2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣邊界層動(dòng)力學(xué)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.大氣邊界層的高度主要受什么因素的控制？（）A.大氣輻射平衡B.地表粗糙度C.太陽活動(dòng)周期D.大氣濕度2.根據(jù)布德哈特廊線理論，在近地層（z/L>0.7），風(fēng)速廊線受到哪個(gè)分量影響最大？（）A.地表摩擦B.湍流脈動(dòng)C.熱力影響D.地轉(zhuǎn)梯度3.下列哪種大氣穩(wěn)定度條件下，近地面風(fēng)速廊線最為陡峭？（）A.慣性穩(wěn)定B.中性C.不穩(wěn)定D.強(qiáng)烈不穩(wěn)定4.普朗特混合長(zhǎng)理論主要用于解釋大氣邊界層內(nèi)的什么現(xiàn)象？（）A.輻射傳輸B.大氣波動(dòng)C.氣體擴(kuò)散D.大氣環(huán)流形成5.海陸風(fēng)環(huán)流的成因主要是什么？（）A.大氣垂直運(yùn)動(dòng)B.大氣輻射差異C.地轉(zhuǎn)偏向力D.地表熱力性質(zhì)差異6.溫度廊線在哪個(gè)高度層通常反映了大氣穩(wěn)定度？（）A.對(duì)流層頂B.普朗特層C.邊界層頂D.熱成風(fēng)層7.城市熱島環(huán)流通常導(dǎo)致城市上空的污染物如何分布？（）A.向高空快速擴(kuò)散B.聚集在城市近地面C.均勻分布在城市和郊區(qū)D.主要擴(kuò)散到城市下游區(qū)域8.在中性大氣條件下，近地層風(fēng)速廊線遵循哪個(gè)定律？（）A.對(duì)數(shù)定律B.指數(shù)定律C.線性定律D.拋物線定律9.下列哪個(gè)現(xiàn)象是由于地形對(duì)氣流阻擋造成的？（）A.海陸風(fēng)環(huán)流B.城市熱島環(huán)流C.山谷風(fēng)D.低速風(fēng)區(qū)10.大氣邊界層內(nèi)，哪個(gè)物理量通常隨高度增加而減??？（）A.風(fēng)速（近地面層）B.氣溫（中性層結(jié)）C.湍流交換系數(shù)D.水汽含量二、填空題（每空1分，共15分）1.大氣邊界層是指緊貼地球表面，受__________影響最大的薄層大氣。2.非中性大氣條件下的風(fēng)速廊線通常需要引入__________參數(shù)進(jìn)行修正。3.布德哈特廊線理論綜合考慮了__________和__________的影響。4.海陸風(fēng)環(huán)流通常表現(xiàn)為白天__________風(fēng)，夜晚__________風(fēng)。5.湍流脈動(dòng)可以分解為__________和__________兩部分。6.邊界層內(nèi)的溫度廊線通常呈現(xiàn)__________層、__________層和__________層三個(gè)特征層。7.城市熱島環(huán)流的形成，使得城市上空污染物不易__________。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述大氣邊界層內(nèi)風(fēng)速廊線的變化規(guī)律。2.解釋什么是“城市熱島效應(yīng)”，并簡(jiǎn)述其主要的形成原因。3.普朗特混合長(zhǎng)理論的基本思想是什么？4.影響大氣邊界層高度的主要因素有哪些？四、計(jì)算題（10分）假設(shè)某地大氣邊界層內(nèi)，近地層風(fēng)速廊線近似符合對(duì)數(shù)律：u(z)=u?*ln(z/z?)，其中u?=2m/s，z?=0.1m。試計(jì)算：(1)在高度z=10m處，風(fēng)速u(z)是多少？(2)該地近地層風(fēng)切變率（即風(fēng)速梯度）是多少？