2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——風(fēng)暴強(qiáng)度變化與氣象瞬變分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種天氣系統(tǒng)通常與強(qiáng)對(duì)流天氣（如冰雹、龍卷風(fēng)）聯(lián)系最為密切？A.熱帶氣旋B.溫帶氣旋C.季風(fēng)槽D.單個(gè)強(qiáng)雷暴系統(tǒng)2.熱帶氣旋增強(qiáng)的關(guān)鍵因素之一是低層高濕度，這主要是為了滿足其能量轉(zhuǎn)換過程中的什么需求？A.提供正壓不穩(wěn)定能量B.補(bǔ)充環(huán)境暖平流C.滿足凝結(jié)潛熱釋放的需求D.增加熱帶洋面的風(fēng)切變3.在天氣圖分析中，判斷一個(gè)低壓系統(tǒng)是否為溫帶氣旋發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)是？A.中心氣壓最低值的大小B.500hPa高度場(chǎng)上是否有明顯的短波槽配合C.地面風(fēng)場(chǎng)是否呈明顯的氣旋性輻合D.700hPa風(fēng)場(chǎng)上是否有明顯的切變線4.多普勒天氣雷達(dá)能夠探測(cè)到風(fēng)暴內(nèi)部的風(fēng)向和風(fēng)速信息，這主要依賴于什么物理原理？A.光的折射B.電磁波的反射和散射C.聲波的傳播速度D.大氣溫度的垂直分布5.對(duì)流有效位能（CAPE）代表的是大氣中可用于驅(qū)動(dòng)上升氣塊做的功的潛力，它的大小主要與以下哪個(gè)因素正相關(guān)？A.對(duì)流層頂?shù)母叨菳.大氣低層的濕度C.大氣中層的溫度垂直遞減率D.大氣低層的風(fēng)速6.在分析衛(wèi)星云圖時(shí)，識(shí)別熱帶氣旋中心位置通常依據(jù)的是？A.最大的云頂亮溫區(qū)B.云眼的存在及其特征C.最強(qiáng)的降水回波中心D.氣旋中心的海平面氣壓值7.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）模式輸出的渦度場(chǎng)在分析中主要用來(lái)判斷？A.降水落區(qū)B.大氣穩(wěn)定度C.氣流的旋轉(zhuǎn)方向和強(qiáng)度D.風(fēng)向的水平變化8.以下哪種環(huán)境條件最不利于熱帶氣旋的生成和維持？A.高海表溫度（SST）B.高緯度地區(qū)C.小的垂直風(fēng)切變D.大氣中高含水汽量9.在分析雷暴風(fēng)暴結(jié)構(gòu)時(shí)，雷達(dá)回波中“鉤狀回波”的出現(xiàn)通常指示？A.強(qiáng)烈的降水區(qū)域B.風(fēng)暴前部的下沉氣流和可能的冰雹C.風(fēng)暴后部的上升氣流D.風(fēng)暴的成熟階段10.全球變暖背景下，關(guān)于熱帶氣旋潛在變化的研究認(rèn)為其強(qiáng)度可能增加，主要原因是？A.風(fēng)切變普遍減弱B.大氣可降水量顯著減少C.熱帶洋面溫度升高提供了更多能量D.地球自轉(zhuǎn)速度加快二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述影響熱帶氣旋強(qiáng)度變化的主要環(huán)境因素及其作用機(jī)制。2.簡(jiǎn)述CAPE和CIN的概念及其在判斷對(duì)流潛力的作用。3.簡(jiǎn)述溫帶氣旋發(fā)展過程中，環(huán)境流場(chǎng)（如正渦度平流、正散度平流）對(duì)其加強(qiáng)的促進(jìn)作用。4.