2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣湍流對(duì)空氣濕度的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.大氣湍流的主要特征包括隨機(jī)性、三維性和__________。2.描述大氣垂直方向上水汽混合強(qiáng)度的物理量是__________。3.湍流垂直輸送水汽的同時(shí)，也會(huì)對(duì)近地表層的__________產(chǎn)生影響。4.大氣混合層的發(fā)展與地表加熱、大氣層結(jié)穩(wěn)定性以及__________密切相關(guān)。5.湍流強(qiáng)度通常用湍動(dòng)能或__________等參數(shù)來表征。6.相對(duì)濕度的定義是空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的__________。7.在不穩(wěn)定大氣條件下，湍流活動(dòng)通常__________，并促進(jìn)近地面水汽向高層輸送。8.地表蒸發(fā)和蒸騰過程向大氣輸送水汽，湍流，特別是__________分量，對(duì)這一過程的效率有重要影響。9.渦度相關(guān)法是測量大氣__________的常用湍流觀測技術(shù)之一。10.湍流混合不僅影響濕度場，也顯著影響著近地面污染物濃度和__________的分布。二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述大氣湍流是如何產(chǎn)生的主要機(jī)制。2.解釋湍流擴(kuò)散如何影響近地面層空氣的溫度和濕度水平。3.闡述地表性質(zhì)（如裸地、植被覆蓋）如何影響湍流及其對(duì)空氣濕度的影響。4.描述大氣混合層在一天中的發(fā)展過程及其對(duì)邊界層濕度結(jié)構(gòu)的意義。5.說明湍流輸送在云滴增長過程中的作用。三、論述題（每題10分，共30分）1.詳細(xì)論述湍流垂直混合對(duì)近地面層相對(duì)濕度時(shí)空分布的影響機(jī)制。2.結(jié)合熱力不穩(wěn)定條件，分析湍流活動(dòng)如何增強(qiáng)地表蒸散發(fā)對(duì)大氣濕度的影響。3.討論大氣湍流對(duì)大氣邊界層濕度結(jié)構(gòu)及其對(duì)天氣現(xiàn)象（如霧、霾）形成可能產(chǎn)生的影響。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.時(shí)變性2.濕度廓線（或混合比廓線、比濕廓線）3.溫度4.湍流5.摩擦風(fēng)速（或摩擦層厚度）6.比值7.增強(qiáng)（或加劇）8.垂直速度（或w分量）9.湍流通量（或湍流水汽通量）10.大氣邊界層二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述大氣湍流是如何產(chǎn)生的主要機(jī)制。解析思路：大氣湍流的產(chǎn)生根源在于大氣的非層結(jié)性和非定常性。主要機(jī)制包括：①地表不均勻加熱導(dǎo)致溫度梯度產(chǎn)生，進(jìn)而引發(fā)近地表層的動(dòng)量、熱量和水汽的垂直混合；②風(fēng)切變，即風(fēng)速隨高度的變化，也會(huì)在風(fēng)速梯度大的區(qū)域產(chǎn)生湍流；③山脈等大地形阻擋會(huì)迫使氣流變形，產(chǎn)生湍流；④大氣內(nèi)部不穩(wěn)定能量釋放（如對(duì)流）也會(huì)加劇湍流活動(dòng)。核心是流體微團(tuán)在慣性力、浮力、摩擦力等作用下的隨機(jī)脈動(dòng)。