2025年大學(xué)《地球系統(tǒng)科學(xué)》專業(yè)題庫——地球流體圈動力學(xué)特征與模擬考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.在地轉(zhuǎn)平衡近似下，水平氣壓梯度力與科里奧利力的關(guān)系是？A.大小相等，方向相反B.氣壓梯度力是主要驅(qū)動力，科里奧利力提供平衡C.科里奧利力是主要驅(qū)動力，氣壓梯度力提供平衡D.兩者垂直且共同作用于風(fēng)向2.以下哪一項不是影響海洋環(huán)流的主要動力因素？A.風(fēng)應(yīng)力B.地球自轉(zhuǎn)C.海水密度差異（熱鹽效應(yīng)）D.地震活動3.羅斯貝波的典型波長和周期分別是什么？A.較短波長，較長時間B.較長波長，較短時間C.較短波長，較短時間內(nèi)變化劇烈D.較長波長，較長時間4.海水密度的變化主要受以下哪個因素影響最大？A.水深B.鹽度C.壓力D.水面溫度5.絕熱過程中，若沒有潛熱釋放，氣團(tuán)溫度隨高度變化主要取決于？A.氣壓隨高度的變化率B.地球曲率C.水汽含量D.空氣密度6.地轉(zhuǎn)風(fēng)與梯度風(fēng)的主要區(qū)別在于？A.地轉(zhuǎn)風(fēng)考慮科里奧利力，梯度風(fēng)不考慮B.梯度風(fēng)考慮科里奧利力和摩擦力，地轉(zhuǎn)風(fēng)只考慮科里奧利力C.地轉(zhuǎn)風(fēng)適用于高空，梯度風(fēng)適用于近地面D.梯度風(fēng)考慮地轉(zhuǎn)平衡，地轉(zhuǎn)風(fēng)不考慮7.全球熱力學(xué)環(huán)流（三圈環(huán)流）的基本驅(qū)動機(jī)制是？A.地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力B.太陽輻射在緯度間的差異C.海陸分布的影響D.大氣環(huán)流自身的反饋機(jī)制8.潮汐現(xiàn)象的主要動力來源是？A.大氣壓力變化B.太陽與月球?qū)Φ厍虻囊.地球自轉(zhuǎn)D.海水內(nèi)部摩擦9.在數(shù)值模擬中，將連續(xù)的物理場離散化到網(wǎng)格點(diǎn)上的過程稱為？A.時間積分B.空間離散C.邊界條件設(shè)置D.數(shù)據(jù)可視化10.大氣混合層的主要形成機(jī)制是？A.大氣環(huán)流輸送B.熱輻射交換C.碰撞混合與湍流擴(kuò)散D.化學(xué)反應(yīng)二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.描述地球流體運(yùn)動的基本守恒定律包括______、______和______定律。2.地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏向力稱為______力，它對南、北半球氣流的偏轉(zhuǎn)方向相反。3.海洋中由于鹽度差異和溫度差異引起的密度差異驅(qū)動的環(huán)流稱為______環(huán)流。4.當(dāng)氣流的水平氣壓梯度力與科里奧利力達(dá)到平衡時，稱為______平衡。5.能夠?qū)⒋髿獠▌幽芰繌囊粋€地方傳遞到另一個地方，但自身不顯著移動的波動稱為______。6.水平方向上風(fēng)速隨高度增加而增大，風(fēng)向與地轉(zhuǎn)風(fēng)向相同的現(xiàn)象稱為______。7.全球大氣環(huán)流最顯著的季節(jié)性變化表現(xiàn)為______的南北移動。8.數(shù)值模擬中，時間的推進(jìn)通常通過求解______方程來實現(xiàn)。9.能夠反映地球表面實際地形、海面等高線以及大氣/海洋物理參數(shù)的邊界稱為______。10.海水從表層向下混合，使得上下層海水性質(zhì)趨于均勻的薄層稱為______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述科里奧利力產(chǎn)生的原因及其對地球表面運(yùn)動物體的影響。2.簡述風(fēng)生洋流的形成機(jī)制及其主要類型。3.簡述絕熱過程與對流過程的區(qū)別。4.簡述數(shù)值模擬在地球流體動力學(xué)研究中面臨的主要挑戰(zhàn)。四、計算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)某地氣壓梯度為2hPa/100km，計算在緯度30°處水平地轉(zhuǎn)風(fēng)的速度大小。（提示：地轉(zhuǎn)參數(shù)f=2Ωsinφ，Ω為地球自轉(zhuǎn)角速度，取7.29×10??rad/s，sin30°=0.5）2.假設(shè)一塊干燥的空氣塊從地面（溫度T?=20°C，氣壓P?=1000hPa）抬升至500hPa高度，若過程為干絕熱過程，計算到達(dá)500hPa時空氣塊的溫度T?。（提示：干絕熱遞減率約為9.8K/km，可近似認(rèn)為溫度下降量與高度差成正比；氣壓隨高度變化近似滿足理想氣體狀態(tài)方程和準(zhǔn)靜力平衡）五、論述題（每題15分，共30分）1.論述大氣環(huán)流對地球氣候系統(tǒng)的影響。2.