簡(jiǎn)述多普勒天氣雷達(dá)獲取風(fēng)暴徑向速度信息的基本原理及其分析意義。5.簡(jiǎn)述利用紅外衛(wèi)星云圖判斷鋒面系統(tǒng)類型（冷鋒、暖鋒、靜止鋒）的主要依據(jù)。6.簡(jiǎn)述風(fēng)暴強(qiáng)度變化與氣候變化之間可能存在的聯(lián)系（請(qǐng)列舉至少兩點(diǎn)）。三、分析題（共50分）1.（15分）假設(shè)你分析了一份天氣圖，發(fā)現(xiàn)有一低壓系統(tǒng)正在發(fā)展。請(qǐng)你描述判斷該低壓系統(tǒng)是溫帶氣旋還是熱帶氣旋（或副熱帶氣旋）的主要依據(jù)，并簡(jiǎn)述其各自發(fā)展加強(qiáng)的主要機(jī)制有何不同。2.（15分）假設(shè)你收到了一次強(qiáng)雷暴的天氣雷達(dá)回波資料分析。請(qǐng)描述你將如何從雷達(dá)回波特征（如回波強(qiáng)度、形態(tài)、速度場(chǎng)等）中分析判斷該雷暴是否具有產(chǎn)生大冰雹或龍卷風(fēng)的潛力？請(qǐng)列舉至少三個(gè)關(guān)鍵的雷達(dá)指標(biāo)及其含義。3.（20分）設(shè)有一個(gè)熱帶氣旋位于海面上，環(huán)境條件有利其加強(qiáng)。請(qǐng)你結(jié)合所學(xué)知識(shí)，分析其內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換的主要過程（例如，暖濕空氣從哪里來(lái)？如何轉(zhuǎn)化為風(fēng)暴的動(dòng)能和勢(shì)能？），并說明海溫在其中扮演了怎樣的關(guān)鍵角色。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.B5.C6.B7.C8.B9.B10.C二、簡(jiǎn)答題1.影響熱帶氣旋強(qiáng)度變化的主要環(huán)境因素及其作用機(jī)制：*海表溫度（SST）：高SST提供大量水汽和潛熱，是風(fēng)暴能量的主要來(lái)源。SST越高，能量輸入越強(qiáng)，有利于風(fēng)暴增強(qiáng)。*環(huán)境垂直風(fēng)切變：垂直風(fēng)切變是指風(fēng)向和風(fēng)速隨高度的差異。小的垂直風(fēng)切變有利于垂直柱狀暖濕空氣組織發(fā)展和維持，有利于風(fēng)暴增強(qiáng)；大的垂直風(fēng)切變會(huì)破壞風(fēng)暴垂直結(jié)構(gòu)，阻礙其增強(qiáng)甚至導(dǎo)致減弱。*大氣濕度：低層大氣濕度大，意味著有更多的水汽可用于凝結(jié)放熱，從而提供額外的能量，有利于風(fēng)暴增強(qiáng)。*環(huán)境穩(wěn)定度：大氣穩(wěn)定度影響對(duì)流發(fā)展的效率。不穩(wěn)定大氣有利于對(duì)流釋放潛熱，促進(jìn)風(fēng)暴發(fā)展。2.CAPE（對(duì)流有效位能）和CIN（慣性穩(wěn)定能量）的概念及其在判斷對(duì)流潛力的作用：*CAPE（對(duì)流有效位能）：指在絕熱、有摩擦的條件下，一團(tuán)具有比周圍環(huán)境更暖、更濕的空氣（抬升凝結(jié)高度LCL），從地面抬升到對(duì)流頂（CT）時(shí)所能釋放的最大潛在能量。它代表大氣中可用于驅(qū)動(dòng)上升氣塊做的功的潛力。*CIN（慣性穩(wěn)定能量）：指在抬升過程中，如果氣塊經(jīng)過一個(gè)潛在不穩(wěn)定層（其環(huán)境比氣塊本身更不穩(wěn)定，即溫度遞減率大于干絕熱遞減率）時(shí)，需要克服的“穩(wěn)定”層所代表的能量“壁壘”。