2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——?dú)庀笥^測(cè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)估與優(yōu)化考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.以下哪個(gè)指標(biāo)主要反映觀測(cè)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(píng)估地面氣象觀測(cè)站的代表性時(shí)，通常要求站點(diǎn)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(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(cè)時(shí)，其觀測(cè)值與實(shí)際降水量之間存在系統(tǒng)偏差，這種現(xiàn)象主要影響了評(píng)估其觀測(cè)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(cè)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(yàn)C.數(shù)據(jù)融合D.趨勢(shì)外推5.評(píng)估一個(gè)氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的冗余度時(shí)，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(diǎn)間的距離C.當(dāng)部分站點(diǎn)失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍能維持其基本觀測(cè)能力的程度D.網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)總數(shù)與實(shí)際需求的比例6.使用均方根誤差（RMSE）來(lái)評(píng)估氣溫觀測(cè)質(zhì)量時(shí)，RMSE值越小，表明（）。A.觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值與真實(shí)值越接近B.觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)于其平均值的波動(dòng)性越小C.觀測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)值之間的平均偏差越大D.觀測(cè)數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差總是小于某個(gè)固定值7.對(duì)于需要高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)（如短時(shí)強(qiáng)降水監(jiān)測(cè)），觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化應(yīng)優(yōu)先考慮（）。A.站點(diǎn)間的空間距離B.站點(diǎn)的地理分布范圍C.站點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間的同步性D.站點(diǎn)的觀測(cè)儀器精度8.在進(jìn)行氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，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(píng)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(gè)站點(diǎn)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(cè)數(shù)據(jù)的一致性是指（）。A.數(shù)據(jù)在時(shí)間序列上保持穩(wěn)定，無(wú)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(cè)平臺(tái)獲取的同一要素?cái)?shù)據(jù)具有可比性D.數(shù)據(jù)的完整性好，無(wú)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(shí)，其觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量評(píng)估需要特別關(guān)注（）。A.數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率B.單個(gè)像素的絕對(duì)精度C.站點(diǎn)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(qǐng)將答案填在橫線上）1.氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量特性通常包括：______、______、______、______和______。2.常用的氣象觀測(cè)質(zhì)量限差檢驗(yàn)方法有______、______和______。3.觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在滿足觀測(cè)需求的前提下，實(shí)現(xiàn)______或______的最大化。4.評(píng)估氣象觀測(cè)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(jì)的方法，也應(yīng)用于觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果的評(píng)估。6.影響地面氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)代表性的主要因素有下墊面性質(zhì)、______和______。7.對(duì)于應(yīng)用氣象學(xué)領(lǐng)域，如農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，應(yīng)特別考慮其______和______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述氣象觀測(cè)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(jiǎn)述影響氣象觀測(cè)站網(wǎng)代表性好壞的主要因素。3.簡(jiǎn)述氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要考慮的主要約束條件。4.簡(jiǎn)述評(píng)估氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量時(shí)，計(jì)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(cè)、強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)警等），論述一個(gè)優(yōu)化的氣象觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備哪些關(guān)鍵特征，并說(shuō)明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)如何權(quán)衡不同特征（如密度、精度、時(shí)空分辨率、成本等）。五、設(shè)計(jì)題（25分）假設(shè)你需要為一個(gè)面積約為10萬(wàn)平方公里的干旱半干旱地區(qū)設(shè)計(jì)一個(gè)用于監(jiān)測(cè)降水和土壤濕度的優(yōu)化觀測(cè)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(duì)落后。請(qǐng)根據(jù)以下要求進(jìn)行設(shè)計(jì)并說(shuō)明理由：1.確定觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的主要類型（地面站、雷達(dá)等）及其布局原則。2.