2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪項不屬于大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的主要監(jiān)測要素？（A）相對濕度B.雷達(dá)反射率C.二氧化碳濃度D.氧氣濃度2.在大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，選擇站點位置時，以下哪項要求是錯誤的？（B）應(yīng)選擇在開闊、平坦的地帶C.應(yīng)盡可能靠近污染源D.應(yīng)考慮代表性地貌特征和周邊環(huán)境背景3.下列哪種數(shù)據(jù)傳輸方式通常適用于廣域、移動或偏遠(yuǎn)地區(qū)的監(jiān)測站點？（C）光纖專線B.有線電纜C.無線移動網(wǎng)絡(luò)（如GPRS/4G/5G）D.漫射傳輸4.用于監(jiān)測SO2、NOx等氣體濃度的儀器，其主要工作原理通常涉及？（A）光譜吸收法B.重量法C.化學(xué)沉淀法D.聲波共鳴法5.在大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，“壞值”通常指？（D）超出量程的數(shù)據(jù)B.隨機(jī)微小波動C.時間序列上的平滑變化D.明顯偏離真實值的異常數(shù)據(jù)點6.以下哪種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常用于實現(xiàn)冗余備份和負(fù)載均衡？（A）總線型B.星型C.網(wǎng)狀D.樹型7.衛(wèi)星遙感在大氣環(huán)境監(jiān)測中的主要優(yōu)勢在于？（C）能夠提供全球范圍、連續(xù)時空的監(jiān)測數(shù)據(jù)B.儀器精度極高C.可覆蓋地面監(jiān)測盲區(qū)，實現(xiàn)大范圍觀測D.成本極低8.大氣邊界層高度的定義通常與哪個物理量直接相關(guān)？（B）地面氣壓B.氣溫垂直遞減率C.風(fēng)速大小D.水汽含量9.以下哪項技術(shù)不屬于當(dāng)前大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中常用的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)？（A）LoRaB.北斗短報文C.藍(lán)牙D.4G/5G10.建設(shè)一個科學(xué)合理的大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，首要考慮的因素是？（D）儀器品牌和價格B.站點數(shù)量C.數(shù)據(jù)傳輸速度D.監(jiān)測目標(biāo)與區(qū)域特征二、簡答題（每題5分，共20分。請簡潔明了地回答問題）1.簡述大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)在空氣質(zhì)量預(yù)報中的作用。2.簡述選擇大氣環(huán)境監(jiān)測站點時需要考慮的主要因素。3.簡述大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，處理缺失數(shù)據(jù)的基本方法。4.簡述什么是大氣邊界層，及其對地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局有何影響。三、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答問題）1.試論述在大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，如何平衡監(jiān)測站點覆蓋密度與監(jiān)測成本。2.試論述大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中可能面臨的主要挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的技術(shù)保障措施。3.試論述將大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理的潛力和價值。四、設(shè)計/規(guī)劃題（15分）假設(shè)你需要為一個城市近郊區(qū)域（面積約100平方公里）設(shè)計一個初步的大氣環(huán)境監(jiān)測子網(wǎng)絡(luò)，用于支撐本地空氣質(zhì)量的精細(xì)化預(yù)報和污染溯源研究。該區(qū)域內(nèi)有河流穿過，靠近一條高速公路，周邊有工業(yè)區(qū)、居民區(qū)和農(nóng)田。請簡述你的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路，包括：1.監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)（如中心站、區(qū)域站、微站等）。2.估算需要部署多少個監(jiān)測站點，并簡述其大致布局原則。3.針對工業(yè)區(qū)下風(fēng)向區(qū)域和居民區(qū)，你將提出哪些特殊的監(jiān)測要求或考慮增加哪些監(jiān)測指標(biāo)？試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.A5.D6.C7.C8.B9.C10.D二、簡答題1.作用：大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)通過布設(shè)在不同位置的監(jiān)測站點，實時、連續(xù)地采集空氣污染物濃度、氣象參數(shù)等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行本地和區(qū)域空氣質(zhì)量評價的基礎(chǔ)，能夠提供污染事件的初始濃度和空間分布信息。基于這些數(shù)據(jù)，結(jié)合大氣擴(kuò)散模型，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測未來一段時間內(nèi)空氣質(zhì)量的演變趨勢，為發(fā)布空氣質(zhì)量預(yù)報、啟動應(yīng)急響應(yīng)措施提供科學(xué)依據(jù)。2.主要因素：*監(jiān)測目標(biāo)：根據(jù)需要監(jiān)測的污染物種類、濃度水平、空間分辨率等確定。*地理特征：考慮地形地貌（如山谷、盆地）、水系分布、下墊面性質(zhì)（如城市、鄉(xiāng)村、工業(yè)區(qū)、農(nóng)田）。*環(huán)境背景：選擇能代表區(qū)域環(huán)境特征或特定關(guān)注區(qū)域（如污染源周邊、敏感區(qū)域）的位置。*氣象條件：考慮風(fēng)場、大氣邊界層高度等對污染物擴(kuò)散的影響。