它代表阻止或抑制對(duì)流發(fā)展的能量。*作用：CAPE越大，表示驅(qū)動(dòng)對(duì)流發(fā)展的能量潛力越大，對(duì)流越強(qiáng)。CIN越大，表示抑制對(duì)流發(fā)展的阻力越大。通常，CAPE顯著大于CIN的環(huán)境有利于強(qiáng)對(duì)流的發(fā)生。3.溫帶氣旋發(fā)展過程中，環(huán)境流場(chǎng)對(duì)其加強(qiáng)的促進(jìn)作用：*正渦度平流（PositiveVorticityAdvection,PVA）：指氣旋性渦度（正渦度）的空氣向氣旋中心流入。這會(huì)增強(qiáng)氣旋中心附近的渦度，使氣旋旋轉(zhuǎn)更強(qiáng)烈，動(dòng)力上有利于氣旋發(fā)展和加深。*正散度平流（PositiveDivergenceAdvection,PDA）：指輻散氣流的空氣向氣旋中心流入。這會(huì)增加氣旋中心附近低層的輻散，有利于暖濕空氣的匯聚和抬升，促進(jìn)云層發(fā)展和加強(qiáng)，并提供能量。4.多普勒天氣雷達(dá)獲取風(fēng)暴徑向速度信息的基本原理及其分析意義：*基本原理：多普勒雷達(dá)向風(fēng)暴發(fā)射電磁波，電磁波被風(fēng)暴中的降水粒子（如雨滴、冰晶）散射后返回雷達(dá)。由于風(fēng)暴中不同位置的粒子相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度不同（靠近或遠(yuǎn)離雷達(dá)），導(dǎo)致返回信號(hào)的頻率發(fā)生多普勒頻移。通過測(cè)量這種頻移量，就可以計(jì)算出每個(gè)雷達(dá)單元內(nèi)降水粒子的平均徑向速度（即靠近或遠(yuǎn)離雷達(dá)的速度）。*分析意義：徑向速度場(chǎng)是分析風(fēng)暴內(nèi)部動(dòng)力結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)特征的關(guān)鍵。通過分析速度場(chǎng)，可以判斷風(fēng)暴中是否存在強(qiáng)旋轉(zhuǎn)（識(shí)別龍卷風(fēng)渦旋、氣旋性風(fēng)場(chǎng)）、識(shí)別風(fēng)暴的不同象限（如inflow區(qū)、outflow區(qū)）、分析上升和下沉氣流的位置與強(qiáng)度、判斷風(fēng)暴的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)演變。5.利用紅外衛(wèi)星云圖判斷鋒面系統(tǒng)類型（冷鋒、暖鋒、靜止鋒）的主要依據(jù)：*云頂亮溫（云頂高度）：冷鋒和暖鋒通常伴隨著云系的急劇傾斜和位移。冷鋒過境時(shí)，云頂亮溫（colder/morereflectiveclouds）呈楔狀傾斜伸向冷氣團(tuán)一側(cè)。暖鋒過境時(shí)，云頂亮溫呈圓弧狀或舌狀伸向暖氣團(tuán)一側(cè)。靜止鋒通常表現(xiàn)為云帶呈近似直線狀或波浪狀，平行于鋒面，云頂亮溫變化相對(duì)平緩。*云型與結(jié)構(gòu)：冷鋒云系通常為高層卷云、高層云、中云和低云混合，結(jié)構(gòu)緊湊，移動(dòng)迅速。暖鋒云系通常為高層云、高云和低云，呈斜鋪的羽流狀，結(jié)構(gòu)較松散，移動(dòng)緩慢。靜止鋒云系常為層狀云，如高層云、雨層云，有時(shí)伴有地形影響形成的地形云，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，移動(dòng)緩慢或停滯。*結(jié)合紅外和可見光云圖：紅外云圖主要反映云頂溫度，溫差大處（冷區(qū)）有助于識(shí)別鋒面?？