結(jié)合熱鹽環(huán)流理論，論述海洋環(huán)流在全球氣候變化中的作用與可能受到的擾動。試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.B5.A6.B7.B8.B9.B10.C二、填空題1.質(zhì)量守恒，動量（或牛頓運(yùn)動），能量（或熱力學(xué)）2.科里奧利3.熱鹽4.地轉(zhuǎn)5.地轉(zhuǎn)波6.梯度風(fēng)（或風(fēng)切變）7.赤道低氣壓帶（或ITCZ）8.時間（或時間推進(jìn)）9.邊界10.混合層三、簡答題1.解析思路：首先說明科里奧利力是地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致的慣性力的一種表現(xiàn)，當(dāng)物體在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（地球）中運(yùn)動時受到。其次，闡述其方向總是垂直于運(yùn)動方向并指向運(yùn)動軌跡的右側(cè)（北半球）或左側(cè)（南半球）。最后，說明其對大氣、海洋等地球表面流體的運(yùn)動產(chǎn)生偏向作用，是形成地轉(zhuǎn)風(fēng)、洋流、行星波等的重要因素。2.解析思路：首先說明風(fēng)應(yīng)力是風(fēng)作用于海面，驅(qū)動海水運(yùn)動的主要外力。其次，闡述風(fēng)在吹拂海面時，在赤道附近驅(qū)動表層海水向東流動，形成信風(fēng)漂流；在中高緯度驅(qū)動表層海水向西流動，形成西風(fēng)漂流。最后，說明這些大規(guī)模的西向漂流進(jìn)一步受到地轉(zhuǎn)力、密度差異等因素影響，與深層冷海水一起共同構(gòu)成全球性的熱鹽環(huán)流。3.解析思路：首先定義絕熱過程為系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的過程。說明在干絕熱過程中，空氣塊上升或下降時，由于氣壓變化導(dǎo)致體積變化而做功，內(nèi)能改變，引起溫度變化，但空氣本身不與外界發(fā)生熱量交換（無凝結(jié)/蒸發(fā)）。其次定義對流過程為由于溫度不均勻，導(dǎo)致熱空氣上升、冷空氣下沉的混合過程，過程中空氣會與外界發(fā)生熱量交換。最后比較兩者關(guān)鍵區(qū)別在于是否與外界有熱量交換。4.解析思路：首先說明數(shù)值模擬將連續(xù)的物理問題轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)學(xué)問題求解，過程復(fù)雜。其次列舉主要挑戰(zhàn)：①模型簡化帶來的誤差，難以完全捕捉地球流體的復(fù)雜性；②計算資源（計算量、內(nèi)存）巨大，特別是高分辨率模擬；③初始條件和邊界條件的準(zhǔn)確性難以保證；④模式驗證的困難和不確定性；⑤多尺度相互作用難以完全耦合。四、計算題1.解析思路：首先寫出地轉(zhuǎn)風(fēng)速度的公式Vg=-gradΦ/f，其中水平氣壓梯度-gradΦ=ΔP/Δx，地轉(zhuǎn)參數(shù)f=2Ωsinφ。在地轉(zhuǎn)平衡下，水平風(fēng)速Vx=-ΔP/(fΔx)。代入題目給定的氣壓梯度ΔP=2hPa/100km=0.02hPa/km，緯度φ=30°，地球自轉(zhuǎn)角速度Ω=7.29×10??rad/s。計算f=2×7.29×10??×sin30°=7.29×10??rad/s。然后計算Vx=-0.02hPa/km/(7.29×10??hPa·s2/m·km)。注意單位換算：1hPa=100Pa，1km=1000m。最終Vx=-0.02×100/(7.29×10??×1000)m/s=-27.7m/s。取速度大小，結(jié)果為27.7m/s。2.解析思路：首先寫出干絕熱過程的溫度變化關(guān)系：ΔT=-LdryΔz/T?，其中Ldry為干絕熱遞減率（約9.8K/km），Δz為高度差（500hPa），T?為初始溫度（20°C=293K）。計算溫度下降量ΔT=-9.8K/km×(500/1000)km=-4.9K。然后計算最終溫度T?=T?+ΔT=293K-4.9K=288.1K。換算成攝氏度，T?=288.1K-273.15K=14.95°C。由于題目允許近似，可取15°C。五、論述題1.解析思路：首先指出大氣環(huán)流是熱量、水分在全球范圍內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模輸送的主要驅(qū)動力。其次從緯向（高低緯度間熱量交換，形成三圈環(huán)流）和經(jīng)向（水汽輸送，影響降水分布）兩個維度論述其影響。再次說明大氣環(huán)流模式（如GCMs）是模擬和預(yù)測氣候變化的核心要素。最后總結(jié)大氣環(huán)流通過塑造氣候帶、影響天氣系統(tǒng)、參與全球能量和水分平衡，對整個地球氣候系統(tǒng)至關(guān)重要。2.解析思路：首先簡述熱鹽環(huán)流（如大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流）的基本概念，即表層暖鹽海水流向高緯度，釋放熱量和鹽分，變冷變密下沉，