2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣層結(jié)和大氣穩(wěn)定度研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種大氣過(guò)程會(huì)導(dǎo)致氣溫隨高度升高？A.干絕熱上升B.濕絕熱上升C.輻射冷卻D.大氣逆溫2.絕對(duì)不穩(wěn)定的大氣層結(jié)特征是：A.環(huán)境溫度遞減率小于干絕熱遞減率B.環(huán)境溫度遞減率大于濕絕熱遞減率C.環(huán)境溫度遞減率介于干、濕絕熱遞減率之間D.環(huán)境溫度遞減率大于干絕熱遞減率，但小于濕絕熱遞減率3.在地面加熱強(qiáng)烈的白天，近地面大氣通常處于什么穩(wěn)定度狀態(tài)？A.絕對(duì)穩(wěn)定B.條件不穩(wěn)定C.絕對(duì)不穩(wěn)定D.中性穩(wěn)定4.下列哪個(gè)物理量是考慮了水汽凝結(jié)影響的大氣溫度參數(shù)？A.氣溫(T)B.位溫(θ)C.相當(dāng)位溫(θe)D.干絕熱遞減率(γd)5.大氣靜力穩(wěn)定度的物理本質(zhì)是：A.大氣垂直運(yùn)動(dòng)的角速度B.大氣垂直運(yùn)動(dòng)的加速度C.大氣層結(jié)對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的阻礙或促進(jìn)程度D.大氣壓力隨高度的垂直變化率6.帕斯卡定律在大氣穩(wěn)定度分析中的意義在于：A.描述溫度隨高度的垂直變化B.說(shuō)明垂直運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致氣壓隨高度變化C.定義了絕熱遞減率D.解釋了大氣波的傳播速度7.利用位溫-高度圖判斷大氣穩(wěn)定度時(shí)，環(huán)境位溫線（θe）向上傾斜表示：A.絕對(duì)穩(wěn)定B.條件不穩(wěn)定C.絕對(duì)不穩(wěn)定D.中性穩(wěn)定8.逆溫層（Inversion）的出現(xiàn)通常意味著：A.大氣絕對(duì)不穩(wěn)定性的增強(qiáng)B.大氣絕對(duì)穩(wěn)定性的增強(qiáng)C.大氣邊界層混合的增強(qiáng)D.大氣濕絕熱遞減率的減小9.濕絕熱遞減率通常比干絕熱遞減率：A.更大B.更小C.相等D.無(wú)法比較10.大氣穩(wěn)定度狀態(tài)直接影響：A.大氣環(huán)流模式B.污染物垂直擴(kuò)散能力C.大氣輻射傳輸特性D.以上都是二、填空題（每空2分，共20分）1.在干絕熱過(guò)程中，單位質(zhì)量空氣上升或下降1公里，溫度將______K（填增加或減少）。2.當(dāng)大氣層結(jié)具有正的Brunt-V?is?l?頻率時(shí)，表示大氣處于______穩(wěn)定度狀態(tài)。3.地面溫度升高導(dǎo)致近地面大氣層結(jié)變得______（填穩(wěn)定或不穩(wěn)定）。4.大氣中的干絕熱逆溫層對(duì)大氣垂直運(yùn)動(dòng)起到______（填抑制或促進(jìn)）作用。5.判斷大氣是否具備產(chǎn)生對(duì)流發(fā)展的潛力，需要關(guān)注其是否存在______層結(jié)。6.位溫θ是假想空氣沿______過(guò)程變化時(shí)的溫度，它是一個(gè)保守參數(shù)。7.條件不穩(wěn)定的大氣層結(jié)意味著需要______（填正或負(fù)）的絕熱冷卻才能達(dá)到飽和。8.大氣靜力平衡方程表達(dá)了氣壓隨高度的垂直變化與大氣______和______之間的關(guān)系。9.在Tephigram上，干絕熱線是從______層結(jié)指向______層結(jié)的曲線。10.邊界層大氣穩(wěn)定度的增強(qiáng)通常會(huì)導(dǎo)致近地面污染物______（填擴(kuò)散或積累）。三、名詞解釋（每題5分，共20分）1.絕熱遞減率2.大氣靜力穩(wěn)定度3.相當(dāng)位溫4.條件不穩(wěn)定四、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分）1.簡(jiǎn)述大氣干絕熱過(guò)程和濕絕熱過(guò)程的區(qū)別。2.解釋什么是大氣層結(jié)。描述絕熱層結(jié)和非絕熱層結(jié)兩種情況下的溫度垂直分布特征。3.簡(jiǎn)要說(shuō)明如何利用位溫-高度圖（θ-T圖）判斷大氣是否處于絕對(duì)不穩(wěn)定、絕對(duì)穩(wěn)定或中性穩(wěn)定狀態(tài)。五、計(jì)算題（每題15分，共30分）1.