五、論述題（25分）結(jié)合實(shí)例，論述大氣邊界層動(dòng)力學(xué)過程對(duì)城市環(huán)境（如空氣質(zhì)量、熱島效應(yīng)、風(fēng)環(huán)境等）的影響，并說明如何利用大氣邊界層動(dòng)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計(jì)或環(huán)境治理。試卷答案一、選擇題1.B解析：大氣邊界層高度主要受地表粗糙度的影響，粗糙度越大，邊界層高度越低。2.A解析：布德哈特廊線理論綜合考慮了地表摩擦和熱力影響，但在近地層（z/L>0.7），地表摩擦分量占主導(dǎo)地位。3.C解析：在不穩(wěn)定大氣條件下，亂流發(fā)展旺盛，風(fēng)速隨高度增加更快，因此廊線最為陡峭。4.C解析：普朗特混合長(zhǎng)理論通過混合長(zhǎng)概念解釋大氣邊界層內(nèi)的湍流脈動(dòng)引起的氣象要素（如風(fēng)速、溫度）的垂直交換，即氣體擴(kuò)散現(xiàn)象。5.D解析：海陸風(fēng)環(huán)流的成因主要是由于陸地和海洋在接收太陽輻射后加熱情況不同，導(dǎo)致地表熱力性質(zhì)差異而形成的熱力環(huán)流。6.D解析：溫度廊線在熱成風(fēng)層附近（通常在邊界層頂部附近）的梯度反映了大氣穩(wěn)定度，該層也稱為慣性穩(wěn)定層結(jié)層。7.B解析：城市熱島環(huán)流形成上升氣流，使得污染物不易向高空快速擴(kuò)散，從而聚集在城市近地面。8.A解析：在中性大氣條件下，近地層風(fēng)速廊線近似符合對(duì)數(shù)定律，即u(z)=u?*ln(z/z?)。9.C解析：山谷風(fēng)是由于山地和谷地之間溫度差異和地形阻擋形成的周期性風(fēng)，是地形對(duì)氣流阻擋造成的典型現(xiàn)象。10.B解析：在中性大氣層結(jié)條件下，氣溫隨高度升高而降低，即氣溫廊線通常呈現(xiàn)負(fù)梯度，隨高度增加而減小。二、填空題1.地表摩擦解析：大氣邊界層緊貼地球表面，其動(dòng)力特性受地表摩擦力的影響最為顯著。2.穩(wěn)定度解析：非中性大氣條件下，需要引入穩(wěn)定度參數(shù)來修正風(fēng)速廊線，因?yàn)榇髿鈱咏Y(jié)穩(wěn)定性會(huì)抑制湍流發(fā)展。3.地表摩擦；熱力影響解析：布德哈特廊線理論是中性層結(jié)廊線理論的發(fā)展，綜合考慮了地表摩擦（近地層）和熱力影響（近中性層）的作用。4.海；陸解析：海陸風(fēng)環(huán)流是由于海陸熱力性質(zhì)差異形成的，白天陸地升溫快，空氣上升，海洋相對(duì)冷卻，空氣流陸，形成海風(fēng)；夜晚陸地降溫快，空氣下沉，海洋相對(duì)溫暖，空氣流海，形成陸風(fēng)。5.平均運(yùn)動(dòng)；湍流脈動(dòng)解析：根據(jù)湍流脈動(dòng)理論，任何湍流脈動(dòng)都可以分解為時(shí)間平均量（平均運(yùn)動(dòng)）和時(shí)間擾動(dòng)量（湍流脈動(dòng)）的疊加。6.普朗特層；慣性穩(wěn)定層結(jié)層；邊界層頂解析：根據(jù)溫度廊線特征，通?？梢詫⑦吔鐚觾?nèi)的溫度分布劃分為三個(gè)特征層：近地面受摩擦影響的普朗特層、中部相對(duì)穩(wěn)定的慣性穩(wěn)定層結(jié)層（或熱成風(fēng)層）以及頂部受自由大氣影響的邊界層頂。7.擴(kuò)散三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述大氣邊界層內(nèi)風(fēng)速廊線的變化規(guī)律。解析：在中性大氣條件下，近地面風(fēng)速廊線近似符合對(duì)數(shù)定律，風(fēng)速隨對(duì)數(shù)高度增加而增加。