在該區(qū)域的影響較弱D.木星強(qiáng)大的磁場(chǎng)保護(hù)3.行星上出現(xiàn)行星波（PlanetaryWaves）的主要原因是：A.大氣輻射不平衡B.地轉(zhuǎn)參數(shù)隨緯度變化C.大氣中的水汽凝結(jié)D.行星表面的摩擦力4.與地球相比，火星大氣環(huán)流以局地環(huán)流為主，全球性行星風(fēng)帶不發(fā)育，最主要的原因是：A.火星距離太陽更遠(yuǎn)，輻射加熱更弱B.火星自轉(zhuǎn)角速度小于地球C.火星大氣密度過小，氣壓梯度力不足以克服摩擦力D.火星缺乏全球性的山脈5.在行星尺度上，大氣環(huán)流的驅(qū)動(dòng)力主要來自：A.熱帶地區(qū)向極地的熱量輸送B.行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力C.地表與大氣之間的熱量交換D.大氣內(nèi)部的對(duì)流運(yùn)動(dòng)6.在行星大氣動(dòng)力學(xué)中，“梯度平衡”是指：A.科里奧利力與摩擦力達(dá)到平衡B.氣壓梯度力與科里奧利力達(dá)到平衡C.氣壓梯度力與摩擦力達(dá)到平衡D.大氣壓力與重力達(dá)到平衡7.氣旋在行星上空的發(fā)展通常與：A.高空輻合、低空輻散有關(guān)B.高空輻散、低空輻合有關(guān)C.僅與暖濕氣流有關(guān)D.僅與冷干氣流有關(guān)8.摩擦力對(duì)行星邊界層內(nèi)氣流的影響主要是：A.使風(fēng)向與等壓線平行B.削弱地轉(zhuǎn)偏向力效應(yīng)C.引起氣流的輻合D.使風(fēng)速減小，風(fēng)向偏向高壓9.對(duì)于類地行星，自轉(zhuǎn)速度越快，其大氣行星風(fēng)帶的緯度跨度通常：A.越寬B.越窄C.無明顯影響D.影響不確定，取決于其他因素10.利用衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)反演行星風(fēng)場(chǎng)時(shí)，常用的物理量是：A.星下點(diǎn)溫度B.大氣窗口輻射亮度C.氣壓高度廊線D.晴空大氣透過率二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在題后橫線上。）1.行星風(fēng)場(chǎng)是行星__________與__________相互作用的結(jié)果。2.科里奧利參數(shù)f與行星自轉(zhuǎn)角速度ω和緯度φ的關(guān)系為__________。3.在地轉(zhuǎn)平衡近似下，地轉(zhuǎn)參數(shù)f0與緯度無關(guān)，此時(shí)風(fēng)向垂直于__________。4.行星上空最強(qiáng)烈的水平風(fēng)通常出現(xiàn)在__________帶。5.熱帶輻合帶（ITCZ）的形成與__________和__________有關(guān)。6.大氣波動(dòng)在傳播過程中會(huì)發(fā)生__________和__________。7.行星邊界層內(nèi)的風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)通常比自由大氣更為復(fù)雜，主要受到__________和__________的影響。8.在行星尺度上，經(jīng)向熱量輸送主要是由__________和__________驅(qū)動(dòng)的。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡潔、準(zhǔn)確的概念定義。）1.風(fēng)場(chǎng)2.地轉(zhuǎn)平衡3.梯度平衡4.行星波5.熱帶輻合帶（ITCZ）四、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡要回答下列問題。）1.簡述科里奧利力對(duì)行星水平氣流的影響。2.解釋為什么氣態(tài)巨行星（如木星）的急流比類地行星更寬、更穩(wěn)定。3.簡述行星自轉(zhuǎn)速度對(duì)行星大氣環(huán)流模式的影響。4.大氣中的波動(dòng)現(xiàn)象（如行星波）如何影響行星的環(huán)流系統(tǒng)？五、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，系統(tǒng)、深入地回答下列問題。）1.