2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——氣象觀測網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評估與優(yōu)化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.以下哪個指標(biāo)主要反映觀測數(shù)據(jù)與其所代表更大區(qū)域氣象要素平均值之間的差異程度？（）A.準(zhǔn)確性B.代表性C.連續(xù)性D.一致性2.在評估地面氣象觀測站的代表性時，通常要求站點位置應(yīng)能代表其所屬氣候分區(qū)或特定下墊面的特征，這主要體現(xiàn)了觀測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的（）原則。A.均勻性B.密度C.可靠性D.代表性3.采用多普勒天氣雷達(dá)進(jìn)行降水估測時，其觀測值與實際降水量之間存在系統(tǒng)偏差，這種現(xiàn)象主要影響了評估其觀測網(wǎng)絡(luò)性能的（）。A.完整性B.準(zhǔn)確性C.一致性D.可比性4.氣象觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制流程中，通常首先進(jìn)行的是（）。A.精度訂正B.限差檢驗C.數(shù)據(jù)融合D.趨勢外推5.評估一個氣象觀測網(wǎng)絡(luò)的冗余度時，主要考慮的是（）。A.網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域范圍B.網(wǎng)絡(luò)中相鄰站點間的距離C.當(dāng)部分站點失效時，網(wǎng)絡(luò)仍能維持其基本觀測能力的程度D.網(wǎng)絡(luò)中站點總數(shù)與實際需求的比例6.使用均方根誤差（RMSE）來評估氣溫觀測質(zhì)量時，RMSE值越小，表明（）。A.觀測數(shù)據(jù)的平均值與真實值越接近B.觀測數(shù)據(jù)相對于其平均值的波動性越小C.觀測數(shù)據(jù)與真實值之間的平均偏差越大D.觀測數(shù)據(jù)的絕對誤差總是小于某個固定值7.對于需要高時間分辨率的數(shù)據(jù)（如短時強(qiáng)降水監(jiān)測），觀測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化應(yīng)優(yōu)先考慮（）。A.站點間的空間距離B.站點的地理分布范圍C.站點觀測時間的同步性D.站點的觀測儀器精度8.在進(jìn)行氣象觀測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計時，成本效益分析的核心是（）。A.比較不同優(yōu)化方案的技術(shù)先進(jìn)性B.評估投入成本與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的效益之間的關(guān)系C.確定網(wǎng)絡(luò)中每個站點的最優(yōu)地理位置D.確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋盡可能大的區(qū)域9.觀測數(shù)據(jù)的一致性是指（）。A.數(shù)據(jù)在時間序列上保持穩(wěn)定，無明顯突變B.數(shù)據(jù)的精度滿足業(yè)務(wù)要求C.不同觀測平臺獲取的同一要素數(shù)據(jù)具有可比性D.數(shù)據(jù)的完整性好，無缺失10.利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣水汽含量反演時，其觀測網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量評估需要特別關(guān)注（）。A.數(shù)據(jù)的時空分辨率B.單個像素的絕對精度C.站點間的空間幾何關(guān)系D.數(shù)據(jù)的連續(xù)獲取能力二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上）1.氣象觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量特性通常包括：______、______、______、______和______。2.常用的氣象觀測質(zhì)量限差檢驗方法有______、______和______。3.觀測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)是在滿足觀測需求的前提下，實現(xiàn)______或______的最大化。4.評估氣象觀測網(wǎng)絡(luò)覆蓋程度常用的指標(biāo)是______。5.數(shù)據(jù)同化是將______與______相結(jié)合，得到更精確、更完整狀態(tài)估計的方法，也應(yīng)用于觀測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果的評估。6.