2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣科學(xué)中的氣候異常事件分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋1.氣候異常2.厄爾尼諾現(xiàn)象3.朗肯渦度4.季風(fēng)異常5.極端氣候事件二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象在海洋和大氣環(huán)流方面的主要差異。2.氣候診斷中使用的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（Z-score）有何作用？請(qǐng)簡(jiǎn)述其計(jì)算和意義。3.大氣中的水汽含量為何對(duì)氣候異常事件的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間有重要影響？4.簡(jiǎn)要說明海氣相互作用在維持ENSO現(xiàn)象周期性中的關(guān)鍵作用。5.列舉并簡(jiǎn)要說明三種常用的氣候異常監(jiān)測(cè)指標(biāo)。三、論述題1.試論述全球變暖背景下，極端降水事件和極端高溫事件的變化趨勢(shì)及其可能的主要成因。2.結(jié)合大氣環(huán)流知識(shí)，分析阻塞高壓對(duì)區(qū)域氣候異常（如夏季高溫干旱或洪水）的影響機(jī)制。3.論述氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能產(chǎn)生的雙重影響，并提出相應(yīng)的適應(yīng)策略。4.分析大氣科學(xué)領(lǐng)域在預(yù)測(cè)氣候異常事件方面面臨的主要挑戰(zhàn)，并展望未來的發(fā)展方向。試卷答案一、名詞解釋1.氣候異常:指大氣的狀態(tài)（如氣溫、降水、風(fēng)等）在統(tǒng)計(jì)意義上顯著偏離其長(zhǎng)期平均水平的現(xiàn)象，具有時(shí)空差異性，可能持續(xù)較短時(shí)間或發(fā)展成持續(xù)性氣候態(tài)變化。**解析思路:*定義需包含“偏離長(zhǎng)期平均”、“統(tǒng)計(jì)意義”、“時(shí)空差異”等核心要素。2.厄爾尼諾現(xiàn)象:指赤道中東太平洋海表溫度異常持續(xù)偏暖的現(xiàn)象，通常伴隨著全球大氣環(huán)流的調(diào)整和多種氣候異常。**解析思路:*定義需點(diǎn)明“地點(diǎn)（東太平洋）”、“狀態(tài)（偏暖）”、“性質(zhì)（異常持續(xù)）”，并提及其大氣環(huán)流影響。3.朗肯渦度:指地球坐標(biāo)系下風(fēng)矢量的旋轉(zhuǎn)分量，用于描述大氣運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)特性，正渦度表示氣旋性環(huán)流，負(fù)渦度表示反氣旋性環(huán)流。**解析思路:*定義需包含“風(fēng)矢量旋轉(zhuǎn)分量”、“地球坐標(biāo)系”、“正負(fù)渦度含義”。4.季風(fēng)異常:指季風(fēng)系統(tǒng)的強(qiáng)度、位相、持續(xù)時(shí)間等發(fā)生偏離其常年平均狀態(tài)的現(xiàn)象，通常由海氣熱力差異異常引起。**解析思路:*定義需點(diǎn)明“季風(fēng)系統(tǒng)”、“偏離常年平均”、“性質(zhì)（強(qiáng)度、位相等）”，并提及可能原因。5.極端氣候事件:指發(fā)生的概率小、強(qiáng)度大的氣候事件，其強(qiáng)度或持續(xù)時(shí)間超出地區(qū)或時(shí)間范圍內(nèi)的正常變異范圍，常伴隨災(zāi)害性影響。**解析思路:*定義需包含“發(fā)生概率小”、“強(qiáng)度大”、“超出正常范圍”、“災(zāi)害性影響”等特征。二、簡(jiǎn)答題1.厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象的主要差異在于赤道中東太平洋海表溫度異常的冷熱方向相反。厄爾尼諾表現(xiàn)為海表溫度顯著偏高，通常伴隨著信風(fēng)減弱甚至反轉(zhuǎn)、赤道逆流增強(qiáng)、西太平洋暖池異常發(fā)展、全球大氣環(huán)流調(diào)整（如沃克環(huán)流減弱、赤道平流帶增寬）以及多雨、洪水、干旱等全球性氣候異常。拉尼娜則相反，表現(xiàn)為海表溫度顯著偏低，通常伴隨著信風(fēng)增強(qiáng)、赤道逆流減弱、西太平洋暖池異常衰退、沃克環(huán)流增強(qiáng)、全球大氣環(huán)流調(diào)整（如印度洋偶極子可能發(fā)展）以及全球部分地區(qū)干旱、高溫、寒潮等相反的氣候異常。