2025年大學《應用氣象學》專業(yè)題庫——氣象觀測數(shù)據(jù)在氣候研究中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.氣象觀測數(shù)據(jù)是氣候研究的基礎，主要包括地面氣象站觀測數(shù)據(jù)、______、探空數(shù)據(jù)、雷達數(shù)據(jù)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)等。2.為了消除時空分辨率差異，常需將分散的地面觀測數(shù)據(jù)進行______，形成規(guī)則網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)。3.氣象觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制主要包括異常值識別與剔除、______、數(shù)據(jù)插補等步驟。4.利用歷史氣象觀測數(shù)據(jù)和先進的數(shù)值模型，通過______技術，可以重構過去長時間段的氣候場，即再分析數(shù)據(jù)。5.氣候變化監(jiān)測中，常用氣溫的______和______來表征長期變暖趨勢。6.氣象衛(wèi)星通過接收地物發(fā)射或反射的______信號，反演地表和大氣參數(shù)。7.自動氣象站相比傳統(tǒng)氣象站，具有______、______的特點，提高了觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性。8.數(shù)據(jù)同化的核心思想是將模型預報（______）與實際觀測（______）進行最優(yōu)組合，生成更精確的分析場。9.極端天氣事件如熱浪的監(jiān)測通常需要分析特定時間段內(nèi)氣溫的______和______。10.再分析數(shù)據(jù)雖然能填補觀測空白，但其本身也存在一定的______和______。二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.氣象觀測數(shù)據(jù)同化2.再分析數(shù)據(jù)（ReanalysisData）3.格點化（Gridding）4.氣候診斷（ClimateDiagnosis）5.觀測系統(tǒng)優(yōu)化（ObservingSystemOptimization）三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述地面氣象觀測站網(wǎng)在氣候研究中扮演的角色。2.比較氣象衛(wèi)星觀測和地面觀測在獲取氣候信息方面的主要優(yōu)缺點。3.簡述進行氣象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要目的和方法。4.簡述再分析數(shù)據(jù)在氣候研究中的主要應用價值。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述氣象觀測數(shù)據(jù)在驗證氣候模型中的作用及其重要性。2.結合實例，論述如何利用氣象觀測數(shù)據(jù)進行氣候變化趨勢分析。3.試述獲取高精度、高分辨率氣象觀測數(shù)據(jù)對于現(xiàn)代氣候研究的意義。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.衛(wèi)星遙感2.格點化3.缺失值處理4.數(shù)據(jù)同化5.平均值，變率6.微波或紅外7.自動化，連續(xù)性8.背景場，觀測值9.極值，頻率10.誤差，系統(tǒng)偏差二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.氣象觀測數(shù)據(jù)同化：指將模型預報信息和實際觀測信息通過某種最優(yōu)組合方法（如集合卡爾曼濾波）融合在一起，生成既符合模型物理機制又能反映真實大氣狀態(tài)的分析場的過程。**解析思路：*考察對核心概念的掌握，需理解模型預報和觀測的結合，以及“最優(yōu)組合”和“分析場”的概念。2.再分析數(shù)據(jù)（ReanalysisData）：指利用先進的數(shù)值天氣預報模型，結合歷史時期的所有可用觀測資料（地面、衛(wèi)星、探空等），通過數(shù)據(jù)同化技術，重構出連續(xù)的、具有統(tǒng)一時空格距的三維大氣和地表變量場的歷史記錄。**解析思路：*考察對再分析數(shù)據(jù)定義的理解，關鍵在于其利用模型和觀測、重構歷史、統(tǒng)一格距的特點。3.格點化（Gridding）：指將地理上分散的觀測站點數(shù)據(jù)，按照一定的數(shù)學投影方法，轉(zhuǎn)換到規(guī)則或不規(guī)則的網(wǎng)格系統(tǒng)中的處理過程。**解析思路：*考察對將散點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格數(shù)據(jù)的技術的認識，需理解“數(shù)學投影”和“規(guī)則網(wǎng)格”的概念。4.氣候診斷（ClimateDiagnosis）：指利用氣候觀測數(shù)據(jù)，結合統(tǒng)計分析和數(shù)值模擬方法，識別和解釋氣候現(xiàn)象的特征、成因、時空變化規(guī)律及其與其他地球系統(tǒng)相互作用的科學過程。**解析思路：*考察對利用觀測數(shù)據(jù)進行氣候現(xiàn)象分析解釋活動的定義理解，涉及方法（統(tǒng)計分析、數(shù)值模擬）和目的（識別、解釋、規(guī)律）。5.