分析太陽輻射加熱不均是驅(qū)動(dòng)行星大氣環(huán)流的主要因素，并說明其作用機(jī)制。2.比較火星和金星在行星風(fēng)場(chǎng)與大氣動(dòng)力學(xué)方面的主要差異及其可能的原因。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.C5.A6.C7.A8.B9.B10.C二、填空題1.自轉(zhuǎn)，科里奧利力2.f=2ωsinφ3.等壓線4.副熱帶5.太陽輻射加熱，行星自轉(zhuǎn)6.頻率，振幅7.摩擦力，地形8.氣壓梯度力，行星波三、名詞解釋1.風(fēng)場(chǎng)：指大氣中風(fēng)的矢量分布，即在不同地點(diǎn)、不同高度的風(fēng)向和風(fēng)速的組合。2.地轉(zhuǎn)平衡：指在行星自轉(zhuǎn)影響下，作用在運(yùn)動(dòng)空氣塊上的氣壓梯度力與科里奧利力大小相等、方向相反，達(dá)到平衡狀態(tài)的一種理想化狀態(tài)。3.梯度平衡：指在行星大氣中，作用在運(yùn)動(dòng)空氣塊上的氣壓梯度力與摩擦力（或其他阻力）大小相等、方向相反，達(dá)到平衡狀態(tài)的一種實(shí)際或近似狀態(tài)，尤其是在行星邊界層內(nèi)。4.行星波：指在行星尺度上（即超長波范圍）傳播的大氣波動(dòng)，其波長與行星半徑同量級(jí)，其傳播速度受行星自轉(zhuǎn)（科里奧利參數(shù)f）的影響顯著。5.熱帶輻合帶（ITCZ）：指大致位于赤道兩側(cè)緯度（約5°N-5°S）附近，由于赤道低空輻合、高空輻散而形成的常年性大氣活動(dòng)帶，通常伴隨著對(duì)流天氣。四、簡答題1.簡述科里奧利力對(duì)行星水平氣流的影響。解析思路：科里奧利力是行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力，它只作用于水平運(yùn)動(dòng)物體。其作用效果是使水平運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)：在北半球向運(yùn)動(dòng)方向的右方偏轉(zhuǎn)，在南半球向運(yùn)動(dòng)方向的左方偏轉(zhuǎn)。它不改變物體速度的大小，只改變速度的方向，從而影響風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)，例如導(dǎo)致氣流的偏轉(zhuǎn)，形成地轉(zhuǎn)平衡和梯度平衡，并塑造行星的全球環(huán)流模式。2.解釋為什么氣態(tài)巨行星（如木星）的急流比類地行星更寬、更穩(wěn)定。解析思路：氣態(tài)巨行星的急流更寬、更穩(wěn)定主要?dú)w因于其大氣尺度高度（PlanetaryScaleHeight）遠(yuǎn)大于類地行星。大氣尺度高度H與大氣壓力標(biāo)高P0和溫度T有關(guān)（H∝T/P0）。氣態(tài)巨行星大氣更厚，溫度高，壓力低，導(dǎo)致其H值極大（可達(dá)數(shù)百公里）。在梯度平衡近似（PGF≈Ff）中，急流風(fēng)速U大致與H的平方根成正比（U∝√H）。更大的H導(dǎo)致更快的急流速度。同時(shí)，更大的H意味著氣壓梯度力（驅(qū)動(dòng)急流的主要力量）相對(duì)科里奧利力（與風(fēng)速成正比）更為主導(dǎo)，使得急流不易受到小尺度擾動(dòng)的影響而維持穩(wěn)定。此外，氣態(tài)巨行星深厚的大氣和對(duì)流活動(dòng)也為其急流的維持提供了能量。3.簡述行星自轉(zhuǎn)速度對(duì)行星大氣環(huán)流模式的影響。解析思路：行星自轉(zhuǎn)速度影響科里奧利參數(shù)f的大?。╢=2ωsinφ，ω為自轉(zhuǎn)角速度）?？评飱W利力是驅(qū)動(dòng)行星全球性大氣環(huán)流（如行星風(fēng)帶）的關(guān)鍵因素。自轉(zhuǎn)速度越快，科里奧利參數(shù)f越大，對(duì)水平氣流的偏轉(zhuǎn)作用越強(qiáng)。這會(huì)導(dǎo)致：1）地轉(zhuǎn)平衡風(fēng)速在相同氣壓梯度下更大；2）氣流的偏轉(zhuǎn)更顯著，使得行星風(fēng)帶的緯度跨度更窄，急流更窄更強(qiáng)；3）更容易產(chǎn)生全球性的行星尺度波動(dòng)。反之，自轉(zhuǎn)速度越慢，風(fēng)帶越寬，急流越弱，全球性環(huán)流越不明顯?