2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——云團結(jié)構(gòu)對降水的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪種云型通常與最強烈的對流性降水和雷暴相關(guān)？(A)層云(B)高積云(C)積雨云(D)卷云2.暖云降水主要依靠哪種機制？(A)冰晶增長和碰并(B)霰的碰并(C)小水滴的碰并(D)凝華直接形成大冰晶3.在冷云中，冰晶與過冷水滴發(fā)生碰撞凍結(jié)的過程稱為？(A)凝結(jié)(B)淞附(C)碰并(D)升華4.伯吉隆-芬德森（Bergeron-Findeisen）過程發(fā)生的必要條件之一是？(A)云中存在大量大冰晶(B)云中水汽充足但無冰晶(C)云內(nèi)溫度高于0℃(D)云內(nèi)存在過冷水滴和冰晶共存區(qū)域5.斯特勞哈爾數(shù)（St）是描述什么的無量綱參數(shù)？(A)云滴增長速度(B)云滴碰并效率(C)云滴終端速度與碰并距離的比值(D)云內(nèi)上升氣流速度6.雷達反射率因子（Z）主要反映的是什么？(A)云中液態(tài)水含量(B)云中冰水含量(C)云中水滴或冰晶的尺度大小分布(D)云的垂直厚度7.雙偏振雷達除了能測量Z值外，還能提供什么信息？(A)云的液態(tài)水含量(B)云中粒子相態(tài)（水滴或冰晶）(C)云的垂直速度(D)云的回波頂高8.激光雷達主要用于探測大氣中的？(A)水汽(B)微小氣溶膠粒子(C)云滴和冰晶(D)大尺度天氣系統(tǒng)9.氣象衛(wèi)星的微波輻射計主要探測云的什么特性？(A)可見光云圖(B)云頂溫度或高度(C)云中水汽含量(D)云的垂直結(jié)構(gòu)10.在進行人工增雨作業(yè)時，選擇播撒催化劑的云層，通常要求該云層具有？(A)較寬的云帶和穩(wěn)定的層結(jié)(B)強烈的上升氣流和過冷水區(qū)(C)大量的大云滴和小冰晶(D)高度低于0℃層的厚度較小二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.云中水汽通過直接在冰晶表面凝華而形成的冰晶過程稱為________過程。2.冰雹的形成通常需要云中存在________、_______和________這三個區(qū)域。3.雷達反射率因子Z與云中水滴（或冰晶）的________存在冪函數(shù)關(guān)系（如Z-R關(guān)系）。4.影響云降水效率的關(guān)鍵微物理參數(shù)包括云滴譜的________、_______以及冰水含量等。5.全球氣候變化可能導(dǎo)致一些地區(qū)對流性降水頻率________，而另一些地區(qū)持續(xù)性降水________。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請給出precise的定義）1.云滴譜2.降水效率3.淞附4.多普勒雷達5.超級單體積云四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述暖云降水碰并增長的理論基礎(chǔ)。2.與暖云相比，冷云降水的形成機制有哪些主要特點？3.簡述多普勒雷達在分析強對流云結(jié)構(gòu)中的作用。4.為什么說理解云滴（或冰晶）的尺度大小分布對判斷降水類型和強度至關(guān)重要？五、論述題（每題10分，共30分。請結(jié)合所學(xué)知識，全面、深入地回答下列問題）1.試述云的垂直結(jié)構(gòu)（特別是0℃層的位置和厚度）對冷云降水形成過程的影響。2.綜合說明雷達探測資料在診斷分析云團結(jié)構(gòu)及其降水潛力方面的主要應(yīng)用方式和局限性。3.論述云微物理過程對人工影響天氣（如人工增雨）效果的影響，并簡述提高增雨效率的物理思路。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(B)4.(D)5.(C)6.(C)7.(B)8.(C)9.(B)10.(B)二、填空題1.凝華2.強上升氣流區(qū)，過冷水區(qū)，冰晶/霰核心區(qū)3.