2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——氣象預(yù)測技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.以下哪一項不是數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）系統(tǒng)的主要組成部分？(A)觀測系統(tǒng)(B)模式動力學(xué)(C)統(tǒng)計訂正(D)模式輸出2.集合天氣預(yù)報的主要目的是什么？(A)提高預(yù)報精度(B)提供確定性預(yù)報(C)評估模式誤差(D)減少預(yù)報成本3.統(tǒng)計天氣預(yù)報主要依賴哪些信息？(A)模式輸出(B)實時觀測數(shù)據(jù)(C)歷史天氣數(shù)據(jù)(D)以上所有4.以下哪種方法不屬于常用的模式數(shù)據(jù)同化技術(shù)？(A)三維變分同化（3D-Var）(B)四維變分同化（4D-Var）(C)卡爾曼濾波(D)人工智能同化5.人工智能在氣象預(yù)測中主要應(yīng)用于哪些方面？(A)模式數(shù)據(jù)同化(B)降尺度預(yù)測(C)極端事件預(yù)測(D)以上所有6.全球氣象預(yù)報能力的提升主要得益于哪些因素的改進？(A)觀測系統(tǒng)的完善(B)數(shù)值預(yù)報模式的發(fā)展(C)計算資源的增加(D)以上所有7.區(qū)域氣象預(yù)報的主要挑戰(zhàn)是什么？(A)分辨率的限制(B)數(shù)據(jù)同化的難度(C)小尺度現(xiàn)象的模擬(D)以上所有8.氣候變化對氣象預(yù)測產(chǎn)生了哪些影響？(A)增加了極端天氣事件的發(fā)生頻率(B)改變了大氣環(huán)流模式(C)增加了天氣預(yù)報的不確定性(D)以上所有9.高分辨率氣象預(yù)測的主要優(yōu)勢是什么？(A)提高預(yù)報精度(B)改善災(zāi)害預(yù)警能力(C)降低計算成本(D)以上所有10.氣象預(yù)報服務(wù)的行業(yè)應(yīng)用主要包括哪些領(lǐng)域？(A)農(nóng)業(yè)(B)交通(C)水利(D)以上所有二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）模式的基本原理是______。2.集合天氣預(yù)報通過引入______來模擬模式的不確定性。3.統(tǒng)計預(yù)報方法中，______是一種常用的回歸分析方法。4.人工智能在氣象預(yù)測中，______是一種常用的機器學(xué)習(xí)算法。5.全球觀測系統(tǒng)中，______是獲取大范圍氣象數(shù)據(jù)的重要手段。6.區(qū)域數(shù)值天氣預(yù)報模式通常采用______技術(shù)來提高預(yù)報精度。7.極端天氣事件的預(yù)報預(yù)警需要結(jié)合______和______技術(shù)。8.高分辨率氣象預(yù)測對______資源的需求較大。9.氣象預(yù)報服務(wù)的公眾服務(wù)需要考慮______和______等因素。10.未來氣象預(yù)測技術(shù)的發(fā)展趨勢包括______、______和______。三、簡答題（每題5分，共25分。請簡要回答下列問題。）1.簡述數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）模式的基本流程。2.解釋集合天氣預(yù)報的概念及其主要優(yōu)勢。3.比較統(tǒng)計天氣預(yù)報和數(shù)值天氣預(yù)報的優(yōu)缺點。4.說明人工智能在氣象預(yù)測中面臨的主要挑戰(zhàn)。5.描述全球氣象預(yù)報能力提升的主要表現(xiàn)。四、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，回答下列問題。）1.分析高分辨率氣象預(yù)測的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)。2.討論人工智能如何改變未來的氣象預(yù)報服務(wù)。3.結(jié)合實例，說明氣象預(yù)測技術(shù)在應(yīng)對氣候變化方面的作用。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(D)4.(D)5.(D)6.(D)7.(D)8.(D)9.(A)10.(D)二、填空題1.大氣動力學(xué)和熱力學(xué)方程的數(shù)值求解2.隨機擾動3.線性回歸4.深度學(xué)習(xí)5.