在非中性條件下，廊線會(huì)發(fā)生變化：不穩(wěn)定條件下，廊線比中性時(shí)更陡峭；穩(wěn)定條件下，廊線比中性時(shí)更平緩，甚至可能出現(xiàn)反梯度層（慣性穩(wěn)定層結(jié)層）。2.解釋什么是“城市熱島效應(yīng)”，并簡(jiǎn)述其主要的形成原因。解析：城市熱島效應(yīng)是指城市區(qū)域的氣溫明顯高于周邊郊區(qū)的現(xiàn)象。主要形成原因包括：城市下墊面性質(zhì)改變（如建筑物、道路吸熱快、比熱容小、蒸散發(fā)少），導(dǎo)致城市儲(chǔ)存和釋放的熱量更多；人為熱排放（工業(yè)、交通、空調(diào)等）；空氣污染物（如粉塵）對(duì)太陽輻射的吸收和溫室效應(yīng)。3.普朗特混合長(zhǎng)理論的基本思想是什么？解析：普朗特混合長(zhǎng)理論的基本思想是：在湍流運(yùn)動(dòng)中，氣象要素（如風(fēng)速、溫度）會(huì)隨著含有這些要素的空氣微團(tuán)做隨機(jī)脈動(dòng)而交換。微團(tuán)在交換過程中，會(huì)沿著平均氣流方向向前運(yùn)動(dòng)一段距離（混合長(zhǎng)），然后由于碰撞而回到原處。氣象要素在這段距離內(nèi)發(fā)生的變化，可以用混合長(zhǎng)與要素梯度的乘積來近似表示。4.影響大氣邊界層高度的主要因素有哪些？解析：影響大氣邊界層高度的主要因素包括：大氣穩(wěn)定度（不穩(wěn)定條件下邊界層高度較大，穩(wěn)定條件下邊界層高度較?。?；地表熱力性質(zhì)（白天加熱強(qiáng)烈，邊界層發(fā)展旺盛）；地表粗糙度（粗糙度越大，邊界層高度越低）；大氣濕度（濕度對(duì)邊界層發(fā)展有一定影響）；白天太陽輻射強(qiáng)度等。四、計(jì)算題(1)在高度z=10m處，風(fēng)速u(z)=2*ln(10/0.1)=2*ln(100)=2*4.605=9.21m/s。(2)近地層風(fēng)切變率（即風(fēng)速梯度）du/dz=u?/z=2/10=0.2m/s/m。五、論述題（此題需要結(jié)合實(shí)例和深入分析，以下提供一個(gè)論述框架和思路，非標(biāo)準(zhǔn)答案）論述思路：1.引言：簡(jiǎn)述大氣邊界層與城市環(huán)境的密切關(guān)系。2.城市熱島效應(yīng)：*影響：分析熱島環(huán)流如何影響污染物擴(kuò)散（如形成污染物滯留區(qū)）、加劇空氣污染；對(duì)城市居民舒適度、能耗（供暖/制冷）的影響；對(duì)局部天氣預(yù)報(bào)（如霧、霾）的影響。*實(shí)例：以某大城市（如北京、上海、重慶）為例，說明其熱島特征及其對(duì)空氣質(zhì)量的影響。*應(yīng)用：討論如何利用邊界層知識(shí)進(jìn)行城市規(guī)劃，如增加綠地和水體（降溫、增加蒸騰）、使用高反射材料、優(yōu)化建筑布局以促進(jìn)通風(fēng)等。3.城市風(fēng)環(huán)境：*影響：分析城市地形、建筑群如何改變近地面風(fēng)場(chǎng)，形成通風(fēng)廊道或渦旋區(qū)；風(fēng)環(huán)境對(duì)污染物擴(kuò)散、城市通風(fēng)降溫、火災(zāi)蔓延、人體舒適度的影響。*實(shí)例：以某城市（如香港、重慶山城）為例，說明其風(fēng)環(huán)境特征及其對(duì)城市生活的影響。*應(yīng)用：討論如何利用邊界層知識(shí)進(jìn)行城市規(guī)劃，如規(guī)劃城市通風(fēng)廊道、優(yōu)化建筑布局以減少渦旋區(qū)、利用風(fēng)能等。4.污染物擴(kuò)散：*影響：結(jié)合邊界層高度、風(fēng)速、穩(wěn)