觀測系統(tǒng)優(yōu)化（ObservingSystemOptimization）：指通過理論或數(shù)值模擬方法，研究不同觀測類型、位置和頻率對氣候監(jiān)測、預測或模型驗證效果的貢獻，以確定最有效的觀測方案，用有限的資源獲取最大的信息效益。**解析思路：*考察對如何科學規(guī)劃觀測活動以提升信息價值的理論方法的掌握，需理解“貢獻評估”、“最優(yōu)方案”、“信息效益”等概念。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述地面氣象觀測站網(wǎng)在氣候研究中扮演的角色。**解析思路：*回答應涵蓋數(shù)據(jù)來源、觀測要素、空間覆蓋、長期性等方面。地面站提供基本的氣象要素（氣溫、降水、氣壓、風等）的逐時或逐日觀測記錄，構成了氣候監(jiān)測的基礎網(wǎng)絡，尤其在陸地和近地面區(qū)域提供了關鍵信息，是氣候變化長期趨勢分析、極端事件監(jiān)測、區(qū)域氣候特征描述的重要數(shù)據(jù)支撐。2.比較氣象衛(wèi)星觀測和地面觀測在獲取氣候信息方面的主要優(yōu)缺點。**解析思路：*從覆蓋范圍、觀測要素、時空分辨率、連續(xù)性、成本等方面進行對比。優(yōu)點：覆蓋范圍廣、觀測要素多（如云、輻射、海表溫度、大氣成分等）、可實現(xiàn)對海洋、沙漠、極地等地面難以觀測區(qū)域的覆蓋、觀測時效性強。缺點：空間分辨率相對地面低、數(shù)據(jù)同化難度大（存在云層遮擋、輻射誤差等）、部分參數(shù)反演精度有限、非連續(xù)觀測（受載荷壽命和天氣影響）。地面觀測優(yōu)點：精度高、時空分辨率高（尤其自動站）、連續(xù)性強、操作維護相對簡單。缺點：覆蓋范圍有限、受地形影響大、難以觀測高空和海洋。3.簡述進行氣象觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的主要目的和方法。**解析思路：*目的在于確保數(shù)據(jù)的準確性、一致性和代表性，消除或減小錯誤、偏差和缺失信息對后續(xù)分析研究的影響。方法包括：異常值檢測與剔除（基于統(tǒng)計方法、物理可能性等）、缺失值插補（如使用鄰近站數(shù)據(jù)、模型估算等）、數(shù)據(jù)平滑或濾波以消除短期波動、不同來源數(shù)據(jù)的一致性校準、識別并處理系統(tǒng)偏差（如儀器漂移）等。4.簡述再分析數(shù)據(jù)在氣候研究中的主要應用價值。**解析思路：*回答應涵蓋其作用和優(yōu)勢。再分析數(shù)據(jù)通過整合歷史所有觀測，提供了連續(xù)、無縫、統(tǒng)一時空格的氣候記錄，彌補了實測資料時空分布不均的缺陷。其主要價值在于：為氣候監(jiān)測提供更完整、準確的基礎數(shù)據(jù)；為氣候模型驗證提供“標準”背景場和觀測靶標；用于開展氣候變化歸因研究；支持氣候診斷和極端事件分析；為改進觀測系統(tǒng)優(yōu)化提供依據(jù)。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述氣象觀測數(shù)據(jù)在驗證氣候模型中的作用及其重要性。**解析思路：*論述需深入，從模型驗證的必要性、觀測數(shù)據(jù)的作用機制、具體驗證內(nèi)容等方面展開。氣候模型是模擬地球氣候系統(tǒng)行為的重要工具，但其預測結果的可靠性需要通過觀測數(shù)據(jù)進行驗證。觀測數(shù)據(jù)是模型驗證的“試金石”，可以檢驗模型對氣候平均態(tài)、季節(jié)變化、年際變異、極端事件等的模擬能力是否與實際一致。通過對比模型輸出與觀測事實（如氣溫、降水、風場、輻射平衡等），可以識別模型的優(yōu)勢和不足之處（如參數(shù)化方案偏差、物理過程模擬錯誤等），為模型改進提供關鍵信息和方向。沒有觀測數(shù)據(jù)的驗證，氣候模型的置信度將大大降低，其預測能力也無從談起，因此觀測數(shù)據(jù)在模型發(fā)展完善和結果應用中具有不可替代的重要性。2.結合實例，論述如何利用氣象觀測數(shù)據(jù)進行氣候變化趨勢分析。**解析思路：*論述需結合具體方法和實例。利用氣象觀測數(shù)據(jù)進行氣候變化趨勢分析，通常采用統(tǒng)計學方法，如計算時間序列的線性回歸斜率（趨勢系數(shù)）、移動平均、小波分析等。例如，分析長時間序列的地面氣溫觀測數(shù)據(jù)，通過計算年平均氣溫的時間序列，并繪制時間-氣溫曲線，再用線性回歸方法計算其斜率，得到增溫趨勢。若斜率為正且統(tǒng)計上顯著，則表明存在變暖趨勢。又如，分析降水觀測數(shù)據(jù)，可以考察降水總量、降水日數(shù)、極端降水強度等指標的變化趨勢。實例還可以包括使用再分析數(shù)據(jù)或衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析全球或區(qū)域性的海表溫度、海冰覆蓋、大氣環(huán)流指數(shù)（如EOF分析）等的變化趨勢，以揭示氣候系統(tǒng)整體變化特征。分析過程中需注意數(shù)據(jù)質(zhì)量、時空代表性、統(tǒng)計顯著性檢驗等問題。3.試述獲取高精度、高分辨率氣象觀測數(shù)據(jù)對于現(xiàn)代氣候研究的意義。**解析思路：*論述應從現(xiàn)代氣候研究的需求和前沿方向出發(fā)，闡述高精度、高分辨率數(shù)據(jù)的價值?，F(xiàn)代氣候研究不僅關注全球平均變化，更關注區(qū)域氣候變異、極端天氣事件、氣候系統(tǒng)內(nèi)部機制以及人類活動對局地氣候的影響。高精度（指數(shù)據(jù)準確可靠，誤差?。┖透叻直媛剩ㄖ笖?shù)據(jù)在時間和空間上的細節(jié)豐富）的觀測數(shù)據(jù)是滿足這些精細化研究需求的關鍵。例如，高分辨率的降水數(shù)據(jù)對于理解對流性降水和極端降雨的形成機