答案要點(diǎn)：主要機(jī)制包括地表不均勻加熱產(chǎn)生的溫度梯度、風(fēng)切變、大地形阻擋以及大氣內(nèi)部不穩(wěn)定能量釋放等。這些因素導(dǎo)致流體微團(tuán)隨機(jī)脈動(dòng)，形成湍流。2.解釋湍流擴(kuò)散如何影響近地面層空氣的溫度和濕度水平。解析思路：湍流擴(kuò)散是湍流混合的體現(xiàn)。湍流使得近地面不同高度、不同溫度和濕度的空氣發(fā)生混合。如果混合的是來自更高、更暖、更濕的空氣，則近地面溫度和濕度會(huì)增加；反之，如果混合的是來自更低、更冷、更干的空氣，則近地面溫度和濕度會(huì)降低。湍流強(qiáng)度越大，混合越強(qiáng)烈，對(duì)近地面溫度和濕度水平的影響也越顯著，使得近地面層垂直方向上的溫度和濕度梯度減小。答案要點(diǎn)：湍流通過混合不同溫度和濕度的空氣來影響近地面水平。混合暖濕或冷干空氣分別導(dǎo)致近地面溫度濕度升高或降低。湍流越強(qiáng)，混合越劇烈，近地面層垂直梯度越小。3.闡述地表性質(zhì)（如裸地、植被覆蓋）如何影響湍流及其對(duì)空氣濕度的影響。解析思路：地表性質(zhì)通過改變地表粗糙度、反照率、蒸散發(fā)能力等來影響近地表湍流。例如，植被覆蓋通常比裸地粗糙度大，會(huì)抑制近地表湍流發(fā)展，減小摩擦風(fēng)速，但植被通過蒸騰作用向大氣輸送大量水汽，即使湍流較弱，也能維持較高的近地面濕度。裸地通常粗糙度小，湍流相對(duì)較強(qiáng)，對(duì)近地面濕度場的影響（如混合干空氣）更顯著。不同地表的蒸散發(fā)能力也直接決定了通過湍流輸送到大氣中的水汽通量大小。答案要點(diǎn)：地表通過改變粗糙度影響湍流強(qiáng)度（植被通常增大粗糙度，抑制湍流；裸地反之）。植被通過蒸騰強(qiáng)烈影響近地面濕度，即使湍流較弱。不同地表的蒸散發(fā)能力也決定了水汽通量大小。4.描述大氣混合層在一天中的發(fā)展過程及其對(duì)邊界層濕度結(jié)構(gòu)的意義。解析思路：大氣混合層（邊界層）的發(fā)展受地表加熱驅(qū)動(dòng)。白天，太陽輻射加熱地表，近地面空氣受熱膨脹上升，形成熱力對(duì)流，湍流活動(dòng)增強(qiáng)，混合層垂直發(fā)展高度逐漸增加。夜間，地表冷卻，對(duì)流減弱甚至消失，混合層高度降低?；旌蠈拥陌l(fā)展伴隨著湍流對(duì)近地面和低層大氣的水汽進(jìn)行混合。發(fā)展良好的混合層有利于近地面水汽向上輸送，并使低層濕度相對(duì)均勻。答案要點(diǎn)：白天受地表加熱發(fā)展，高度逐漸增加；夜間冷卻，高度降低?；旌蠈影l(fā)展過程是湍流混合作用的結(jié)果，有利于近地面水汽向上輸送和低層濕度均勻化。5.說明湍流輸送在云滴增長過程中的作用。解析思路：云滴增長（如碰撞-凝聚過程）需要小云滴與較大云滴或大分子水汽發(fā)生碰撞或通過水汽擴(kuò)散。湍流輸送在兩個(gè)關(guān)鍵方面發(fā)揮作用：一是湍流垂直混合可以將含有較大云滴的氣流輸送到含有較多小云滴的區(qū)域，增加碰撞機(jī)會(huì)；二是湍流輸送可以將近地面的水汽或較暖濕的空氣輸送到高空，有利于云滴增長和云的發(fā)展。湍流增強(qiáng)可以顯著提高云內(nèi)粒子濃度和增長效率。答案要點(diǎn)：湍流通過垂直輸送將不同尺度云滴或水汽混合，增加碰撞凝聚機(jī)會(huì)。輸送近地面水汽或暖濕空氣至高空，促進(jìn)云滴增長。三、論述題（每題10分，共30分）1.詳細(xì)論述湍流垂直混合對(duì)近地面層相對(duì)濕度時(shí)空分布的影響機(jī)制。