2025年大學《海洋技術》專業(yè)題庫——海洋技術在海洋與氣候變化關系中的研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填在題后括號內）1.以下哪項不是海洋變暖對海洋生態(tài)系統(tǒng)的主要負面影響？A.海洋生物生理節(jié)奏紊亂B.海洋酸化加劇C.某些物種分布范圍向高緯度遷移D.水體分層加劇2.能夠從海面向下進行大范圍、多參數(shù)原位實時觀測的海洋技術是？A.衛(wèi)星遙感B.海底觀測網(wǎng)C.深海浮標D.水下機器人（AUV/ROV）3.測量海面高度變化的衛(wèi)星主要利用了以下哪種物理原理？A.光學成像B.激光雷達C.電磁波測距D.聲學多普勒測速4.海洋數(shù)據(jù)質量控制中，對于時間序列數(shù)據(jù)異常值的識別，常用的方法不包括？A.簡單閾值法B.統(tǒng)計分析（如標準差）C.數(shù)據(jù)融合技術D.時間序列平滑濾波5.海洋環(huán)流模型在研究氣候變化中的作用主要是？A.直接監(jiān)測海洋酸化程度B.預測未來海平面上升幅度C.評估大氣CO2濃度對海洋的影響D.控制海洋漁業(yè)資源數(shù)量6.用于測量海水溫度和鹽度的標準儀器是？A.浮游生物網(wǎng)B.海洋浮標C.立管式溫鹽深儀（CTD）D.聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）7.全球變暖導致海平面上升的主要機制中，最主要的是？A.格陵蘭和南極冰蓋的融化B.海水溫度升高導致海水膨脹（熱膨脹）C.地球自轉速度變化D.極地海冰融化8.以下哪項技術主要用于監(jiān)測海洋中溶解氧含量的時空變化？A.海面高度計B.海洋生物聲納（BIOS）C.原位溶解氧傳感器D.懸浮泥沙監(jiān)測雷達9.海氣相互作用對氣候變化至關重要，其主要能量交換過程是指？A.海洋向大氣的熱量輸送B.大氣向海洋的二氧化碳通量C.海洋蒸發(fā)和降水過程D.以上都是10.鑒于氣候變化觀測的長期性和復雜性，哪項技術被認為是構建長期、連續(xù)觀測網(wǎng)絡的關鍵？A.船載溢流計B.衛(wèi)星遙感C.海底觀測網(wǎng)（CabledOceanObservingSystems）D.水下機器人（AUV）二、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述海洋酸化對海洋生物鈣化過程的主要影響機制。2.簡述使用衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測海表溫度的主要原理及其局限性。3.簡述建立和運行一個大型海底觀測網(wǎng)（COOS）需要克服的主要技術挑戰(zhàn)。4.簡述厄爾尼諾/拉尼娜現(xiàn)象對全球氣候產生影響的可能途徑。三、論述題（每小題10分，共30分）1.論述多普勒測速原理在海洋聲學探測技術（如ADCP、多普勒海流計）中的應用及其在氣候變化研究中的作用。2.論述海洋浮標（特別是系泊浮標和深海浮標）在綜合海洋環(huán)境監(jiān)測，特別是與氣候變化相關參數(shù)監(jiān)測中的重要作用及其類型特點。3.結合實例，論述海洋數(shù)據(jù)同化技術在融合多源、多時尺度海洋觀測數(shù)據(jù)，改進海洋環(huán)流和氣候模式預測能力方面的重要性。四、案例分析題（15分）海洋變率（如ENSO）對全球氣候和天氣具有顯著影響。