衛(wèi)星遙感6.嵌套網(wǎng)格7.數(shù)值預(yù)報，統(tǒng)計方法8.計算9.個性化，精準(zhǔn)化10.多源數(shù)據(jù)融合，人工智能深度融合，智能化服務(wù)三、簡答題1.數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）模式的基本流程包括：大氣初始化（利用觀測數(shù)據(jù)進行模式初始場設(shè)定）、模式積分（利用數(shù)值方法求解大氣動力學(xué)和熱力學(xué)方程，進行時間推進）、模式輸出（輸出預(yù)報時刻的模式狀態(tài)變量）、后處理（對模式輸出進行質(zhì)量控制、診斷分析等）。2.集合天氣預(yù)報通過構(gòu)建多個不同的初始場或模式方案，模擬大氣系統(tǒng)的內(nèi)在不確定性和模式誤差，從而提供一組概率性的預(yù)報結(jié)果。其主要優(yōu)勢在于能夠給出預(yù)報誤差的范圍和概率分布，提高對極端事件發(fā)生可能性的評估能力。3.統(tǒng)計天氣預(yù)報主要利用歷史天氣數(shù)據(jù)和天氣要素之間的統(tǒng)計關(guān)系進行預(yù)報。優(yōu)點是計算簡單、快速，對于一些難以用模式模擬的小尺度現(xiàn)象或非線性關(guān)系可能更有效；缺點是依賴于歷史數(shù)據(jù)的有效性，對初始場和模式誤差的依賴性較大，預(yù)報精度通常低于數(shù)值預(yù)報。數(shù)值天氣預(yù)報基于物理方程，能夠模擬大氣過程的物理機制，精度較高，尤其對于大尺度系統(tǒng)；缺點是模式本身存在誤差，計算復(fù)雜，且對小尺度現(xiàn)象的模擬能力有限。4.人工智能在氣象預(yù)測中面臨的主要挑戰(zhàn)包括：氣象數(shù)據(jù)的時空分辨率和復(fù)雜度對算法的要求很高；需要大量高質(zhì)量的標(biāo)注數(shù)據(jù)進行模型訓(xùn)練；模型的可解釋性和物理意義理解不足；算法的魯棒性和泛化能力有待提高；計算資源需求巨大。5.全球氣象預(yù)報能力提升的主要表現(xiàn)包括：全球觀測系統(tǒng)的不斷完善，獲取的數(shù)據(jù)范圍更廣、精度更高；全球數(shù)值預(yù)報模式的水平不斷提升，分辨率越來越高，物理過程參數(shù)化方案更先進；全球預(yù)報時效不斷延長，預(yù)報精度有所提高；氣象預(yù)報產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，服務(wù)能力不斷增強。四、論述題1.高分辨率氣象預(yù)測的應(yīng)用前景廣闊，例如在航空航天氣象、災(zāi)害性天氣預(yù)警（如強對流、冰雹、暴雨）、農(nóng)業(yè)精細化管理、城市環(huán)境模擬等方面具有重要價值。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：計算資源需求巨大，對高性能計算集群的要求很高；數(shù)據(jù)同化難度加大，需要更先進的數(shù)據(jù)同化技術(shù)來處理高分辨率數(shù)據(jù)；小尺度現(xiàn)象模擬的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性仍需提高；預(yù)報產(chǎn)品的不確定性分析更加復(fù)雜；成本高，應(yīng)用推廣受到限制。2.人工智能將深刻改變未來的氣象預(yù)報服務(wù)。首先，基于機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的算法能夠更有效地處理海量氣象數(shù)據(jù)，提高預(yù)報精度，特別是對于極端天氣事件和中小尺度現(xiàn)象的預(yù)測。其次，人工智能可以實現(xiàn)更智能的預(yù)報產(chǎn)品生成和定制化服務(wù)，根據(jù)用戶需求提供不同時空分辨率和精度的預(yù)報信息。此外，人工智能可以用于氣象災(zāi)害的智能識別和預(yù)警，提高預(yù)警的及時性和準(zhǔn)確性。人工智能還可以與數(shù)值預(yù)報和統(tǒng)計預(yù)報深度融合，構(gòu)建更強大的混合預(yù)報系統(tǒng)。最后，人工智能驅(qū)動的自動化氣象預(yù)報平臺將大大提高預(yù)報效率和服務(wù)水平。3.氣象預(yù)測技術(shù)在應(yīng)對氣候變化方面發(fā)揮著重要作用。首先，通過提供更準(zhǔn)確、更長期的氣候預(yù)測和氣候變化情景，幫助社會了解未來氣候變化的影響，為制定適應(yīng)策略提供科學(xué)依據(jù)。其次，