2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——地球大氣物理學(xué)發(fā)展趨勢考試時間：______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(xiàng)字母填涂在答題卡相應(yīng)位置。）1.以下哪項(xiàng)技術(shù)是當(dāng)前衛(wèi)星遙感獲取大氣垂直結(jié)構(gòu)信息的主要手段？A.可見光攝影B.毫米波雷達(dá)C.氬激光雷達(dá)D.被動微波輻射計(jì)2.大氣物理學(xué)研究中，數(shù)值模型分辨率不斷提高的主要驅(qū)動力和挑戰(zhàn)之一是？A.大氣過程的非線性特性B.計(jì)算資源的限制C.觀測資料的缺乏D.模型物理機(jī)制的完善程度3.氣候變化背景下，大氣物理學(xué)研究面臨的重要挑戰(zhàn)之一是如何更準(zhǔn)確地模擬？A.大氣環(huán)流模式B.云的微物理過程C.地表溫度日變化D.大氣電離層擾動4.人工智能（AI）技術(shù)在地球大氣物理學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，其應(yīng)用前景最廣闊的方向之一是？A.理論推導(dǎo)與公式推導(dǎo)B.大規(guī)模氣象數(shù)據(jù)處理與模式驗(yàn)證C.大氣物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作D.空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的短期預(yù)測5.極端降水事件的研究是大氣物理學(xué)的重要前沿領(lǐng)域，當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題包括？A.降水形態(tài)的精細(xì)刻畫B.降水形成機(jī)制的物理過程C.極端降水事件的觸發(fā)機(jī)制與預(yù)報(bào)方法D.以上所有6.大氣邊界層物理研究的重要性日益凸顯，特別是在？A.氣候變化監(jiān)測B.城市環(huán)境空氣質(zhì)量調(diào)控C.大尺度天氣系統(tǒng)分析D.高空飛行器設(shè)計(jì)7.重力波在大氣中廣泛存在，其在大氣動力學(xué)過程中的重要作用包括？A.能量傳輸與耗散B.引起大氣波動現(xiàn)象C.產(chǎn)生次聲波信號D.以上所有8.衛(wèi)星遙感在大氣化學(xué)成分探測方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，以下哪項(xiàng)是當(dāng)前主要的被動遙感探測手段？A.激光雷達(dá)B.毫米波輻射計(jì)C.紅外光譜儀D.散射計(jì)9.針對傳統(tǒng)數(shù)值模式在模擬云物理過程方面的不足，近年來發(fā)展了哪些改進(jìn)方向？A.提高模式分辨率B.發(fā)展更精細(xì)的微物理方案C.引入AI輔助參數(shù)化D.以上所有10.大氣物理學(xué)與地球系統(tǒng)科學(xué)其他圈層（如海洋、冰雪圈）的相互作用研究是當(dāng)前的重要趨勢，其意義在于？A.更全面地理解地球氣候系統(tǒng)B.提高氣候預(yù)測的準(zhǔn)確性C.深入認(rèn)識全球變化機(jī)制D.以上所有二、簡答題（每小題5分，共25分。請簡明扼要地回答下列問題。）1.簡述大氣輻射傳輸過程中，溫室效應(yīng)的基本物理機(jī)制。2.簡述大氣邊界層的主要特征及其對近地面大氣物理過程的影響。3.簡述當(dāng)前大氣物理學(xué)研究中，利用衛(wèi)星遙感反演大氣水汽含量的主要方法及其面臨的主要挑戰(zhàn)。4.簡述人工智能（AI）技術(shù)在改進(jìn)大氣物理模式參數(shù)化方面的潛在應(yīng)用。5.簡述大氣波動研究對于理解大氣能量傳輸和維持大氣環(huán)流的意義。三、論述題（每小題10分，共30分。請圍繞以下主題進(jìn)行較為深入的論述。）1.論述當(dāng)前氣候變化背景下，大氣物理學(xué)研究在極端天氣預(yù)報(bào)與預(yù)警方面面臨的主要科學(xué)問題和技術(shù)挑戰(zhàn)。2.論述多普勒天氣雷達(dá)技術(shù)在大氣物理過程觀測研究中的發(fā)展及其在定量降水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用前景。3.論述大氣物理學(xué)與材料科學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科的交叉融合對推動該領(lǐng)域未來發(fā)展的重要意義。---試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.B5.D6.B7.D8.C9.D10.D二、簡答題1.答：地球表面吸收太陽短波輻射后升溫，向空間發(fā)射長波輻射（紅外輻射）。