請結合海洋監(jiān)測技術（如衛(wèi)星遙感、浮標、AUV等）的應用，分析如何監(jiān)測海洋變率的關鍵要素（如海表溫度、海表高度、風場、上層海洋環(huán)流等），并闡述這些監(jiān)測信息對于理解和預測氣候異常事件（如厄爾尼諾/拉尼娜）的意義。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.B6.C7.B8.C9.D10.C二、簡答題1.海洋酸化導致海水pH值下降，碳酸鹽離子（CO3^2-）濃度降低。這降低了碳酸鈣（CaCO3）的飽和度，使得海洋生物（如珊瑚、貝類、部分浮游生物）構建鈣化骨骼或外殼的過程更加困難，需要消耗更多能量，甚至可能導致鈣化率降低，影響其生存和生長。2.衛(wèi)星遙感主要通過探測海表發(fā)射或反射的電磁波（主要是紅外和微波）來遙感海表溫度（SST）。紅外輻射與溫度密切相關，溫度越高，紅外輻射越強；微波高度計通過測量衛(wèi)星到海面的距離變化來估算海面高度，海面高度變化與海面溫度（熱膨脹）和海面壓力（淡水輸入）有關，間接反映SST。局限性包括：空間分辨率有限；易受云層、海冰、船舶油污等干擾；遙感反演精度受多種因素影響，需要結合其他數(shù)據(jù)校正。3.主要挑戰(zhàn)包括：深海布放和回收AUV/ROV的成本高、技術難度大；水下長期供電困難（多依賴電池，需定期更換）；海底惡劣環(huán)境（高壓、腐蝕、海嘯等）對設備防護要求極高；水下通信帶寬低、延遲高，數(shù)據(jù)傳輸受限；數(shù)據(jù)傳輸和處理的實時性與效率問題；網(wǎng)絡建設和維護的復雜性及成本。4.厄爾尼諾/拉尼娜導致熱帶太平洋海表溫度異常變化，進而影響大氣環(huán)流（如信風、沃克環(huán)流）。海溫異常會改變大氣中的水汽含量和熱量輸送，可能引發(fā)全球范圍內的極端天氣事件（如干旱、洪澇、異常熱浪/寒潮）。例如，厄爾尼諾期間，美洲西海岸可能干旱，而澳大利亞東部可能多雨；拉尼娜期間則相反。這種通過海氣相互作用傳遞的異常信號，最終影響全球氣候模式。三、論述題1.多普勒測速原理基于多普勒效應，即波源與接收者相對運動時，接收者接收到的波頻會發(fā)生變化。在海洋聲學探測中，聲波發(fā)射器向水體發(fā)射聲脈沖，被水體中的散射體（如氣泡、生物、沙粒）散射后由接收器接收。如果散射體相對于聲源/接收器有相對運動，接收到的散射聲波頻率會相對于發(fā)射頻率發(fā)生偏移。通過精確測量這種頻率偏移（多普勒頻移），并利用聲速知識，可以反演出散射體的運動速度。ADCP利用此原理測量水體流速，多普勒海流計利用換能器相對安裝測量流速或洋流。該技術在氣候變化研究中作用重大，可用于：獲取大范圍、高分辨率的上層海洋環(huán)流和溫鹽結構數(shù)據(jù)，用于驅動和驗證海洋環(huán)流模型；監(jiān)測溫躍層、鋒面等關鍵海洋現(xiàn)象的變異；研究海洋混合過程及其對碳循環(huán)的影響；為氣候模式提供關鍵的邊界條件數(shù)據(jù)。2.海洋浮標是部署在海洋中用于長期、自動監(jiān)測海洋環(huán)境參數(shù)的關鍵技術工具。它們在氣候變化研究中作用至關重要：首先，能夠提供高時間分辨率（分鐘級到天級）的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，捕捉海洋環(huán)境的動態(tài)變化和短期事件（如溫鹽躍變、風暴影響），這是衛(wèi)星遙感等手段難以做到的；其次，可以部署在衛(wèi)星覆蓋不到的深海、極地等關鍵區(qū)域，實現(xiàn)全球觀測網(wǎng)的覆蓋；再次，可搭載多種傳感器，實現(xiàn)溫、鹽、壓、氧、營養(yǎng)鹽、葉綠素、波、風、氣壓等多種參數(shù)的綜合觀測，為理解海洋碳循環(huán)、生物地球化學過程對氣候變化的響應提供數(shù)據(jù)基礎；最后，其長期運行數(shù)據(jù)對于評估氣候變化趨勢、驗證模型至關重要。