尺寸（或半徑）4.寬度（或譜寬），最大直徑（或模數(shù)）5.增強或增多，減少或增多三、名詞解釋1.云滴譜：指云中含水量不同的水滴（或冰晶）按大小（或半徑）的分布情況。2.降水效率：指云中生成的降水粒子最終以降水形式落到地面的比率，反映了云將水汽或云滴轉(zhuǎn)化為有效降水的本領(lǐng)。3.淞附：指過冷水滴在冰晶或過冷物體表面直接凍結(jié)附著的物理過程。4.多普勒雷達：利用多普勒效應(yīng)原理，通過測量回波信號的多普勒頻移來探測云、雨、雪等氣象粒子運動速度（包括徑向速度和垂直速度）的雷達。5.超級單體積云：一種具有巨大垂直發(fā)展、深厚含水量、強烈上升氣流，并常伴有巨大冰雹、強雷暴等劇烈天氣現(xiàn)象的強對流云體。四、簡答題1.簡述暖云降水碰并增長的理論基礎(chǔ)。答：暖云降水碰并增長理論（Collision-CoalescenceTheory）基于重力作用下水滴的下降速度與尺寸的平方成正比，而云滴在上升氣流中又會被反復(fù)帶回云中。當云中存在大小不同的水滴時，小水滴的下降速度遠小于大水滴，大水滴在下降過程中會追上并碰撞小水滴，通過液態(tài)水相互粘附而增長變大。這一過程需要足夠的過飽和水汽和充分的垂直混合（湍流）條件來維持小水滴的供應(yīng)和懸浮。2.與暖云相比，冷云降水的形成機制有哪些主要特點？答：冷云降水主要發(fā)生在氣溫低于0℃的云中，其形成機制主要涉及冰相過程。主要特點包括：(1)存在兩種不同的相態(tài)（水相和冰相）及其相互轉(zhuǎn)化過程。(2)至少需要兩種水粒子（過冷水滴和冰晶/霰）同時存在才能發(fā)生有效的降水增長過程（如冰晶過程）。(3)主要增長機制包括冰晶增長過程（如Bergeron-Findeisen理論和Gow增長）和霰的碰并過程，這些過程與暖云的碰并過程機制不同。(4)對溫度、水汽、冰晶濃度等條件更為敏感，過程更為復(fù)雜。3.簡述多普勒雷達在分析強對流云結(jié)構(gòu)中的作用。答：多普勒雷達通過測量云中粒子的徑向速度和垂直速度，能夠提供關(guān)于強對流云內(nèi)部動力結(jié)構(gòu)的詳細信息。其作用主要體現(xiàn)在：(1)探測強上升氣流：識別風(fēng)暴頂、垂直發(fā)展高度，判斷強對流潛勢。(2)分析氣流組織：識別螺旋式氣流（風(fēng)切變）、下沉氣流等，判斷風(fēng)暴類型（如超級單體）。(3)定量評估風(fēng)場：分析水平風(fēng)切變和垂直風(fēng)切變，為預(yù)報和飛行安全提供依據(jù)。(4)監(jiān)測降水分布和強度：結(jié)合反射率因子，更全面地評估降水特征。4.為什么說理解云滴（或冰晶）的尺度大小分布對判斷降水類型和強度至關(guān)重要？答：云滴（或冰晶）的尺度大小分布（即云滴譜）直接決定了云中粒子增長過程的效率。不同譜形和參數(shù)反映了云的微物理狀態(tài)：(1)譜的寬度和模數(shù)（最大直徑）影響碰并增長的速度和效率，進而影響降水強度。寬譜通常有利于降水增長。(2)譜的特征區(qū)分不同降水形成機制。例如，冷云中是否存在大冰晶或霰是區(qū)分冰晶過程和霰增長過程的關(guān)鍵。(3)云滴譜的寬窄與降水效率密切相關(guān)，譜越寬，降水效率通常越高。(4)通過分析云滴譜，可以推斷云的過飽和程度、水汽條件等，進而預(yù)測降水的可能性和強度。五、論述題1.試述云的垂直結(jié)構(gòu)（特別是0℃層的位置和厚度）對冷云降水形成過程的影響。答：云的垂直結(jié)構(gòu)，特別是0℃層的位置（高度）和厚度（垂直跨度），對冷云降水形成過程有決定性影響：(1)0℃層的位置決定了冰相過程可能發(fā)生的區(qū)域。如果0℃層位于高空，只有云的上部能形成冰晶，增長空間有限，不易形成大降水；如果0℃層較低或位于云中下部，則整個云層或大部分云層都適合冰晶增長過程，有利于形成效率高的大降水。(2)0℃層的厚度影響冰相粒子（冰晶、霰）的生成和增長時間。厚實的0℃層提供了更長的冰晶增長時間和更大的空間，有利于生成大冰晶或霰，從而提高降水效率。薄而間斷的0℃層則不利于持續(xù)的冰相過程。