2025年大學(xué)《海洋科學(xué)》專業(yè)題庫——海洋環(huán)境模擬與預(yù)報技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填寫在題干后的括號內(nèi)。）1.以下哪項不屬于海洋環(huán)境模擬與預(yù)報技術(shù)研究的主要目標(biāo)？A.預(yù)測未來一段時間海洋環(huán)境要素的時空變化B.解釋海洋環(huán)境現(xiàn)象的物理和化學(xué)過程C.評估人類活動對海洋環(huán)境的影響D.精確測量海洋某一點的瞬時環(huán)境參數(shù)2.在海洋環(huán)流數(shù)值模型中，控制水體運動的主要物理定律是？A.熱力學(xué)定律B.道爾頓分壓定律C.牛頓運動定律D.麥克斯韋電磁定律3.下列哪項觀測技術(shù)最適合大范圍、長期監(jiān)測海表溫度（SST）？A.海洋浮標(biāo)B.剖面儀C.遙感衛(wèi)星D.多普勒聲學(xué)層析4.海洋模型中，描述水體物理過程與大氣相互作用的關(guān)鍵模塊通常稱為？A.海洋環(huán)流模塊B.海洋化學(xué)模塊C.海氣交互模塊D.模型驗證模塊5.在海洋環(huán)境預(yù)報中，集合預(yù)報的主要目的是？A.提高預(yù)報結(jié)果的精度B.減少計算成本C.評估預(yù)報的不確定性D.針對特定地點提供超高分辨率預(yù)報6.數(shù)值模型預(yù)報結(jié)果的“校準(zhǔn)”（Calibration）通常指？A.調(diào)整模型參數(shù)使其結(jié)果與觀測值更一致B.選擇最優(yōu)的模型框架C.對模型輸出進行統(tǒng)計分析D.確定模型的物理邊界7.赤潮的發(fā)生與以下哪個環(huán)境因素關(guān)系最為密切？A.海水鹽度B.海洋初級生產(chǎn)力C.水體透明度D.海洋沉積物類型8.用于描述海洋中物質(zhì)垂直混合過程的參數(shù)化方案通常稱為？A.碳循環(huán)參數(shù)化B.湍流閉合方案C.波浪破碎參數(shù)化D.風(fēng)場輸運參數(shù)化9.以下哪項技術(shù)不屬于傳統(tǒng)海洋環(huán)境統(tǒng)計預(yù)報方法？A.回歸分析B.時間序列分析C.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)D.蒙特卡洛模擬10.全球海洋觀測系統(tǒng)（GOOS）的主要目標(biāo)是？A.建立全球海洋覆蓋的數(shù)值模型B.整合和共享海洋觀測數(shù)據(jù)C.開發(fā)新型海洋遙感傳感器D.獨立進行所有海洋環(huán)境預(yù)報二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填寫在橫線上。）1.海洋環(huán)境模擬通常基于__________原理，通過數(shù)學(xué)方程模擬海洋環(huán)境要素的時空變化。2.海洋模型驗證常用的定量指標(biāo)包括均方根誤差（RMSE）和__________效率系數(shù)。3.海洋中的許多物理過程，如混合和輸送，受到湍流現(xiàn)象的顯著影響，描述湍流輸運的常用概念是__________。4.基于歷史數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計方法預(yù)測未來海洋環(huán)境狀況的技術(shù)稱為__________預(yù)報。5.風(fēng)生海流是海洋動力過程中重要的一環(huán)，其強度和方向主要受__________和__________的影響。6.海洋酸化主要是由于大氣中__________濃度增加，導(dǎo)致海洋水體pH值下降的現(xiàn)象。7.集合預(yù)報通過運行多個__________不同的初始條件或模型版本，來產(chǎn)生一組預(yù)報成員，以評估預(yù)報的不確定性。8.模擬海洋生物地球化學(xué)循環(huán)需要考慮碳、氮、磷等多種__________的循環(huán)過程。9.人工智能技術(shù)，特別是__________，在處理海量海洋數(shù)據(jù)和提升預(yù)報精度方面展現(xiàn)出巨大潛力。10.海洋環(huán)境模擬與預(yù)報結(jié)果的有效應(yīng)用依賴于__________和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的支持。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請給出每個名詞的準(zhǔn)確定義。）