；鹦亲赞D(zhuǎn)慢，其大氣環(huán)流主要為局地性的。4.大氣中的波動(dòng)現(xiàn)象（如行星波）如何影響行星的環(huán)流系統(tǒng)？解析思路：大氣波動(dòng)（特別是行星波）是能量在垂直方向上傳遞的重要機(jī)制。行星波在高層向低層傳遞能量，補(bǔ)充低層因輻合而損失的能量，并在低層向高層傳遞能量，平衡高層的輻散。這種能量輸運(yùn)對(duì)于維持行星大氣環(huán)流，特別是赤道與極地之間的能量平衡至關(guān)重要。波動(dòng)還會(huì)通過與平均環(huán)流的相互作用，影響環(huán)流的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。例如，行星波會(huì)激發(fā)和調(diào)制急流，影響其位相和振幅。當(dāng)波動(dòng)能量累積到一定程度時(shí)，還可能觸發(fā)行星尺度環(huán)流模式（如行星風(fēng)帶）的調(diào)整或突然變化。五、論述題1.分析太陽輻射加熱不均是驅(qū)動(dòng)行星大氣環(huán)流的主要因素，并說明其作用機(jī)制。解析思路：太陽輻射是行星大氣能量最主要的來源。由于行星軌道、自轉(zhuǎn)軸傾角、大氣成分以及緯度等因素的差異，太陽輻射在行星表面的分布是不均勻的。這種輻射加熱的不均導(dǎo)致了行星表面和低層大氣的溫度差異。溫度差異產(chǎn)生了氣壓差異（暖處氣壓低，冷處氣壓高），進(jìn)而形成了氣壓梯度力。氣壓梯度力是驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)（即風(fēng)）的根本驅(qū)動(dòng)力，它促使空氣從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。在這個(gè)過程中，行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力會(huì)改變氣流的實(shí)際路徑，形成復(fù)雜的全球環(huán)流模式（如風(fēng)帶、急流等）。因此，太陽輻射加熱的不均是行星大氣環(huán)流的原始動(dòng)力來源，它通過驅(qū)動(dòng)氣壓梯度力，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)。沒有這種加熱不均，就沒有驅(qū)動(dòng)全球性大氣環(huán)流的動(dòng)力。2.比較火星和金星在行星風(fēng)場(chǎng)與大氣動(dòng)力學(xué)方面的主要差異及其可能的原因。解析思路：火星和金星是太陽系中與地球最相似的行星，但它們的大氣動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)出顯著差異。主要差異：*大氣密度與尺度高度：金星擁有極厚（約地球的90倍）且主要成分是二氧化碳的高壓大氣，尺度高度很大；火星大氣稀?。s地球的1%，主要成分是二氧化碳），尺度高度很小。*全球性環(huán)流模式：金星表面存在一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定、覆蓋全球的超級(jí)氣旋，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制可能與行星尺度波動(dòng)有關(guān)；火星大氣環(huán)流以局地性環(huán)流為主，全球性的行星風(fēng)帶不明顯。*風(fēng)速與風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)：金星表面風(fēng)速普遍較小且相對(duì)穩(wěn)定；火星風(fēng)速變化較大，且存在明顯的沙塵暴驅(qū)動(dòng)的局地強(qiáng)風(fēng)。*與地表的相互作用：金星地表溫度極高，大氣對(duì)流旺盛，但缺乏有效的地表與大氣的熱量交換機(jī)制（如水循環(huán)）；火星地表溫度低，大氣密度小，地表與大氣的熱量交換效率低，對(duì)流不易發(fā)展。可能的原因：*大氣總量與成分：金星巨大的CO2大氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致極高的地表溫度和巨大的氣壓梯度；火星大氣總量少，CO2含量相對(duì)低，且缺乏有效的溫室氣體（如水蒸氣）和水循環(huán)，導(dǎo)致大氣壓力低，溫室效應(yīng)弱。*