**解析思路:*回答需清晰對(duì)比兩者核心差異（SST冷熱），并分別闡述各自典型的大氣環(huán)流響應(yīng)和伴隨的全球氣候影響。2.標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（Z-score）的作用是將某個(gè)地點(diǎn)或要素的時(shí)間序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為以標(biāo)準(zhǔn)差為單位的相對(duì)偏差值，用于識(shí)別異常事件、比較不同要素的變異程度以及進(jìn)行氣候診斷。其計(jì)算通常為：Z=(X-X_mean)/σ，其中X為觀測(cè)值，X_mean為該地點(diǎn)/要素的長(zhǎng)期平均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。Z值的大小表示觀測(cè)值偏離平均值的程度和方向，通常|Z|>1.5或|Z|>2被定義為氣候異常事件。**解析思路:*回答需說明其功能和計(jì)算公式，并解釋其意義（相對(duì)偏差、識(shí)別異常、比較）及常用閾值。3.水汽是大氣中最重要的溫室氣體之一，其含量直接影響大氣的輻射收支和熱量平衡。氣候異常事件（如熱浪、強(qiáng)降水）的發(fā)生發(fā)展與水汽密切相關(guān)：①對(duì)于極端高溫，大氣中較高的水汽含量會(huì)增強(qiáng)溫室效應(yīng)，導(dǎo)致地面和大氣層更暖；②對(duì)于極端降水，充沛的水汽是強(qiáng)降水發(fā)生的必要條件，大氣不穩(wěn)定層結(jié)和強(qiáng)烈的上升氣流能夠?qū)⒋罅克Y(jié)，形成強(qiáng)降水甚至暴雨。此外，水汽含量也影響大氣垂直運(yùn)動(dòng)和云的生成演變，進(jìn)而影響異常事件的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。**解析思路:*從水汽的溫室效應(yīng)和作為降水凝結(jié)核兩個(gè)方面，分別闡述其對(duì)極端高溫和極端降水的影響。4.海氣相互作用在ENSO現(xiàn)象中扮演關(guān)鍵角色。在厄爾尼諾期間，東太平洋海表溫度異常增暖導(dǎo)致海氣熱力差異改變，削弱了大氣對(duì)流，使得暖濕空氣難以上升，沃克環(huán)流減弱甚至反向，導(dǎo)致信風(fēng)減弱，赤道逆流增強(qiáng)，將西部暖水向西輸送，進(jìn)一步加劇東太平洋增暖。這種正反饋機(jī)制維持了ENSO事件的發(fā)展。在拉尼娜期間，東太平洋海表溫度異常冷卻，過程相反，導(dǎo)致對(duì)流增強(qiáng)，沃克環(huán)流增強(qiáng)，信風(fēng)增強(qiáng)，赤道逆流減弱，將西部冷水向東輸送，進(jìn)一步加劇東太平洋冷卻，形成負(fù)反饋，直至恢復(fù)。**解析思路:*描述ENSO海氣正反饋過程，需涉及SST異常、大氣對(duì)流、沃克環(huán)流、信風(fēng)、赤道逆流的相互調(diào)整和反饋機(jī)制。5.常用的氣候異常監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：①氣溫/降水標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)（Z-score）：用于識(shí)別特定地點(diǎn)或區(qū)域氣溫/降水是否異常。②玻爾登-托普切夫指數(shù)（BTO）：衡量北極濤動(dòng)（AO）的強(qiáng)度，反映北極渦旋的位移和強(qiáng)度變化。③印度洋偶極子（IOP）：衡量印度洋東西部海表溫度差異，與澳大利亞降水、東南亞干旱等密切相關(guān)。④海表溫度（SST）距平場(chǎng)：通過海溫異常圖直觀展示全球或區(qū)域性的海溫偏離情況。⑤大氣環(huán)流指數(shù)：如南方濤動(dòng)指數(shù)（SOI）、季風(fēng)指數(shù)等，用于監(jiān)測(cè)特定環(huán)流模態(tài)的異常。**解析思路:*列舉3-5種有代表性的指標(biāo)，并簡(jiǎn)要說明其監(jiān)測(cè)對(duì)象或意義。三、論述題1.全球變暖背景下，極端降水事件和極端高溫事件呈現(xiàn)出顯著的變化趨勢(shì)。一方面，全球平均氣溫升高導(dǎo)致大氣飽和水汽量增加（約每增溫1℃水汽量增約7%），為強(qiáng)降水事件的發(fā)生提供了更多“彈藥”，使得極端降水事件的強(qiáng)度和總量增加，頻率在某些區(qū)域也可能上升。另一方面，氣溫升高直接導(dǎo)致地表和大氣溫度突破閾值，更容易發(fā)生持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、強(qiáng)度更大的極端高溫和熱浪事件。