2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣邊界層與氣象學(xué)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.大氣邊界層（ABL）通常指的是哪個(gè)高度范圍？（）A.從地面到對流層頂B.從海平面到1000hPaC.從地面到大氣湍流活動(dòng)顯著減弱的高度D.從地面到平流層底部2.根據(jù)湍流交換理論，近地面層（層結(jié)穩(wěn)定）空氣垂直運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)因素是？（）A.氣壓梯度力B.地表加熱不均引起的壓力差異C.摩擦力D.重力3.Monin-Obukhov相似理論主要適用于哪個(gè)大氣層結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)？（）A.強(qiáng)不穩(wěn)定B.中性C.弱不穩(wěn)定D.慣性穩(wěn)定4.在中性層結(jié)條件下，風(fēng)速廊線符合哪個(gè)規(guī)律？（）A.對數(shù)律B.指數(shù)律C.拋物線律D.線性律5.海陸風(fēng)系形成的主要驅(qū)動(dòng)因素是？（）A.太陽輻射差異B.地形阻擋C.地表熱容量差異D.空氣濕度差異6.山谷風(fēng)環(huán)流中，白天通常形成的是？（）A.山風(fēng)B.谷風(fēng)C.兩者皆無D.兩者皆有，但強(qiáng)度不同7.探空儀主要用于測量？（）A.地表氣象要素B.低層大氣氣象要素C.高層大氣氣象要素D.地面到1000hPa的氣象要素8.氣象雷達(dá)主要用于探測？（）A.大氣中的液態(tài)水滴和冰晶B.大氣中的氣體成分C.地面溫度分布D.大氣風(fēng)場9.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）中的“初值”指的是什么？（）A.模式頂層的大氣狀態(tài)B.模式最底層的大氣狀態(tài)C.模式開始計(jì)算時(shí)整個(gè)大氣層的狀態(tài)D.地面觀測到的氣象要素值10.大氣邊界層對城市熱島效應(yīng)的形成有何影響？（）A.加劇熱島效應(yīng)，因?yàn)槌鞘薪ㄖ璧K熱量向上輻射B.減緩熱島效應(yīng)，因?yàn)槌鞘兄脖晃諢崃緾.削弱熱島效應(yīng)，因?yàn)檫吔鐚踊旌献饔肈.對熱島效應(yīng)影響不大二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線處）1.大氣邊界層內(nèi)的湍流交換主要依賴于__________和__________的梯度。2.根據(jù)熱量平衡原理，近地面熱量平衡方程通常包含輻射平衡、__________、__________和__________四個(gè)主要分量。3.大氣邊界層的高度受__________、__________和__________等多種因素影響。4.地表熱量通量、水分通量和動(dòng)量通量在近地面層通常滿足__________相似理論。5.利用高空探測氣球攜帶探空儀進(jìn)行氣象要素測量的方法稱為__________。三、名詞解釋（每小題3分，共12分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.摩擦層2.普朗特層3.邊界層厚度4.通量四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述大氣邊界層內(nèi)風(fēng)速廊線的基本特征。2.簡述海陸風(fēng)系形成的基本過程。3.簡述氣象衛(wèi)星在大氣邊界層研究中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。4.簡述數(shù)值模擬方法在研究大氣邊界層過程中的優(yōu)勢。五、計(jì)算題（6分。請根據(jù)以下條件完成計(jì)算）假設(shè)在近中性層結(jié)條件下，地表溫度為30°C，200米高度溫度為25°C。根據(jù)Monin-Obukhov相似理論，估算地表與200米高度之間的感熱通量（假設(shè)動(dòng)量通量為0，并使用經(jīng)驗(yàn)常數(shù)γ*=0.4m）。六、論述題（12分。請結(jié)合所學(xué)知識，深入分析和闡述下列問題）論述大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征及其物理過程對城市空氣質(zhì)量（特別是污染物擴(kuò)散）的影響，并說明在城市規(guī)劃或環(huán)境管理中應(yīng)考慮哪些因素。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.A5.A6.B7.C8.A9.C10.A二、填空題1.溫度，濕度2.