大氣中的溫室氣體（如CO2、H2O、CH4等）能夠吸收特定波段的紅外輻射，導(dǎo)致大氣增溫，并將部分熱量向地面輻射返回，從而使得地表和低層大氣的溫度高于無溫室氣體時的溫度，形成溫室效應(yīng)。2.答：大氣邊界層是緊貼地表、受地表摩擦和熱力作用顯著影響的一層大氣。其主要特征包括：近地面風(fēng)速隨高度呈指數(shù)增長（或?qū)?shù)律）、溫度隨高度遞減（或出現(xiàn)逆溫）、湍流活動強(qiáng)烈、存在顯著的近地面層結(jié)和不穩(wěn)定性。它對近地面大氣污染物擴(kuò)散、熱量交換、蒸發(fā)、凝結(jié)等物理過程有直接影響。3.答：主要方法：利用衛(wèi)星上搭載的輻射計(jì)，通過測量大氣對特定紅外或微波氣體的吸收輻射來反演水汽含量。例如，利用2.7mm波段的水汽吸收通道。面臨的挑戰(zhàn)：大氣窗口選擇有限、云層干擾嚴(yán)重、需要精確的大氣參數(shù)廓線信息進(jìn)行訂正、反演精度受大氣背景影響較大等。4.答：AI技術(shù)可以通過學(xué)習(xí)大量的觀測資料和模式輸出，自動識別復(fù)雜的非線性關(guān)系，構(gòu)建更精確的參數(shù)化關(guān)系，替代傳統(tǒng)參數(shù)化方案中依賴簡化和假設(shè)的部分。例如，利用深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測云凝結(jié)核濃度、改進(jìn)降水預(yù)報(bào)的落區(qū)預(yù)報(bào)等。其應(yīng)用有助于提高模式的模擬能力和預(yù)報(bào)精度。5.答：大氣波動（如重力波、內(nèi)波、行星波等）是大氣中能量和動量進(jìn)行垂直和水平傳輸?shù)闹匾獧C(jī)制。研究大氣波動有助于理解大氣內(nèi)部的能量轉(zhuǎn)換過程、揭示大氣環(huán)流維持和變化的物理機(jī)制，并為理解某些天氣現(xiàn)象（如突然爆發(fā)、濤動等）提供理論依據(jù)。三、論述題1.答：主要科學(xué)問題：如何提高對極端降水（如暴雨、大暴雨）發(fā)生發(fā)展物理機(jī)制的理解，特別是與氣候變化背景下的大氣環(huán)境變化（如水汽通量增加、大氣不穩(wěn)定度增強(qiáng)）的聯(lián)系；如何發(fā)展能夠準(zhǔn)確模擬極端降水微物理過程（如大冰晶/大雨滴形成和增長）的高分辨率模式；如何提高極端降水落區(qū)和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)技巧，特別是提前量。技術(shù)挑戰(zhàn)：需要更高時空分辨率、更精確物理過程的觀測資料來約束模式；發(fā)展能夠捕捉極端事件稀疏性和突發(fā)性的統(tǒng)計(jì)或集合預(yù)報(bào)技術(shù)；融合多源數(shù)據(jù)（衛(wèi)星、雷達(dá)、地面）進(jìn)行智能分析；計(jì)算資源需求巨大。2.答：多普勒天氣雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展：從早期單站、二維探測，發(fā)展到如今的多普勒天氣雷達(dá)，具備三維探測能力；技術(shù)進(jìn)步體現(xiàn)在更高的觀測精度（如更小的探測體積、更高的距離分辨率）、更寬的波束寬度可選（兼顧探測高度和距離）、多普勒后向散射因子（ZDR）、差分反射系數(shù)（KDP）等參數(shù)的測量能力增強(qiáng)、以及多雷達(dá)組合掃描和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的成熟。應(yīng)用前景：多普勒天氣雷達(dá)是觀測強(qiáng)天氣系統(tǒng)（如雷暴、冰雹云、龍卷風(fēng)）物理結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵手段，其提供的精細(xì)回波資料對于識別危險(xiǎn)區(qū)域、理解強(qiáng)降水形成機(jī)制至關(guān)重要。在定量降水預(yù)報(bào)中，結(jié)合雷達(dá)資料和雨滴譜估測技術(shù)，可以更準(zhǔn)確地估計(jì)降水強(qiáng)度和落區(qū)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和提前量，為防災(zāi)減災(zāi)提供更有效的決策支持。3.答：大氣物理學(xué)與材料科學(xué)的交叉意義：新材料（如新型傳感器材料、抗輻射材料）的發(fā)展可以提升大氣探測儀器的性能（如靈敏度、探測精度、耐久性），拓展觀測手段和能力（如開發(fā)新型激光雷達(dá)、微波輻射計(jì)）；材料科學(xué)在能量轉(zhuǎn)換和熱力學(xué)方面的研究可以深化對大氣物理過程（如相變、輻射吸收）機(jī)理的理解。大氣物理學(xué)與信息技術(shù)的交叉意義：大數(shù)據(jù)分析技術(shù)有助于處理海量的氣象觀測資料和模式輸出，挖掘大氣物理過程的內(nèi)在規(guī)律；人工智