1.海氣相互作用2.數(shù)值模擬能力3.預(yù)報不確定性4.模型參數(shù)化5.集合預(yù)報四、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述海洋環(huán)境模擬與預(yù)報技術(shù)相比傳統(tǒng)觀測方法的主要優(yōu)勢。2.列舉至少三種影響海洋環(huán)流數(shù)值模型模擬結(jié)果精度的關(guān)鍵因素。3.統(tǒng)計預(yù)報方法與數(shù)值預(yù)報方法在基本原理和應(yīng)用范圍上有哪些主要區(qū)別？4.在海洋環(huán)境模擬與預(yù)報中，數(shù)據(jù)同化技術(shù)的作用是什么？五、論述題（每小題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答下列問題。）1.論述海洋環(huán)境模擬技術(shù)在未來氣候變化研究中的重要作用及其面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合實例，論述海洋環(huán)境預(yù)報技術(shù)在防災(zāi)減災(zāi)和資源可持續(xù)利用方面的應(yīng)用價值。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.C5.C6.A7.B8.B9.C10.B二、填空題1.數(shù)值模擬2.Nash-Sutcliffe3.摩爾根數(shù)（Moleculardiffusivity）或湍流擴散系數(shù)4.統(tǒng)計5.風(fēng)速風(fēng)向6.二氧化碳7.初始條件（或模型結(jié)構(gòu)、參數(shù)）8.元素9.機器學(xué)習(xí)10.海洋信息服務(wù)平臺（或數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）三、名詞解釋1.海氣相互作用：指海洋與大氣系統(tǒng)之間通過能量（如輻射、熱量、動量）和物質(zhì)（如水汽、氣體）交換而發(fā)生的相互影響和相互調(diào)制過程。2.數(shù)值模擬能力：指海洋環(huán)境模型準(zhǔn)確模擬海洋現(xiàn)象、過程或預(yù)測未來狀態(tài)的能力，通常通過模型輸出與觀測數(shù)據(jù)的比較來評估。3.預(yù)報不確定性：指由于模型的不完善、初始條件的不確定性、觀測數(shù)據(jù)的誤差以及混沌系統(tǒng)的內(nèi)在特性等因素，導(dǎo)致海洋環(huán)境預(yù)報結(jié)果與實際狀態(tài)之間存在的差異或不可確定性。4.模型參數(shù)化：指用簡化的數(shù)學(xué)公式或經(jīng)驗關(guān)系來描述那些在模型中難以直接求解的微觀或小尺度過程（如湍流混合、輻射傳輸、生物化學(xué)速率）的過程。5.集合預(yù)報：指通過運行多個具有微小差異（來自初始條件擾動、模型結(jié)構(gòu)差異或參數(shù)不確定性）的模型實例或一個單一模型的不同版本，產(chǎn)生一組預(yù)報成員，以評估預(yù)報結(jié)果不確定性的統(tǒng)計預(yù)報方法。四、簡答題1.優(yōu)勢：*能夠模擬觀測手段難以覆蓋的區(qū)域和過程。*可揭示海洋現(xiàn)象的內(nèi)在機理和因果關(guān)系。*能夠進行長期或未來情景的預(yù)測模擬。*可整合多圈層、多物理過程的信息。*相對于單一觀測點，能提供大范圍、連續(xù)的時空信息。2.影響模擬精度的關(guān)鍵因素：*模型分辨率：分辨率越高，對小尺度過程的模擬能力越強，但計算成本也越高。*模型物理/化學(xué)過程方案：所選用的參數(shù)化方案對模擬結(jié)果有決定性影響，方案的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。*初始條件和邊界條件：初始場的質(zhì)量和邊界條件的設(shè)定直接影響預(yù)報的起始狀態(tài)和演變。*觀測數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量：輸入模型的數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響模擬的準(zhǔn)確性。*計算資源：計算資源的限制可能影響模型分辨率、時間步長或并行計算的效率，進而影響結(jié)果。3.區(qū)別：*原理：統(tǒng)計預(yù)報基于歷史數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計關(guān)系，數(shù)值預(yù)報基于物理定律的數(shù)學(xué)方程。