2025年大學(xué)《海洋科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——海洋環(huán)境模擬與數(shù)值預(yù)報技術(shù)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入括號內(nèi)）1.海洋環(huán)境數(shù)值模擬的基礎(chǔ)是（）。A.海洋觀測數(shù)據(jù)B.海洋物理過程的數(shù)學(xué)描述C.高性能計算機(jī)D.海洋預(yù)報需求2.在海洋數(shù)值模型中，描述海水質(zhì)量守恒的方程是（）。A.動量方程B.能量方程C.連續(xù)性方程D.熱力學(xué)方程3.適用于模擬開闊大洋的海洋坐標(biāo)系統(tǒng)通常是（）。A.水平直角坐標(biāo)B.正交曲線坐標(biāo)（如γ-θ坐標(biāo)）C.球坐標(biāo)D.柱坐標(biāo)4.下列哪種時間積分格式屬于隱式格式？（）A.向前歐拉法B.向后歐拉法C.中心差分法D.顯式龍格-庫塔法5.數(shù)值模擬中，CFL（Courant-Friedrichs-Lewy）條件主要用于保證（）。A.模型經(jīng)濟(jì)性B.模型穩(wěn)定性C.模型精度D.模型可擴(kuò)展性6.海洋環(huán)流模型中，描述水平動量傳遞的關(guān)鍵參數(shù)化方案是（）。A.溫度擴(kuò)散方案B.鹽度擴(kuò)散方案C.湍流混合方案（如K-profileparameterization）D.輻射換熱方案7.評估數(shù)值模擬結(jié)果與實際情況符合程度的方法稱為（）。A.模型診斷B.模型驗證C.敏感性試驗D.集合預(yù)報8.全球海洋環(huán)流模型的主要特點之一是（）。A.比區(qū)域模型更簡單B.空間分辨率通常高于區(qū)域模型C.主要關(guān)注近岸過程D.通常只模擬表層水體9.海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)流程中，通常首先需要使用（）。A.預(yù)報結(jié)果B.模型初始場C.模型參數(shù)D.觀測數(shù)據(jù)10.將觀測資料與模擬/預(yù)報結(jié)果進(jìn)行定量比較，以評估模型誤差的過程，屬于（）。A.統(tǒng)計診斷B.物理診斷C.綜合驗證D.模式修正二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填入橫線內(nèi)）1.海洋環(huán)境數(shù)值模型通?；谝惶卓刂品匠蹋ㄟB續(xù)性方程、______、______和能量方程。2.在有限差分方法中，將偏微分方程轉(zhuǎn)化為離散點上的代數(shù)方程的過程稱為______。3.海洋模型中，邊界條件通常包括______邊界條件和______邊界條件。4.模型驗證的主要目的是評估模型的______和______。5.海洋數(shù)值模擬結(jié)果的可靠性依賴于模型的______、______和觀測資料的______。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述歐拉方法和拉格朗日方法在海洋數(shù)值模擬中的主要區(qū)別。2.解釋什么是海洋數(shù)值模型的參數(shù)化方案，并列舉兩種常見的湍流混合參數(shù)化方案。3.簡述海洋環(huán)境數(shù)值預(yù)報與數(shù)值模擬的主要區(qū)別和聯(lián)系。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述數(shù)值穩(wěn)定性對海洋環(huán)境模擬的重要性，并簡述有限差分方法中導(dǎo)致不穩(wěn)定的主要因素。2.結(jié)合實例，論述海洋數(shù)值模型在海洋科學(xué)研究或?qū)嶋H應(yīng)用中的重要作用。五、計算題（共15分）假設(shè)在一個簡單的二維海洋模型區(qū)域，使用均勻網(wǎng)格，水平步長Δx=Δy=1000m?？紤]水平動量方程的x分量，采用中心差分格式在空間和時間上進(jìn)行離散，時間步長Δt=60s。忽略科里奧利力和壓力梯度，僅考慮水平渦粘系數(shù)A_h=1.0x10^-4m^2/s和水平熱擴(kuò)散系數(shù)K_h=1.0x10^-7m^2/s，并且假設(shè)流速u、v和溫度T在時空上均為常數(shù)。請推導(dǎo)該對流項（-u?u/?x-v?u/?y）在空間和時間上的離散格式，并說明該格式的穩(wěn)定性條件（例如CFL條件）。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.B6.C7.B8.B9.B10.C二、填空題1.動量方程,能量方程2.離散化3.開放,固定4.準(zhǔn)確性,可靠性5.模型結(jié)構(gòu),參數(shù)設(shè)置,準(zhǔn)確性三、簡答題1.解析思路：歐拉方法固定空間點，描述物理量隨時間的變化；拉格朗日方法跟蹤流體微團(tuán)，描述流體微團(tuán)隨時間的變化和空間的移動。前者適用于空間邊界條件復(fù)雜或模型區(qū)域不規(guī)整的情況，后者物理意義直觀，但追蹤計算和網(wǎng)格處理可能更復(fù)雜。2.解析思路：參數(shù)化方案是將無法直接量化的宏觀物理過程（如湍流、混合）用簡化的數(shù)學(xué)公式或經(jīng)驗關(guān)系來描述。常見的湍流混合參數(shù)化方案有K-ε模型、K-ω模型等。3.解析思路：數(shù)值模擬是計算海洋狀態(tài)，不涉及時間預(yù)測；數(shù)值預(yù)報是在模擬基礎(chǔ)上，利用初始場和邊界條件，預(yù)測未來一段時間海洋狀態(tài)的變化。預(yù)報是模擬的應(yīng)用，兩者都依賴模型和初始條件。四、論述題1.解析思路：數(shù)值穩(wěn)定性是指模型在計算過程中，初始擾動不會隨時間無限放大，保證計算結(jié)果的收斂性和可靠性。有限差分方法中，導(dǎo)致不穩(wěn)定的主要因素包括時間步長Δt和空間步長Δx,Δy的比值不滿足特定條件（如CFL條件），以及數(shù)值格式本身的設(shè)計（如顯式格式）。2.解析思路：海洋數(shù)值模型可模擬海流、溫鹽結(jié)構(gòu)變化、海洋混合、生物地球化學(xué)循環(huán)等，幫助理解物理、化學(xué)、生物過程及其相互作用。在應(yīng)用方面，可用于海洋預(yù)報（如風(fēng)暴潮、有害藻華）、資源勘探（如海底地形影響）、氣候變化研究（如海氣相互作用）、海洋環(huán)境評估與管理等。五、計算題解析思路：1.空間離散：對流項-u?u/?x-v?u/?y采用中心差分，在點(i,j)處，?u/?x≈(u(i+1,j)-u(i-1,j))/(2Δx)，?u/?y≈(u(i,j+1)-u(i,j-1))/(2Δy)。代入得到空間離散格式。2.時間離散：使用向前歐拉法進(jìn)行時間離散，u(t+Δt)=u(t)+Δt*[項]。將空間離散結(jié)果代入時間離散。3.穩(wěn)定性分析：分析得到的差分方程的穩(wěn)定性，通常要求系數(shù)滿足特定關(guān)系以保證解的振蕩性可控。對于對流項，其穩(wěn)定性與CFL數(shù)(Δt/Δx)*|u|+(Δt/Δy)*|v|相關(guān)，需要小于某個臨界值（具體值取決于格式）。答案：1.空間離散：-u(i,j)[u(i+1,j)-u(i-1,j)]/(2Δx)-v(i,j)[u(i,j+1)-u(i,j-1)]/(2Δy)時間離散：u(i,j,Δt)=u(i,j)-Δt*[-u(i,