某地地面氣溫為25°C，高空某處氣溫為-20°C，高度為800米。假設(shè)該層結(jié)在通過(guò)該兩點(diǎn)的大氣柱內(nèi)是干絕熱變化的。計(jì)算該大氣柱的平均干絕熱遞減率。如果該高空點(diǎn)實(shí)際比濕為0.8g/kg，空氣團(tuán)從地面以2m/s的速度垂直上升，計(jì)算其達(dá)到飽和（形成云底）所需上升的高度（假設(shè)為濕絕熱過(guò)程）。（提示：可先計(jì)算LCL高度，再考慮上升過(guò)程中是否越過(guò)LCL）2.已知某高度（z=500m）的大氣參數(shù)為：氣溫T=-5°C，氣壓P=1010hPa。假設(shè)該高度以上的大氣層結(jié)為干絕熱穩(wěn)定，干絕熱遞減率γd=9.8K/km。計(jì)算地表氣壓Psurface。（提示：利用帕斯卡定律積分）---試卷答案一、選擇題1.D2.D3.C4.C5.C6.B7.C8.B9.B10.D二、填空題1.減少2.絕對(duì)穩(wěn)定3.不穩(wěn)定4.抑制5.不穩(wěn)定6.絕熱7.正8.密度；重力加速度9.均勻；干絕熱線10.積累三、名詞解釋1.絕熱遞減率：在絕熱過(guò)程中，氣溫隨高度變化的率。主要有干絕熱遞減率（γd，約9.8K/km）和濕絕熱遞減率（γw，約6K/km）。2.大氣靜力穩(wěn)定度：描述大氣層結(jié)對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的阻礙或促進(jìn)程度的物理概念。通過(guò)分析環(huán)境溫度（或位溫）隨高度的垂直變化率來(lái)判斷。3.相當(dāng)位溫：考慮了水汽凝結(jié)釋放潛熱影響后的位溫，是假想空氣從飽和狀態(tài)出發(fā)，沿干絕熱過(guò)程抬升到氣壓相等的未飽和狀態(tài)，再沿濕絕熱過(guò)程冷卻到初始?xì)鈮簳r(shí)的溫度。它比位溫更能反映大氣對(duì)流發(fā)展的潛力。4.條件不穩(wěn)定：大氣層結(jié)本身是穩(wěn)定的（如存在逆溫層），但只有當(dāng)空氣塊受到某種擾動(dòng)抬升到其飽和混合比溫度（或假相當(dāng)位溫）高于環(huán)境溫度（或環(huán)境相當(dāng)位溫）的高度時(shí)，才會(huì)發(fā)生對(duì)流發(fā)展。不穩(wěn)定性的出現(xiàn)有條件，依賴于空氣塊的初始狀態(tài)（如含有水汽）。四、簡(jiǎn)答題1.干絕熱過(guò)程是指沒(méi)有水汽凝結(jié)和蒸發(fā)，空氣塊在垂直運(yùn)動(dòng)中與外界無(wú)熱量交換的過(guò)程。濕絕熱過(guò)程是指空氣塊在垂直運(yùn)動(dòng)中發(fā)生水汽凝結(jié)和蒸發(fā)，并伴隨潛熱釋放的過(guò)程。區(qū)別主要體現(xiàn)在：*過(guò)程性質(zhì)：干絕熱為無(wú)相變，濕絕熱有相變。*與外界熱量交換：干絕熱無(wú)交換，濕絕熱有（凝結(jié)潛熱釋放）。*溫度變化率：干絕熱遞減率（γd）基本恒定（約9.8K/km），濕絕熱遞減率（γw）較小且隨氣溫降低而減?。ㄆ骄s6K/km）。*對(duì)流影響：干絕熱描述未飽和空氣運(yùn)動(dòng)，濕絕熱描述飽和（或有云）空氣運(yùn)動(dòng)。2.大氣層結(jié)是指大氣在垂直方向上的結(jié)構(gòu)分布特征，特別是氣溫、氣壓、濕度等要素隨高度的分布狀況。*絕熱層結(jié)：指大氣層結(jié)內(nèi)部沒(méi)有與外界的熱量交換，空氣柱的溫度變化完全由其自身的絕熱過(guò)程決定。理想情況下，垂直運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致氣溫按干絕熱或濕絕熱遞減率變化。如果僅考慮干絕熱過(guò)程，則形成干絕熱層結(jié)；如果考慮濕絕熱過(guò)程，則形成濕絕熱層結(jié)。*非絕熱層結(jié)：指大氣層結(jié)內(nèi)部存在與外界的熱量交換，導(dǎo)致氣溫隨高度的分布與單純的絕熱變化不同。主要的非絕熱過(guò)程包括輻射加熱/冷卻、地面加熱/冷卻、亂流混合等。例如，白天地面受熱，近地面氣溫高于高層，形成逆溫，即非絕熱層結(jié)。3.利用位溫-高度圖（θ-T圖）判斷大氣穩(wěn)定度：*繪制環(huán)境位溫線（θe）和假相當(dāng)位溫線（θe）族，以及干絕熱線、濕絕熱線。*判斷大氣穩(wěn)定度關(guān)鍵看環(huán)境位溫線（θe）與環(huán)境濕絕熱線（θe）的相對(duì)位置關(guān)系：*如果環(huán)境位溫線（θe）高于其上的環(huán)境濕絕熱線（θe），則大氣層結(jié)為絕對(duì)穩(wěn)定。