*網(wǎng)絡(luò)布局：遵循一定的布點原則，如均勻性、代表性、梯度性，形成合理的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。*法律法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)：符合相關(guān)規(guī)范要求。*經(jīng)濟(jì)與技術(shù)可行性：考慮建設(shè)、運(yùn)行成本以及供電、通信等基礎(chǔ)設(shè)施條件。3.基本方法：*線性插值：在已知數(shù)據(jù)點之間進(jìn)行插值，如線性回歸插值。*樣條插值：使用分段多項式函數(shù)進(jìn)行插值，能更好地擬合數(shù)據(jù)曲線。*基于模型的插值：利用物理模型或統(tǒng)計模型預(yù)測缺失值。*移動平均/中值法：使用周圍數(shù)據(jù)點的平均值或中位數(shù)代替。*忽略處理：對于某些無法合理插補(bǔ)的數(shù)據(jù)，在分析中予以剔除。4.大氣邊界層：指地面以上大氣湍流混合的層次，其高度隨日變化和天氣條件變化，通常白天發(fā)展至幾千米高度，夜間則可能縮至幾十米。它是大氣污染物直接交換的主要區(qū)域。地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局需考慮邊界層高度，以確監(jiān)測數(shù)據(jù)能反映近地面的真實污染狀況。在邊界層高度內(nèi)布站，能更好地捕捉局地污染信息；若站點過高或過低，則可能無法準(zhǔn)確反映邊界層內(nèi)的污染物濃度。三、論述題1.平衡思路：建設(shè)大氣環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時，監(jiān)測站點覆蓋密度與成本之間存在著固有的矛盾。提高密度意味著需要更多的站點、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、更高的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本。而降低密度則可能導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)無法精細(xì)刻畫污染物的空間分布，信息丟失，影響預(yù)報精度和污染溯源的準(zhǔn)確性。平衡策略：*明確監(jiān)測目標(biāo)與優(yōu)先級：根據(jù)區(qū)域環(huán)境問題（如重污染事件頻發(fā)區(qū)、重點污染源周邊、人口密集區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)），確定監(jiān)測重點區(qū)域和關(guān)鍵區(qū)域，優(yōu)先提高這些區(qū)域的站點密度。*采用多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：結(jié)合不同類型、不同密度的站點。例如，在關(guān)鍵區(qū)域部署高密度微站，在區(qū)域和城市尺度部署常規(guī)地面監(jiān)測站，利用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)等作為補(bǔ)充，實現(xiàn)宏觀與微觀相結(jié)合的監(jiān)測。*優(yōu)化站點布局：運(yùn)用地理統(tǒng)計學(xué)方法或模型模擬，科學(xué)規(guī)劃站點位置，以最少的站點數(shù)達(dá)到最佳的監(jiān)測覆蓋效果和代表性。*應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)：采用低成本、低功耗、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測設(shè)備（如微站、低功耗傳感器網(wǎng)絡(luò)），降低單點建設(shè)和運(yùn)行成本。利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、智能質(zhì)控和高效分析，提升數(shù)據(jù)價值，間接彌補(bǔ)站點不足的問題。*動態(tài)調(diào)整與優(yōu)化：根據(jù)長期監(jiān)測數(shù)據(jù)和實際應(yīng)用效果，定期評估網(wǎng)絡(luò)性能，對站點布局、密度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。2.挑戰(zhàn)與保障：主要挑戰(zhàn)：*數(shù)據(jù)傳輸距離與穩(wěn)定性：大范圍監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，站點分布廣泛，遠(yuǎn)距離傳輸易受干擾，網(wǎng)絡(luò)中斷風(fēng)險高。*數(shù)據(jù)傳輸帶寬與延遲：實時監(jiān)測需要高帶寬傳輸，大量數(shù)據(jù)傳輸可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)擁堵和延遲，影響預(yù)報時效性。*數(shù)據(jù)安全與隱私：監(jiān)測數(shù)據(jù)涉及環(huán)境安全、區(qū)域規(guī)劃等信息，易受網(wǎng)絡(luò)攻擊、非法竊取，存在數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險。*設(shè)備功耗與供電：尤其對于偏遠(yuǎn)或移動監(jiān)測站點，設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行面臨供電難題。*多源數(shù)據(jù)融合與標(biāo)準(zhǔn)化：網(wǎng)絡(luò)可能集成不同廠家、不同類型的設(shè)備，數(shù)據(jù)格式、接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，增加了數(shù)據(jù)融合處理的難度。*網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)復(fù)雜性：大型網(wǎng)絡(luò)的管理、故障診斷、設(shè)備維護(hù)工作量大，需要高效的運(yùn)維體系。技術(shù)保障措施：*選擇合適傳輸技術(shù)：根據(jù)距離、帶寬需求、成本等因素，綜合運(yùn)用有線光纖、無線專網(wǎng)（如LoRaWAN）、移動公網(wǎng)（4G/5G）等技術(shù)，構(gòu)建分層、冗余的傳輸網(wǎng)絡(luò)。*采用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化協(xié)議：使用MQTT等輕量級發(fā)布/訂閱協(xié)議，有效利用帶寬，減少傳輸延遲。