同時(shí)，氣候變化可能改變大氣環(huán)流模式（如阻塞高壓的頻率和位置），進(jìn)一步影響極端天氣事件的時(shí)空分布。這些變化對(duì)水資源管理、防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)種植、人類健康等構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。**解析思路:*從物理機(jī)制（水汽增加）、直接效應(yīng)（氣溫升高）、環(huán)流影響等多方面闡述極端降水和高溫增加的原因，并結(jié)合影響進(jìn)行討論。2.阻塞高壓是指長(zhǎng)時(shí)間維持在副熱帶地區(qū)（如歐亞中高緯）的異常強(qiáng)大的阻塞高壓環(huán)流系統(tǒng)，其存在阻塞了極地冷空氣向低緯的南下和暖濕空氣向高緯的北上，導(dǎo)致其上游地區(qū)（通常為極地）出現(xiàn)持續(xù)異常冷（冷槽）、下游地區(qū)（通常為中緯度）出現(xiàn)持續(xù)異常暖（暖脊）的環(huán)流異常。這種環(huán)流調(diào)整直接導(dǎo)致下游區(qū)域氣溫異常偏高，若伴有持續(xù)輻合和上升氣流，則可能引發(fā)或加劇高溫、干旱；若阻塞高壓崩潰或南移，則可能導(dǎo)致其控制區(qū)域迅速降溫。因此，阻塞高壓通過改變行星波活動(dòng)路徑和強(qiáng)度，顯著影響區(qū)域性的氣溫、降水和風(fēng)場(chǎng)，是導(dǎo)致區(qū)域性氣候異常的重要原因。**解析思路:*闡述阻塞高壓的定義和基本特征，重點(diǎn)分析其對(duì)上下游大氣環(huán)流和天氣氣候（特別是氣溫異常）的影響機(jī)制。3.氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響具有雙重性：①負(fù)面影響：全球變暖導(dǎo)致極端天氣事件（干旱、洪澇、高溫、霜凍）頻率和強(qiáng)度增加，改變區(qū)域氣候特征（如降水格局、積溫），可能超出作物的適應(yīng)范圍，導(dǎo)致作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降、病蟲害發(fā)生范圍擴(kuò)大等，威脅糧食安全。②正面影響：在部分高緯度或高海拔地區(qū)，全球變暖可能延長(zhǎng)無霜期、增加積溫，為作物生長(zhǎng)提供更長(zhǎng)的適宜期，可能提高這些地區(qū)的作物產(chǎn)量潛力。然而，這種正面影響往往伴隨著水資源短缺、海平面上升對(duì)沿海地區(qū)的淹沒等新的挑戰(zhàn)。適應(yīng)策略包括：發(fā)展抗逆品種、調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和布局、改進(jìn)灌溉技術(shù)提高水分利用效率、實(shí)施保護(hù)性耕作、加強(qiáng)災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急管理、發(fā)展氣候智能型農(nóng)業(yè)等。**解析思路:*清晰分點(diǎn)闡述正面和負(fù)面影響，并分別列舉具體表現(xiàn)，然后提出針對(duì)性的適應(yīng)策略，體現(xiàn)全面性和實(shí)用性。4.大氣科學(xué)領(lǐng)域在預(yù)測(cè)氣候異常事件方面面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①預(yù)測(cè)技巧的局限性：由于大氣系統(tǒng)極其復(fù)雜和非線性，尤其是次季節(jié)到季節(jié)時(shí)間尺度的預(yù)測(cè)，目前全球氣候模式（GCMs）的預(yù)測(cè)技巧仍然有限，對(duì)許多特定事件（如厄爾尼諾衰亡階段、阻塞高壓的形成和崩潰）的預(yù)測(cè)能力仍然不高。②模式分辨率和參數(shù)化方案的不足：當(dāng)前模式的網(wǎng)格分辨率和對(duì)云、降水、輻射、陸面過程等關(guān)鍵物理過程的參數(shù)化方案仍存在簡(jiǎn)化，影響對(duì)局地尺度和特定事件細(xì)節(jié)的模擬能力。③數(shù)據(jù)同化和信息融合的挑戰(zhàn)：有效利用觀測(cè)資料（地面、衛(wèi)星、探空等）來改進(jìn)模式初始場(chǎng)和約束模式發(fā)展仍然困難，特別是對(duì)于稀疏的觀測(cè)資料和快速變化的系統(tǒng)。④預(yù)測(cè)不確定性的量化和管理：提供具有可靠概率意義的預(yù)測(cè)結(jié)果，并有效傳達(dá)給用戶理解和管理不確定性，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。未來發(fā)展