統(tǒng)計預(yù)報主要依賴相關(guān)性，數(shù)值預(yù)報依賴物理過程的內(nèi)在機制。*數(shù)據(jù)需求：統(tǒng)計預(yù)報主要依賴歷史序列數(shù)據(jù)，數(shù)值預(yù)報依賴初始狀態(tài)、邊界條件和物理參數(shù)。數(shù)值預(yù)報對初始數(shù)據(jù)（初始場）的質(zhì)量要求極高。*適用范圍：統(tǒng)計預(yù)報適用于規(guī)律性較弱、物理機制不明確或難以建模的系統(tǒng)（如短期、局地預(yù)報）。數(shù)值預(yù)報適用于物理過程明確、可建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，尤其適用于大范圍和長期預(yù)報。*信息利用：統(tǒng)計預(yù)報主要利用時間序列信息。數(shù)值預(yù)報利用空間分布的初始場和物理規(guī)律。4.數(shù)據(jù)同化技術(shù)的作用：*融合觀測數(shù)據(jù)與模型預(yù)報信息，產(chǎn)生比兩者單獨都更準(zhǔn)確、更接近真實狀態(tài)的分析場。*提供更優(yōu)的模型初始條件，從而提高后續(xù)天氣預(yù)報的精度和時效。*有助于改進和驗證模型參數(shù)。*維持和改進模型的狀態(tài)，使其能夠更真實地反映海洋環(huán)境。五、論述題1.作用：*機理探索：模擬不同氣候變化情景（如溫室氣體排放情景）下海洋的響應(yīng)，有助于理解氣候變化對海洋系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物過程的影響機制。*未來預(yù)估：預(yù)測未來海洋要素（如海溫、海平面、鹽度、環(huán)流）的變化趨勢和幅度，為制定適應(yīng)策略提供科學(xué)依據(jù)。*極端事件研究：模擬和評估氣候變化背景下海洋極端事件（如海嘯、厄爾尼諾、海洋酸化加?。┑陌l(fā)生頻率和強度變化。*反饋機制研究：模擬海洋對氣候變化的反饋（如海氣熱量交換、海洋碳匯變化），改進全球氣候模型。*風(fēng)險評估：評估氣候變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)、海洋資源（漁業(yè)、航運）和海岸帶區(qū)域的風(fēng)險。挑戰(zhàn)：*模型分辨率不足：難以捕捉海洋中關(guān)鍵的中小尺度過程，影響預(yù)估精度。*參數(shù)化方案的不確定性：許多小尺度過程依賴參數(shù)化，其不確定性很大。*初始條件誤差的放大：混沌特性導(dǎo)致初始微小誤差隨時間迅速放大，影響長期預(yù)報能力。*計算資源限制：高分辨率、長時間尺度的模擬需要巨大的計算資源。*多重耦合過程的復(fù)雜性：海洋與大氣、冰圈、生物圈等系統(tǒng)的復(fù)雜相互作用難以完全刻畫。*數(shù)據(jù)同化技術(shù)的局限：觀測資料的覆蓋范圍和時空密度有限，影響分析場的質(zhì)量。2.應(yīng)用價值：*防災(zāi)減災(zāi)：*風(fēng)暴潮預(yù)報：提前預(yù)報風(fēng)暴潮的潮高、范圍和到達時間，為沿海地區(qū)的人員疏散、財產(chǎn)轉(zhuǎn)移和防災(zāi)工程提供決策支持，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。*海浪預(yù)報：為船舶航行、海上平臺作業(yè)、港口工程設(shè)計和海岸防護提供依據(jù)。*有害藻華/赤潮預(yù)報：提前預(yù)警有害藻華的爆發(fā)時間、地點和范圍，為漁船避開危險海域、及時收獲漁獲物、采取控制和清除措施提供預(yù)警信息，保障水產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境。*溢油事故應(yīng)急：模擬油污帶的漂移擴散路徑和速度，指導(dǎo)清污船的布設(shè)和清污行動，最大限度地減少油污對環(huán)境的損害。*資源可持續(xù)利用：*漁業(yè)資源管理：預(yù)報魚卵、幼魚和成魚的活動分布區(qū)域和遷徙路線，為漁船優(yōu)化作業(yè)區(qū)域和漁期提供信息，實現(xiàn)漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。*海洋能源開發(fā)：預(yù)報風(fēng)能、浪能、潮汐能等海洋可再生能源資源的時空分布，為海洋能源的選址和開發(fā)提供依據(jù)。