*加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)：部署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸與存儲，建立訪問控制策略，保障數(shù)據(jù)安全。*優(yōu)化設(shè)備功耗設(shè)計：采用低功耗傳感器和通信模塊，結(jié)合太陽能、風(fēng)能等可再生能源供電方案，或采用無源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。*建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與平臺：制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式、接口標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)數(shù)據(jù)中心或云平臺，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入、存儲、融合與管理。*智能化網(wǎng)絡(luò)管理與運(yùn)維：利用SNMP等網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，結(jié)合AI技術(shù)，實現(xiàn)智能化的設(shè)備監(jiān)控、故障預(yù)警、遠(yuǎn)程診斷和自動化運(yùn)維。3.潛力與價值：*海量數(shù)據(jù)處理能力：大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠高效存儲、處理和管理監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的大量高維、多源數(shù)據(jù)，挖掘隱藏在數(shù)據(jù)中的規(guī)律和關(guān)聯(lián)。*智能數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：AI算法可以自動識別和剔除異常數(shù)據(jù)、填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)，建立更智能、更高效的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制體系，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。*精細(xì)化空氣質(zhì)量預(yù)測：結(jié)合高分辨率氣象數(shù)據(jù)、污染源排放數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用AI模型（如深度學(xué)習(xí)）構(gòu)建更精準(zhǔn)的空氣質(zhì)量預(yù)測模型，實現(xiàn)小時級、甚至分鐘級的預(yù)報。*精準(zhǔn)污染溯源與預(yù)警：AI技術(shù)可以快速分析多點位監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合風(fēng)向、氣象場信息，實現(xiàn)污染物的快速溯源，定位污染源，并提前進(jìn)行預(yù)警。*智能決策支持：基于大數(shù)據(jù)分析和AI建模，為政府制定環(huán)境政策、規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局、實施污染控制措施提供科學(xué)依據(jù)和智能決策支持。*個性化環(huán)境信息服務(wù)：通過分析用戶位置、健康數(shù)據(jù)等，結(jié)合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，提供精準(zhǔn)的、個性化的空氣質(zhì)量健康建議和預(yù)警信息。*網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與運(yùn)維智能化：利用AI分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)化站點布局、設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的智能運(yùn)維和可持續(xù)發(fā)展。四、設(shè)計/規(guī)劃題設(shè)計思路：1.整體架構(gòu)：建議采用“中心站+區(qū)域站+微站”的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。*中心站：設(shè)在區(qū)域中心或地勢較高、環(huán)境相對開闊的位置，配備功能齊全的常規(guī)監(jiān)測儀器（監(jiān)測多種污染物和氣象參數(shù)），負(fù)責(zé)整個子網(wǎng)絡(luò)的指揮調(diào)度和數(shù)據(jù)匯總分析。*區(qū)域站：可根據(jù)地理特征和污染源分布，部署2-3個，位于城市與鄉(xiāng)村過渡帶、河流附近、工業(yè)區(qū)邊緣等關(guān)鍵位置，監(jiān)測指標(biāo)相對全面，精度較高。*微站：大量部署在高密度區(qū)域，如工業(yè)區(qū)下風(fēng)向、主要交通干道附近、居民區(qū)、農(nóng)田敏感區(qū)域。微站體積小、成本低、安裝靈活，重點監(jiān)測PM2.5、PM10、O3、CO、SO2、NOx等主要污染物濃度，并包含溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向等輔助參數(shù)。2.站點布局估算與原則：考慮到100平方公里的面積和復(fù)雜的地形（河流、高速、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)田），初步估算需要部署約15-20個監(jiān)測站點。布局原則：*代表性與均勻性：普遍布點，覆蓋不同功能區(qū)，反映區(qū)域整體空氣質(zhì)量。*梯度性：在工業(yè)區(qū)與居民區(qū)之間、交通干道兩側(cè)、河流兩岸等重點區(qū)域加密布點，捕捉污染物的空間梯度變化。*重點突出：在污染排放強(qiáng)度大的工業(yè)區(qū)下風(fēng)向和人口密度高的居民區(qū)，適當(dāng)增加站點密度或提高監(jiān)測指標(biāo)能力。3.特殊監(jiān)測要求與指標(biāo)：*工業(yè)區(qū)下風(fēng)向區(qū)域：需要重點監(jiān)測SO2、NOx、PM2.5、重金屬（如鉛、汞，若排放源存在）等特征污染物，并關(guān)注污染物濃度的峰值和持續(xù)時間，以評估工業(yè)活動對周邊環(huán)境的影響?？煽紤]增加黑碳監(jiān)測，輔助判斷移動源或特定工業(yè)源貢獻(xiàn)。