根據(jù)功能和環(huán)境，浮標主要分為：表面浮標（監(jiān)測表層參數(shù)）、系泊浮標（從海面到海底，覆蓋垂直剖面，可監(jiān)測不同深度參數(shù)，如溫鹽深儀鏈、溶解氧傳感器等）、深海浮標（部署在深海，可進行長期、高精度的剖面觀測）。系泊浮標能提供更全面的垂直信息，深海浮標則能深入到影響氣候的關鍵深層和底層海洋進行觀測。3.海洋數(shù)據(jù)同化技術是將多源、多時尺度、可能存在沖突或不確定性的海洋觀測數(shù)據(jù)（如衛(wèi)星遙感、浮標、剖面儀、Argo浮標、船載觀測、模型輸出等）有效地融合到海洋動力學或化學模型中，以改進模型狀態(tài)估計和參數(shù)訂正的過程。其重要性體現(xiàn)在：首先，單一觀測手段存在時空覆蓋和頻率上的局限性，同化技術可以整合多種數(shù)據(jù)源，生成時空連續(xù)、更完整、更準確的海洋狀態(tài)（如環(huán)流場、溫鹽場、海氣通量等）產品，彌補單一觀測的不足；其次，模型本身存在不確定性，同化過程可以結合觀測信息來約束和修正模型預報誤差，提高模型預報的精度和可靠性，特別是對于中長期預報；再次，通過同化，可以更好地檢驗和改進模型本身，促進模型的發(fā)展；最后，為氣候變化研究提供更優(yōu)化的初始條件和背景場，從而提高對氣候模式變率（如ENSO、IOV）和趨勢（如全球變暖）的模擬和預測能力。例如，Argo浮標數(shù)據(jù)通過集合卡爾曼濾波等同化方法融入全球海洋環(huán)流模型，顯著提高了對上層海洋溫鹽結構和變率的模擬能力。四、案例分析題監(jiān)測海洋變率（如ENSO）需要綜合運用多種海洋監(jiān)測技術，以獲取關鍵要素的時空變化信息。關鍵要素包括：海表溫度（SST）、海表高度（SSH）、海面風場、上層海洋環(huán)流（特別是東太平洋的溫躍層高度和強度變化）。監(jiān)測技術及其應用如下：*衛(wèi)星遙感：氣象衛(wèi)星（如AVHRR,MODIS）和專門的海洋衛(wèi)星（如SST衛(wèi)星、Jason系列高度計）可大范圍、高頻次地獲取SST、海面風場、部分SSH信息。高度計通過測距反演SSH，是監(jiān)測ENSO期間東太平洋冷/暖水異常和海表擴張/收縮的關鍵工具。遙感數(shù)據(jù)雖分辨率有限且受云層等影響，但覆蓋全球，是變率監(jiān)測的基礎。*海洋浮標：漂浮在洋面的表層浮標可實時傳輸SST和風應力數(shù)據(jù)，是監(jiān)測海表過程的關鍵。系泊浮標（如TAO/PACSOOS陣列）深入海洋剖面，可連續(xù)監(jiān)測溫躍層深度、溫鹽結構，是識別和追蹤ENSO事件發(fā)展（如冷/暖水舌的生成、發(fā)展、向東傳播）的關鍵。深海浮標則提供更深層的背景信息。*水下機器人（AUV/ROV）：可進行定制的、高分辨率的區(qū)域掃描或剖面測量，用于獲取衛(wèi)星和浮標無法覆蓋區(qū)域的精細結構信息，或對特定現(xiàn)象（如溫躍層鋒面）進行深入調查。*船載觀測：船基溢流計和CTD剖面提供傳統(tǒng)但重要的觀測數(shù)據(jù)，尤其在數(shù)據(jù)缺失區(qū)域或特定調查中發(fā)揮作用。這些監(jiān)測信息對于理解和預測ENSO的意義重大：ENSO是影響全球氣候（如全球平均溫度、降水模