影響地面氣象觀測數(shù)據(jù)代表性的主要因素有下墊面性質(zhì)、______和______。7.對于應(yīng)用氣象學(xué)領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)氣象觀測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，應(yīng)特別考慮其______和______。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述氣象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的常用流程及其各步驟的主要目的。2.簡述影響氣象觀測站網(wǎng)代表性好壞的主要因素。3.簡述氣象觀測網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計中需要考慮的主要約束條件。4.簡述評估氣象觀測網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量時，計算均方根誤差（RMSE）的基本步驟。四、論述題（10分）結(jié)合應(yīng)用氣象學(xué)的具體需求（如干旱監(jiān)測、強(qiáng)對流天氣預(yù)警等），論述一個優(yōu)化的氣象觀測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備哪些關(guān)鍵特征，并說明設(shè)計時應(yīng)如何權(quán)衡不同特征（如密度、精度、時空分辨率、成本等）。五、設(shè)計題（25分）假設(shè)你需要為一個面積約為10萬平方公里的干旱半干旱地區(qū)設(shè)計一個用于監(jiān)測降水和土壤濕度的優(yōu)化觀測網(wǎng)絡(luò)。該地區(qū)地形以高原為主，伴有部分深切河谷，人口密度低，經(jīng)濟(jì)相對落后。請根據(jù)以下要求進(jìn)行設(shè)計并說明理由：1.確定觀測網(wǎng)絡(luò)的主要類型（地面站、雷達(dá)等）及其布局原則。2.說明選擇該種類型和布局原則的理由，并考慮如何彌補(bǔ)地形和人口稀疏帶來的挑戰(zhàn)。3.提出至少三種可能的優(yōu)化方案（例如，在關(guān)鍵區(qū)域增加站點密度、采用不同類型的傳感器組合、引入遙感數(shù)據(jù)輔助等），并簡述各方案的優(yōu)缺點及適用場景。4.在設(shè)計時，你主要考慮了哪些關(guān)鍵的性能指標(biāo)？為什么？試卷答案一、選擇題1.B2.D3.B4.B5.C6.B7.C8.B9.C10.A二、填空題1.準(zhǔn)確性代表性連續(xù)性完整性一致性2.限差檢驗趨勢檢驗突變檢驗3.成本效益性能4.覆蓋率5.遙感觀測數(shù)據(jù)實際地面觀測數(shù)據(jù)6.地形地下水位7.服務(wù)針對性可用性三、簡答題1.答：氣象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程通常包括：數(shù)據(jù)接收與預(yù)處理（檢查數(shù)據(jù)格式、時間戳等）、質(zhì)量控制算法處理（如限差檢驗、趨勢檢驗、突變檢驗、一致性檢驗等）、可疑數(shù)據(jù)標(biāo)記與剔除/訂正、質(zhì)量控制報告生成。各步驟目的：接收預(yù)處理確保數(shù)據(jù)基礎(chǔ)可用性；算法處理識別并處理異?；蝈e誤數(shù)據(jù)；標(biāo)記剔除訂正改善數(shù)據(jù)質(zhì)量；報告生成提供質(zhì)量控制記錄和依據(jù)。2.答：主要影響因素：①下墊面性質(zhì)：不同地表（如草地、裸地、水體）對氣象要素的影響不同，站點位置需能代表目標(biāo)下墊面特征；②地形地貌：山地、河谷等地形復(fù)雜，會改變氣流和降水分布，影響觀測代表性；③距離：站點與周圍其他站點或參考區(qū)域的距離，影響其觀測值能代表多大范圍的特征。3.答：主要約束條件：①觀測需求：必須滿足特定氣象應(yīng)用（如預(yù)報、監(jiān)測）對數(shù)據(jù)要素、時空分辨率、精度的要求；②技術(shù)條件：受限于觀測技術(shù)能力、傳感器性能、數(shù)據(jù)傳輸手段等；③經(jīng)濟(jì)成本：包括站點建設(shè)、維護(hù)、運行、人員管理等費用，需考慮預(yù)算限制；④地理環(huán)境：地形、交通、供電等自然和社會條件對站點選址和建設(shè)的限制。4.答：基本步驟：①收集一系列觀測樣本對（觀測值x?，真值y?），真值可由高精度觀測、融合產(chǎn)品或模型模擬獲得；②計算每個樣本對的誤差e?=x?-y?；③計算誤差的平方e?2；④對所有樣本對的誤差平方求和，得到Σ(e?2)；⑤將誤差平方和除以樣本總數(shù)N（或N-1，取決于是否為樣本方差），得到方差s2；⑥對方差開平方根，得到RMSE=√[Σ(e?2)/N]。