(3)0℃層內(nèi)的溫度梯度也重要。陡峭的溫熵圖（或干絕熱/濕絕熱）斜率意味著強烈的上升氣流，可以將過冷水滴和冰晶輸送到更高的區(qū)域（可能超出0℃層）進行增長，或促進冰晶過程的發(fā)生。(4)0℃層的位置和厚度與暖區(qū)（過冷水區(qū)）的相對位置和大小共同決定了Bergeron-Findeisen過程的強度和空間分布。有效的強降水需要冰晶區(qū)和過冷云滴區(qū)有良好的重疊。2.綜合說明雷達探測資料在診斷分析云團結(jié)構(gòu)及其降水潛力方面的主要應(yīng)用方式和局限性。答：雷達是探測云團結(jié)構(gòu)和降水潛力的主要工具，其應(yīng)用方式多樣：(1)監(jiān)測云的時空演變：通過連續(xù)觀測獲得云的移動速度、強度變化、生命史等信息。(2)識別云的類型和結(jié)構(gòu)：根據(jù)回波形態(tài)（如層狀、塊狀、鉤狀）、強度分布（如弱回波區(qū)）、垂直結(jié)構(gòu)（如回波頂高）判斷云的類型（層云、積云、積雨云等）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征。(3)評估降水潛力：利用反射率因子Z值及其相關(guān)參數(shù)（如Z-R關(guān)系、差分反射率ρHV、比差分相位φDP）來估計降水類型（雨、雪、冰雹）、強度、含水量等。例如，高反射率、強垂直發(fā)展、具有特殊回波特征（如弱回波區(qū)）的積雨云通常預(yù)示著強降水。(4)分析動力結(jié)構(gòu)：利用多普勒雷達探測云中粒子的徑向速度和垂直速度，分析上升/下沉氣流分布、急流帶、風(fēng)切變等動力特征，判斷強對流天氣的發(fā)生發(fā)展和危險性。(5)定量降水估測（QPE）：結(jié)合Z-R關(guān)系、衰減校正等方法，從雷達回波數(shù)據(jù)中估算降水量。局限性主要包括：(1)粒子相態(tài)判別困難：單純的反射率Z值難以準確區(qū)分水滴和冰晶，需要結(jié)合差分反射率ρHV、比差分相位φDP等多偏振參數(shù)綜合判斷。(2)衰減影響：對于遠距離或強降水，雷達信號衰減嚴重，可能導(dǎo)致回波強度失真，影響定量估測和結(jié)構(gòu)分析。(3)探測盲區(qū)：地面雷達無法探測到地平線以下的物體（如地形影響下的降水）、海浪回波以及某些特殊天氣現(xiàn)象。(4)“隱式”強降水：有些強降水（如隱式對流）可能缺乏明顯的雷達回波特征，難以被提前識別。(5)依賴先驗知識：雷達資料的解讀和應(yīng)用往往需要結(jié)合天氣背景、探空資料等其他信息，并依賴于操作員的經(jīng)驗和模式。3.論述云微物理過程對人工影響天氣（如人工增雨）效果的影響，并簡述提高增雨效率的物理思路。答：云微物理過程是人工影響天氣（如人工增雨）發(fā)揮作用的內(nèi)在基礎(chǔ)。其影響體現(xiàn)在：(1)催化劑的作用點：不同類型的催化劑（如碘化銀、鹽粉）通過提供冰核（AgI是有效的冰核）或吸濕性h?t（鹽粉增大過冷水滴）來改變云的微物理過程。增雨效果取決于催化劑能否在合適的微物理條件下發(fā)揮作用。(2)冰晶過程增雨：對于冷云，播撒冰核催化劑的目的是促進冰晶的快速增長，使其在降落過程中通過淞附增長，或在過冷云滴較多的區(qū)域通過“冰晶-過冷滴”過程（Bergeron-Findeisen）迅速消耗過冷云滴，使水份向冰晶轉(zhuǎn)移，最終形成大量霰降落。這需要云中存在過冷水區(qū)和足夠的過冷云滴。如果云中過冷云滴很少，或者冰核效率低，則增雨效果不佳。(3)霰增長增雨：在有冰晶或霰存在的云中，播撒吸濕性h?t可以增大過冷水滴的半徑，提高其下降速度，使其更容易追上并淞附在上升的霰上，從而加速霰的增長，增大降雪（或雨）粒子的尺寸，使其能克服空氣阻力落到地面。這需要云中存在顯著的霰或冰晶，并且有足夠的過冷水份可供增長。提高人工增雨效率的物理思路：(1)精準識別云的微物理狀態(tài)：利用雷達、衛(wèi)星等探測手段，準確判斷云的類型、相態(tài)結(jié)構(gòu)、水汽分布、粒子譜特征（特別是過冷云滴和冰晶的濃度與分布），選擇最適合的催化劑和播撒策略。