解析思路：論述需涵蓋湍流混合如何改變近地面層的溫度和濕度。首先，明確湍流混合是動(dòng)量、熱量和水汽的混合過程。其次，分析混合對(duì)溫度的影響：混合暖空氣使近地面溫度升高，混合冷空氣使近地面溫度降低。再次，分析混合對(duì)濕度的影響：混合濕空氣使近地面濕度升高，混合干空氣使近地面濕度降低。然后，結(jié)合近地面層的溫度濕度特性（如常存在逆溫層，濕度常在近地面達(dá)到最大），重點(diǎn)分析湍流混合如何破壞或維持這種分布。例如，白天湍流混合將低層暖濕空氣與高層冷空氣混合，可能導(dǎo)致近地面相對(duì)濕度下降；夜間混合可能將低層較干空氣與近地面濕空氣混合，也可能改變濕度分布。最后，強(qiáng)調(diào)湍流強(qiáng)度和混合層高度對(duì)濕度時(shí)空分布的影響。答案要點(diǎn)：湍流混合通過交換不同溫度和濕度的空氣影響近地面相對(duì)濕度?；旌吓瘽窨諝馐?jié)穸壬撸旌侠涓煽諝馐節(jié)穸冉档??；旌献饔闷茐慕孛鏈囟群蜐穸鹊拇怪碧荻取＝孛鏉穸韧ǔＷ畲?，湍流混合?huì)將低層濕空氣與高層干冷空氣混合，或反之，改變近地面濕度?；旌蠈影l(fā)展高度和湍流強(qiáng)度影響混合范圍和程度，進(jìn)而影響濕度時(shí)空分布。2.結(jié)合熱力不穩(wěn)定條件，分析湍流活動(dòng)如何增強(qiáng)地表蒸散發(fā)對(duì)大氣濕度的影響。解析思路：首先明確熱力不穩(wěn)定條件下大氣對(duì)流活動(dòng)強(qiáng)烈。地表蒸散發(fā)為大氣提供了源源不斷的水汽。在熱力不穩(wěn)定條件下，湍流活動(dòng)（對(duì)流）更為旺盛，能夠更有效地將地表附近富含水汽的空氣向上輸送。更強(qiáng)的垂直湍流輸送意味著更快的蒸散發(fā)水汽進(jìn)入大氣過程。同時(shí)，湍流活動(dòng)本身也加劇了地表附近空氣的混合，使得從地表蒸散出的水汽能夠更快地?cái)U(kuò)散到更廣闊的區(qū)域。因此，熱力不穩(wěn)定條件下的強(qiáng)湍流活動(dòng)，顯著增強(qiáng)了地表蒸散發(fā)對(duì)大氣濕度（特別是低層大氣濕度）的貢獻(xiàn)和影響范圍。答案要點(diǎn)：熱力不穩(wěn)定條件下，對(duì)流性湍流活動(dòng)增強(qiáng)。強(qiáng)湍流能更有效地將地表蒸散出的水汽向上輸送，同時(shí)加劇近地面混合，加速水汽擴(kuò)散。因此，強(qiáng)湍流顯著增強(qiáng)不穩(wěn)定條件下地表蒸散發(fā)對(duì)大氣濕度的貢獻(xiàn)和影響。3.討論大氣湍流對(duì)大氣邊界層濕度結(jié)構(gòu)及其對(duì)天氣現(xiàn)象（如霧、霾）形成可能產(chǎn)生的影響。解析思路：首先說明大氣邊界層（ABL）的濕度結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)為近地面濕度最高，向上逐漸減?。ǔ怯心鏉駥樱?。湍流是維持這種結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵機(jī)制。湍流混合將低層的濕空氣向上輸送，同時(shí)將高層的干空氣向下輸送，塑造了濕度的垂直分布。其次，討論湍流對(duì)近地面濕度的維持和影響。例如，在晴朗無風(fēng)或微風(fēng)條件下，地表蒸散發(fā)提供水汽，弱湍流有助于水汽在近地面積累，可能形成霧。強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)湍流則可能將低層濕空氣與高層干空氣混合，稀釋近地面濕度，抑制霧的形成。最后，結(jié)合霾的形成機(jī)制（氣溶膠粒子吸濕增長