四、論述題答：優(yōu)化的氣象觀測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備的關(guān)鍵特征：①高覆蓋性與均勻性：確保觀測系統(tǒng)能夠覆蓋目標(biāo)區(qū)域，且站點分布相對均勻，避免觀測空白和過度密集；②針對性與適用性：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計需緊密結(jié)合具體應(yīng)用需求（如干旱監(jiān)測側(cè)重土壤濕度和降水，強(qiáng)對流預(yù)警側(cè)重短時高分辨率數(shù)據(jù)），選擇合適的觀測要素和精度；③多源性與互補(bǔ)性：整合地面站、雷達(dá)、衛(wèi)星、遙感等多種觀測手段，發(fā)揮各自優(yōu)勢，彌補(bǔ)單一手段的不足；④數(shù)據(jù)質(zhì)量高與時效性：確保觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、連續(xù)、完整，并能快速傳輸處理，滿足實時應(yīng)用需求；⑤經(jīng)濟(jì)可行性與可維護(hù)性：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運行成本可控，且站點易于維護(hù)管理。權(quán)衡不同特征：①密度與精度：通常密度越高，成本越高，但覆蓋和分辨率可能提升。需根據(jù)應(yīng)用需求確定優(yōu)先級，例如災(zāi)害預(yù)警可能需要高密度但精度稍低的快速網(wǎng)絡(luò)，而長期氣候變化研究則需要低密度但高精度的長期穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；②時空分辨率：高時間分辨率（如分鐘級）和高空間分辨率（如厘米級雷達(dá)）成本高昂。需根據(jù)監(jiān)測對象（如秒雨率vs降水總量）進(jìn)行權(quán)衡；③成本與效益：需進(jìn)行成本效益分析，選擇能在可接受成本下帶來最大應(yīng)用效益（如預(yù)警準(zhǔn)確率提升、決策支持能力增強(qiáng)）的方案。需綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)可行性。五、設(shè)計題1.答：主要類型為地面氣象觀測站（包含降水和土壤濕度傳感器），輔以少量地基遙感探測設(shè)備（如微波輻射計）。布局原則：①按網(wǎng)格化布點，保證一定覆蓋率；②在降水復(fù)雜區(qū)（如山地迎風(fēng)坡、河谷）、土壤墑情敏感區(qū)（如農(nóng)田、綠洲）和人口稀疏區(qū)增加站點密度；③沿主要交通干線和河流布設(shè)站點，便于維護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸。2.答：選擇地面站為主，因其在復(fù)雜地形下可靈活選址，直接測量土壤濕度，且成本相對可控。地面站結(jié)合少量地基遙感（如微波輻射計測量大氣水汽）可彌補(bǔ)偏遠(yuǎn)地區(qū)站點稀疏和地形影響。布局上考慮高原地形起伏大，網(wǎng)格間距需適當(dāng)加大，并在關(guān)鍵部位加密；河谷地區(qū)需在谷底和兩岸布設(shè)站點以反映不同高度的水汽和降水特征。人口稀疏、經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)站點維護(hù)困難，需選用耐久、低功耗、自動化程度高的設(shè)備，并考慮利用太陽能供電，或通過衛(wèi)星信道傳輸數(shù)據(jù)。3.答：方案一：在現(xiàn)有基礎(chǔ)站點上增加土壤濕度傳感器種類和數(shù)量，并加密部分關(guān)鍵區(qū)域的地面站點。優(yōu)點：利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，投入相對較小。缺點：覆蓋和監(jiān)測能力提升有限，可能仍存在空白。方案二：建設(shè)一批配備高精度降水遙測儀（如雙頻雷達(dá)或激光雷達(dá)）和土壤濕度遙測儀（如探空式）的自動化地面站，重點部署在高原邊緣、河谷和降水關(guān)鍵區(qū)域。優(yōu)點：提升觀測精度和時空分辨率，增強(qiáng)對降水和土壤濕度的監(jiān)測能力。缺點：建設(shè)和運行成本顯著增加。方案三：以地面站為骨干，融合衛(wèi)星遙感（如被動微波遙感土壤濕度、主動微波遙感降水）和地基遙感（如地基遙感探測大氣水汽）數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)同化技術(shù)提升區(qū)域降水和土壤濕度估算的精度和覆蓋范圍。優(yōu)點：可大幅拓展觀測范圍，補(bǔ)充地面站不足，成本相對方案二較低。缺點：遙感數(shù)據(jù)精度和分辨率受天氣條件和算法影響，數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求高。適用場景：方案一適用于初期建設(shè)或預(yù)算有限情況；方案二適用于對觀測精度和分辨率要求高的關(guān)鍵區(qū)域；方案三適用于需要快速、大范圍覆蓋，且具備較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力的場景。4.答：主要考慮的關(guān)鍵性能指標(biāo)：①覆蓋率：網(wǎng)絡(luò)必須