梢姽庠茍D則反映云底特征和云層結(jié)構(gòu)，有助于進(jìn)一步確認(rèn)鋒面類型。6.風(fēng)暴強(qiáng)度變化與氣候變化之間可能存在的聯(lián)系：*全球變暖導(dǎo)致海溫升高：海溫是熱帶氣旋能量的主要來(lái)源。全球變暖背景下，熱帶洋面溫度升高，為熱帶氣旋提供了更強(qiáng)的能量，可能導(dǎo)致其最大風(fēng)速、降水率等增強(qiáng)。*全球變暖可能改變風(fēng)切變分布：氣候變化可能影響大氣環(huán)流，進(jìn)而改變熱帶地區(qū)的垂直風(fēng)切變分布。垂直風(fēng)切變是限制熱帶氣旋增強(qiáng)的關(guān)鍵因素之一。某些區(qū)域風(fēng)切變可能減小，有利于氣旋增強(qiáng)；而在另一些區(qū)域，風(fēng)切變可能增大，不利于氣旋增強(qiáng)或維持。*全球變暖增加大氣水汽含量：溫度升高導(dǎo)致大氣能容納更多水汽。更強(qiáng)的水汽通量不僅為對(duì)流提供了更多能量（潛熱釋放），也可能導(dǎo)致極端降水事件（與強(qiáng)對(duì)流或氣旋相關(guān)）的強(qiáng)度增加。三、分析題1.判斷低壓系統(tǒng)是溫帶氣旋還是熱帶氣旋（或副熱帶氣旋）的主要依據(jù)，并簡(jiǎn)述其各自發(fā)展加強(qiáng)的主要機(jī)制的不同：*主要判斷依據(jù)：*中心氣壓性質(zhì)：熱帶氣旋中心為低壓，氣壓梯度力是主要驅(qū)動(dòng)力，中心氣壓低且下降迅速。溫帶氣旋中心氣壓相對(duì)較高（比熱帶氣旋低，但比周圍高），其發(fā)展加強(qiáng)與冷暖空氣的相互作用密切相關(guān)。*主導(dǎo)能量來(lái)源：熱帶氣旋主要能量來(lái)源于暖濕空氣的輻合抬升和海表溫度提供的熱量。溫帶氣旋主要能量來(lái)源于冷暖空氣的位能釋放。*環(huán)境風(fēng)場(chǎng)：熱帶氣旋形成于自由大氣，周圍環(huán)境風(fēng)切變小。溫帶氣旋形成于行星波槽中，環(huán)境風(fēng)切變是其發(fā)展和加強(qiáng)的重要條件（正渦度平流和正散度平流）。*垂直結(jié)構(gòu)：熱帶氣旋通常是柱狀對(duì)稱結(jié)構(gòu)，垂直發(fā)展強(qiáng)。溫帶氣旋結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，水平范圍大，垂直發(fā)展受環(huán)境條件約束。*移動(dòng)路徑：熱帶氣旋通常沿?zé)釒б龑?dǎo)氣流（如副熱帶高壓邊緣）移動(dòng)，路徑相對(duì)穩(wěn)定。溫帶氣旋受大型天氣系統(tǒng)引導(dǎo)，路徑變化多樣。*發(fā)展加強(qiáng)機(jī)制的不同：*熱帶氣旋：主要通過環(huán)境暖濕空氣的強(qiáng)烈輻合和向中心流入，使暖濕空氣在低層輻合上升，高層散出，釋放大量潛熱。同時(shí)，海溫提供持續(xù)的能量補(bǔ)充。小風(fēng)切變有利于垂直結(jié)構(gòu)的維持和發(fā)展。核心機(jī)制是正壓不穩(wěn)定和潛熱釋放的耦合。*溫帶氣旋：主要通過冷暖空氣的強(qiáng)烈相互作用。冷氣團(tuán)主動(dòng)向暖氣團(tuán)推進(jìn)，形成鋒面。暖濕空氣在鋒面附近被抬升，釋放潛熱，導(dǎo)致鋒面氣旋性加強(qiáng)（正渦度平流和正散度平流）。其強(qiáng)度也與環(huán)境水汽含量、垂直風(fēng)切變（提供旋轉(zhuǎn)和動(dòng)力發(fā)展條件）以及行星波背景有關(guān)。2.