說(shuō)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(lái)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(diǎn)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(jiǎn)述各方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。4.在設(shè)計(jì)時(shí)，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(yàn)趨勢(shì)檢驗(yàn)突變檢驗(yàn)3.成本效益性能4.覆蓋率5.遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)際地面觀測(cè)數(shù)據(jù)6.地形地下水位7.服務(wù)針對(duì)性可用性三、簡(jiǎn)答題1.答：氣象觀測(cè)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(shí)間戳等）、質(zhì)量控制算法處理（如限差檢驗(yàn)、趨勢(shì)檢驗(yàn)、突變檢驗(yàn)、一致性檢驗(yàn)等）、可疑數(shù)據(jù)標(biāo)記與剔除/訂正、質(zhì)量控制報(bào)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(shí)別并處理異?；蝈e(cuò)誤數(shù)據(jù)；標(biāo)記剔除訂正改善數(shù)據(jù)質(zhì)量；報(bào)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(duì)氣象要素的影響不同，站點(diǎn)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(huì)改變氣流和降水分布，影響觀測(cè)代表性；③距離：站點(diǎn)與周圍其他站點(diǎn)或參考區(qū)域的距離，影響其觀測(cè)值能代表多大范圍的特征。3.答：主要約束條件：①觀測(cè)需求：必須滿足特定氣象應(yīng)用（如預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)）對(duì)數(shù)據(jù)要素、時(shí)空分辨率、精度的要求；②技術(shù)條件：受限于觀測(cè)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(diǎn)建設(shè)、維護(hù)、運(yùn)行、人員管理等費(fèi)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(huì)條件對(duì)站點(diǎn)選址和建設(shè)的限制。4.答：基本步驟：①收集一系列觀測(cè)樣本對(duì)（觀測(cè)值x?，真值y?），真值可由高精度觀測(cè)、融合產(chǎn)品或模型模擬獲得；②計(jì)算每個(gè)樣本對(duì)的誤差e?=x?-y?；③計(jì)算誤差的平方e?2；④對(duì)所有樣本對(duì)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(duì)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(cè)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(cè)系統(tǒng)能夠覆蓋目標(biāo)區(qū)域，且站點(diǎn)分布相對(duì)均勻，避免觀測(cè)空白和過(guò)度密集；②針對(duì)性與適用性：網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需緊密結(jié)合具體應(yīng)用需求（如干旱監(jiān)測(cè)側(cè)重土壤濕度和降水，強(qiáng)對(duì)流預(yù)警側(cè)重短時(shí)高分辨率數(shù)據(jù)），選擇合適的觀測(cè)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(cè)手段，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一手段的不足；④數(shù)據(jù)質(zhì)量高與時(shí)效性：確保觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、連續(xù)、完整，并能快速傳輸處理，滿足實(shí)時(shí)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(yùn)行成本可控，且站點(diǎn)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(jí)，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(zhǎng)期氣候變化研究則需要低密度但高精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)；②時(shí)空分辨率：高時(shí)間分辨率（如分鐘級(jí)）和高空間分辨率（如厘米級(jí)雷達(dá)）成本高昂。需根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)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(lái)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益與技術(shù)可行性。五、設(shè)計(jì)題1.答：主要類型為地面氣象觀測(cè)站（包含降水和土壤濕度傳感器），輔以少量地基遙感探測(cè)設(shè)備（如微波輻射計(jì)）。布局原則：①按網(wǎng)格化布點(diǎn)，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(diǎn)密度；③沿主要交通干線和河流布設(shè)站點(diǎn)，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(cè)量土壤濕度，且成本相對(duì)可控。地面站結(jié)合少量地基遙感（如微波輻射計(jì)測(cè)量大氣水汽）可彌補(bǔ)偏遠(yuǎn)地區(qū)站點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)維護(hù)困難，需選用耐久、低功耗、自動(dòng)化程度高的設(shè)備，并考慮利用太陽(yáng)能供電，或通過(guò)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(diǎn)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(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，投入相對(duì)較小。缺點(diǎn)：覆蓋和監(jiān)測(cè)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(cè)儀（如雙頻雷達(dá)或激光雷達(dá)）和土壤濕度遙測(cè)儀（如探空式）的自動(dòng)化地面站，重點(diǎn)部署在高原邊緣、河谷和降水關(guān)鍵區(qū)域。優(yōu)點(diǎn)：提升觀測(cè)精度和時(shí)空分辨率，增強(qiáng)對(duì)降水和土壤濕度的監(jiān)測(cè)能力。缺點(diǎn)：建設(shè)和運(yùn)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(dòng)微波遙感土壤濕度、主動(dòng)微波遙感降水）和地基遙感（如地基遙感探測(cè)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(diǎn)：可大幅拓展觀測(cè)范圍，補(bǔ)充地面站不足，成本相對(duì)方案二較低。缺點(diǎn)：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(chǎng)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(duì)觀測(cè)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(chǎng)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