地表感熱通量，地表潛熱通量，土壤熱通量3.時(shí)間，地理緯度，下墊面性質(zhì)4.普朗特5.氣象探空三、名詞解釋1.摩擦層：大氣邊界層最底層，靠近地表，風(fēng)速受地面摩擦力影響顯著減弱的薄層。2.普朗特層：在近地面層，動(dòng)量通量與熱量通量之間存在著確定的比例關(guān)系，這層被稱為普朗特層。3.邊界層厚度：通常指邊界層內(nèi)氣溫（或位溫）恢復(fù)到自由大氣標(biāo)準(zhǔn)高度（如2m高度或1000hPa等）溫度的99%時(shí)的垂直高度。4.通量：單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積某種物理量（如熱量、水分、動(dòng)量）的量，常用單位如瓦/平方米（熱量通量）、克/平方米·秒（水分通量）、米/秒2（動(dòng)量通量）。四、簡答題1.答：近地面層（通常指摩擦層和普朗特層）風(fēng)速隨高度增加而增大，符合對數(shù)律分布；在更高的邊界層（中性層結(jié)下為對數(shù)律層以上），風(fēng)速隨高度增加趨于線性增加，直至達(dá)到自由大氣風(fēng)速。2.答：白天，陸地升溫快于海洋，陸地上空空氣受熱膨脹上升，形成低壓，海洋上空相對形成高壓，空氣從海洋流向陸地，近地面形成海風(fēng)；夜間，陸地降溫快于海洋，陸地上空空氣冷卻收縮下沉，形成高壓，海洋上空相對形成低壓，空氣從陸地流向海洋，近地面形成陸風(fēng)。兩者共同構(gòu)成海陸風(fēng)系。3.答：氣象衛(wèi)星可提供大范圍、連續(xù)覆蓋的觀測資料，用于監(jiān)測云層分布、地表溫度、植被指數(shù)等，幫助反演邊界層高度、風(fēng)場結(jié)構(gòu)、邊界層內(nèi)的污染物濃度分布等，是研究邊界層物理過程和現(xiàn)象的重要工具。4.答：數(shù)值模擬可以再現(xiàn)邊界層結(jié)構(gòu)和物理過程，進(jìn)行無法進(jìn)行的實(shí)地觀測實(shí)驗(yàn)，能夠研究長時(shí)間序列或特定區(qū)域（如城市）的邊界層現(xiàn)象，并與其他模型（如大氣化學(xué)模型、城市冠層模型）耦合，模擬復(fù)雜系統(tǒng)，為天氣預(yù)報(bào)、環(huán)境評估等提供支持。五、計(jì)算題解：1.計(jì)算溫度梯度：Δθ/Δz=(θ_200-θ_0)/(z_200-z_0)=(25-30)/(200-0)=-0.025K/m2.計(jì)算穩(wěn)定度參數(shù)L：L=(γ*)*(z_0-z_m)/(θ_0-θ_m)，其中z_m為中性層結(jié)高度，通常取z_0/2。此處假設(shè)近中性，L≈0。γ*=0.4m。則L≈(0.4*0/30-25)≈0。當(dāng)L=0時(shí)，Monin-Obukhov相似理論簡化為：χ_H=(χ_M*L)/(z_0*(θ_0-θ_m))≈0。更準(zhǔn)確地說，在近中性條件下，χ_H與(θ_0-θ_m)的平方根成正比。但題目直接給出γ*，并要求估算，常用簡化處理或查表。若采用簡化公式χ_H≈γ**(θ_0-θ_m)/z_0（適用于L≈0或z/z_0?1），則：χ_H≈0.4*(30-25)/200=0.4*5/200=1/100=0.01W/m2/K（注：嚴(yán)格計(jì)算需考慮L值及查表獲取χ_H(L)，但題目條件簡化，此處采用常用簡化公式估算。）六、論述題答：大氣邊界層（ABL）是地表與自由大氣直接接觸的薄層，其結(jié)構(gòu)和物理過程對城市空氣質(zhì)量有顯著影響。首先，邊界層的高度和結(jié)構(gòu)決定了大氣湍流混合的強(qiáng)度和范圍。在穩(wěn)定邊界層中，湍流活動(dòng)較弱，大氣層結(jié)穩(wěn)定，污染物難以擴(kuò)散，易在近地面累積，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，尤其在城市峽谷等復(fù)雜下墊面條件下。而混合層的高度和厚度則直接決定了污染物能夠被稀釋和擴(kuò)散的最大高度?；旌蠈痈叨仍礁?，污染物擴(kuò)散空間越大，地面空氣質(zhì)量越好。城市熱島效應(yīng)會(huì)加劇邊界層混合，對改善空氣質(zhì)量有利，但同時(shí)也可能將污染物向上輸送。其次，邊界層內(nèi)的物理過程，如熱通量、水分通量和動(dòng)量通量，影響污染物的源匯和輸送。地表加熱產(chǎn)生的熱力對流可以發(fā)展成熱力邊界層，促進(jìn)近地面污染物向上輸送和擴(kuò)散。城市地表粗糙度增大摩擦力，改變近地面風(fēng)速場，影響污染物的擴(kuò)散路徑和速度。建筑物的存在還會(huì)產(chǎn)生繞流、渦流等復(fù)雜流場，進(jìn)一步影響污染物濃度分布。在城市規(guī)劃和環(huán)境管理中，應(yīng)考慮以下因素以改善邊界層結(jié)構(gòu)和空氣質(zhì)量：1.合理規(guī)劃城市空