從雷達(dá)回波特征分析強(qiáng)雷暴產(chǎn)生大冰雹或龍卷風(fēng)的潛力：*回波強(qiáng)度（強(qiáng)度指標(biāo)）：*大冰雹潛力：出現(xiàn)超過55-60dBZ的強(qiáng)回波區(qū)，特別是回波頂高（EchoTop）非常高（如超過12-18km）。高強(qiáng)度的回波通常意味著存在強(qiáng)大的上升氣流和充足的水汽，是產(chǎn)生大冰雹的必要條件之一。*龍卷風(fēng)潛力：出現(xiàn)超過65-70dBZ甚至更高的極端強(qiáng)回波（Supercell特征）。極端強(qiáng)回波指示風(fēng)暴中有深厚的、組織良好的上升氣流。此外，孤立的、高聳的穹頂狀回波（CD）（有時(shí)被描述為“帽子”狀）是超級(jí)單體產(chǎn)生龍卷風(fēng)的強(qiáng)指示器。*回波形態(tài)（形態(tài)指標(biāo)）：*大冰雹潛力：鉤狀回波（HookEcho）的出現(xiàn)，指示風(fēng)暴前部存在下沉氣流和可能的對(duì)流不穩(wěn)定性區(qū)域，是超級(jí)單體風(fēng)暴的特征，常與強(qiáng)烈的上升氣流和大型冰雹相聯(lián)系。強(qiáng)回波覆蓋范圍大且呈盾狀（ShieldEcho）也是大冰雹的常見特征。*龍卷風(fēng)潛力：鉤狀回波，特別是其尖端指向風(fēng)暴主體（指狀特征，StingerEcho），強(qiáng)烈暗示存在龍卷風(fēng)潛勢(shì)。漏斗云（FunnelCloud）的出現(xiàn)（需要結(jié)合可見光或紅外云圖判斷）直接表明有龍卷風(fēng)生成。*徑向速度場(chǎng)（速度指標(biāo)）：*大冰雹潛力：在強(qiáng)回波區(qū)內(nèi)部，特別是鉤狀回波尖端附近，存在明顯的徑向速度輻合，指示強(qiáng)烈的上升氣流。存在“紅色瓣”（RedDongle），即靠近風(fēng)暴中心的高速度區(qū)，通常預(yù)示著強(qiáng)烈的上升氣流和可能的下?lián)舯┝鳎―ownburst），常伴隨大冰雹。*龍卷風(fēng)潛力：在強(qiáng)回波區(qū)（尤其是超級(jí)單體強(qiáng)回波核心或鉤狀回波尖端）存在反氣旋式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，北半球），這可以通過分析徑向速度場(chǎng)（如判讀速度矢量輻合或輻散的垂直結(jié)構(gòu)）或使用特殊算法（如旋轉(zhuǎn)動(dòng)量圖像）來(lái)識(shí)別。這是龍卷風(fēng)渦旋存在的直接證據(jù)。3.熱帶氣旋內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換過程及海溫作用：*能量轉(zhuǎn)換過程：1.熱力來(lái)源（海溫）：熱帶洋面溫暖（通常>26.5°C），蒸發(fā)產(chǎn)生大量暖濕空氣。這些空氣富含水汽和潛在熱量。2.初始抬升：暖濕空氣受到科里奧利力影響開始輻合向低壓中心流動(dòng)，或在波動(dòng)引導(dǎo)下被抬升。3.潛熱釋放：被抬升的暖濕空氣達(dá)到飽和后，水汽凝結(jié)成云，釋放大量的凝結(jié)潛熱。這股熱量使得上升氣流進(jìn)一步變暖、變輕，加速上升。4.正壓不穩(wěn)定：上升氣流中的暖濕空氣柱變得比周圍環(huán)境空氣更輕（密度更低），形成正壓不穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)一步促進(jìn)了垂直發(fā)展和更多的暖濕空氣卷入。5.能量轉(zhuǎn)換：在這個(gè)過程中，初始的熱能（來(lái)自海面）和水汽潛