此時(shí)，任何受到擾動(dòng)向上或向下滑動(dòng)的空氣塊，其位溫都會(huì)低于環(huán)境位溫，受到向下的力而返回原處。*如果環(huán)境位溫線（θe）低于其上的環(huán)境濕絕熱線（θe），則大氣層結(jié)為絕對(duì)不穩(wěn)定。此時(shí)，任何空氣塊向上或向下滑動(dòng)，其位溫都會(huì)高于環(huán)境位溫，受到向上的力而加速運(yùn)動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)得以自由發(fā)展。*如果環(huán)境位溫線（θe）與某條環(huán)境濕絕熱線（θe）相交或相切，則大氣層結(jié)為中性穩(wěn)定（或稱條件性穩(wěn)定）。此時(shí)，沿著該交點(diǎn)/切點(diǎn)滑動(dòng)的空氣塊，其位溫與環(huán)境位溫相等，不受垂直力，只受水平力。如果空氣塊初始位溫高于（交點(diǎn)以上）或低于（交點(diǎn)以下）環(huán)境位溫線，則會(huì)分別受到向上或向下的力，表現(xiàn)出不穩(wěn)定或穩(wěn)定特性。通常我們說(shuō)中性層結(jié)是指θe線與其鄰近的濕絕熱線平行或近乎平行的情況。五、計(jì)算題1.解：*平均干絕熱遞減率γd=(T_surface-T_updraft)/zγd=(25°C-(-20°C))/800mγd=(25+20)K/800m=45K/800m=0.05625K/m≈56.25K/km*計(jì)算LCL高度：LCL高度h_LCL=T_surface/γd-LCL高度（查表或用公式LCL高度≈125*(T_surface-T_dryAdiabatic)）或直接查表得h_LCL≈125*(25-(-20))=125*45=5625m=5.625km。*判斷上升過(guò)程：初始高度800m<LCL高度5.625km?？諝鈭F(tuán)從800m上升，未到達(dá)LCL，空氣仍未飽和，應(yīng)視為干絕熱過(guò)程。*濕絕熱過(guò)程云底高度：h_CCL=T_surface/γw-CCL高度（查表或用公式CCL高度≈125*(T_surface-T_dryAdiabatic)）或直接查表得h_CCL≈125*(25-(-20))=125*45=5625m=5.625km。*因?yàn)樯仙叨?00m<5.625km，空氣團(tuán)在上升過(guò)程中未達(dá)到飽和，所以不會(huì)形成云。此題按干絕熱過(guò)程計(jì)算，上升過(guò)程中溫度變化為ΔT=γd*Δz=56.25K/km*0.8km=45K。最終氣溫為-20°C+45°C=25°C。**（注：題目要求計(jì)算濕絕熱云底高度，但前提條件800m高度空氣已飽和，這與干絕熱過(guò)程的設(shè)定矛盾。通常此類題目需先判斷是否飽和，若飽和則按濕絕熱計(jì)算，未飽和按干絕熱計(jì)算。此處按題目字面意思，先計(jì)算LCL和CCL，再判斷上升過(guò)程是否達(dá)到LCL，得出結(jié)論。）*2.解：*根據(jù)帕斯卡定律，在穩(wěn)定大氣中，從高度z到地表的大氣柱重量等于底面積乘以底面氣壓減去頂面氣壓。*dP=-ρgdz*積分得：ΔP=P_surface-P(z)=-∫_0^zρgdz*由于ρ和g可視為常數(shù)（或平均），且ρ=P/(R*T)，T隨高度變化（干絕熱），但題目給定γd，意味著我們關(guān)注的是平均效應(yīng)或簡(jiǎn)化模型。更準(zhǔn)確的積分形式需考慮溫度變化，但通常這類題目簡(jiǎn)化處理或給定平均參數(shù)。*在簡(jiǎn)化模型下，假設(shè)平均密度或平均氣壓梯度可用于估算，或者題目意在考察基本原理。嚴(yán)格積分需積分氣柱重量，涉及溫度隨高度變化。*如果題目簡(jiǎn)化為使用γd=g/(RT?)，其中T?是平均溫度，則ΔP≈ρ?*g*z=P?*z/(R*T?)≈P?*γd*z(當(dāng)T?≈T(z)時(shí)近似成立，但這里T(z)=-5°C)。*但更標(biāo)準(zhǔn)的處理是考慮氣柱浮力效應(yīng)或直接積分，此處可能需要題目提供更明確的積分條件或簡(jiǎn)化假設(shè)。**（注：此題按標(biāo)準(zhǔn)帕斯卡定律形式，積分結(jié)果為P_surface=P(z)+∫_0^zρ(z)gdz。由于ρ(z)=P(z)/(R*T(z))且T(z)本身在變化，直接積分得到P_surface與z的精確關(guān)系較復(fù)雜。若無(wú)進(jìn)一步簡(jiǎn)化假設(shè)或給定平均參數(shù)，難以得到數(shù)值解。通常此類題目會(huì)簡(jiǎn)化或提供足夠信息