2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與儀器研發(fā)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)的字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.測(cè)量空氣溫度的常用儀器中，主要利用液柱熱脹冷縮原理的是？A.熱電偶溫度計(jì)B.輻射溫度計(jì)C.玻璃液體溫度計(jì)D.紅外氣體分析儀2.在氣象學(xué)中，測(cè)量空氣壓強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器是？A.風(fēng)速計(jì)B.毫米水銀柱氣壓計(jì)C.雨量筒D.紅外測(cè)溫儀3.下列哪種氣象要素的測(cè)量通常需要使用測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)？A.溫度廓線B.水汽含量C.三維風(fēng)場(chǎng)D.降水強(qiáng)度4.自動(dòng)氣象站（AWS）相比傳統(tǒng)人工氣象站，其主要優(yōu)勢(shì)之一是？A.能夠進(jìn)行云物理現(xiàn)象的詳細(xì)觀測(cè)B.自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和傳輸，減少人工干預(yù)C.傳感器精度普遍高于人工讀數(shù)D.成本結(jié)構(gòu)通常更低5.氣象儀器校準(zhǔn)的主要目的是？A.消除儀器的所有故障B.提高儀器的制造精度C.確保儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可比性D.延長(zhǎng)儀器的使用壽命6.用于測(cè)量大氣中水汽含量的儀器，其感應(yīng)元件可能利用的物理特性包括？A.電阻變化B.吸濕性C.質(zhì)量變化D.以上都是7.雷達(dá)測(cè)風(fēng)主要利用的物理現(xiàn)象是？A.光的折射B.電磁波的反射和多普勒效應(yīng)C.聲波的傳播D.大氣折射率的變化8.在大氣探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，剔除明顯錯(cuò)誤的觀測(cè)值主要依據(jù)的是？A.數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布特征B.儀器檢定證書C.觀測(cè)員的記錄D.天氣圖分析9.微型氣象站通常適用于？A.大范圍天氣監(jiān)測(cè)B.城市環(huán)境空氣質(zhì)量的逐時(shí)監(jiān)測(cè)C.高空大氣的長(zhǎng)期探測(cè)D.雷達(dá)信號(hào)的接收10.能夠提供大氣垂直結(jié)構(gòu)信息的遙感手段主要是？A.普通可見光衛(wèi)星云圖B.微波輻射計(jì)C.探空儀D.激光雷達(dá)二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.氣象觀測(cè)中，確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是________。2.測(cè)量風(fēng)向的儀器稱為________，它通常由風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)組成。3.能夠直接測(cè)量氣溫和氣壓的探空儀器是________。4.利用紅外輻射原理測(cè)量溫度的儀器稱為________。5.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）在氣象觀測(cè)中負(fù)責(zé)________、存儲(chǔ)和初步處理傳感器信號(hào)。6.根據(jù)傳感器的感應(yīng)原理不同，可以將氣象傳感器分為電阻式、電容式、電感式、熱敏式、光電式等類型。7.比較不同觀測(cè)方法或儀器性能時(shí)，需要考慮的指標(biāo)有精度、分辨率、時(shí)間響應(yīng)、空間分辨率、量程和________。8.在進(jìn)行大氣輻射觀測(cè)時(shí)，需要區(qū)分總輻射和________輻射。9.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）在氣象領(lǐng)域的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)________的觀測(cè)。10.雷達(dá)測(cè)雨時(shí)，通過測(cè)量回波強(qiáng)度可以估算________，通過測(cè)量回波速度可以估算________。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.多普勒效應(yīng)2.傳感器標(biāo)定3.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制4.激光雷達(dá)5.同化四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述超聲波測(cè)風(fēng)儀的工作原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.解釋什么是氣象儀器的絕對(duì)校準(zhǔn)和相對(duì)校準(zhǔn)，并說明二者的區(qū)別。3.在城市環(huán)境中進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)時(shí)，地面氣象站網(wǎng)絡(luò)相比單點(diǎn)自動(dòng)站有何優(yōu)勢(shì)？4.簡(jiǎn)述激光雷達(dá)在大氣邊界層研究中的應(yīng)用。五、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行較為詳細(xì)的闡述）1.設(shè)計(jì)一個(gè)用于監(jiān)測(cè)城市熱島效應(yīng)的地面氣象觀測(cè)方案。說明需要哪些關(guān)鍵氣象要素的觀測(cè)（至少包含溫度、風(fēng)速、濕度），選擇相應(yīng)的儀器類型，并簡(jiǎn)述觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)原則。2.比較氣象衛(wèi)星遙感技術(shù)和地面氣象儀器觀測(cè)在獲取大氣信息方面的主要異同點(diǎn)。3.闡述大氣探測(cè)儀器研發(fā)中，提高傳感器靈敏度和降低測(cè)量誤差的主要技術(shù)途徑有哪些？試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.C6.D7.B8.A9.B10.D二、填空題1.校準(zhǔn)2.風(fēng)向儀3.氣象探空儀4.紅外溫度計(jì)5.采集6.穩(wěn)定性（或響應(yīng)穩(wěn)定性、重復(fù)性）7.靈敏度8.凈輻射9.基礎(chǔ)氣象要素（或小范圍、高密度）10.降水量；風(fēng)場(chǎng)（或風(fēng)速風(fēng)向）三、名詞解釋1.多普勒效應(yīng)：當(dāng)波源和接收者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收者接收到的波頻會(huì)相對(duì)于波源發(fā)出的頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。在氣象雷達(dá)中，利用此效應(yīng)測(cè)量大氣中目標(biāo)（如雨滴、冰晶）相對(duì)于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度。2.傳感器標(biāo)定：通過將傳感器的測(cè)量值與已知標(biāo)準(zhǔn)量的參考值進(jìn)行比較，確定傳感器輸出與輸入之間關(guān)系的過程，目的是確定校準(zhǔn)系數(shù)，修正系統(tǒng)誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。3.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：對(duì)觀測(cè)或采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、評(píng)估和修正，以識(shí)別、剔除或修正錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、異常值和系統(tǒng)性偏差，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，滿足特定應(yīng)用需求的整個(gè)過程。4.激光雷達(dá)：利用激光二極管發(fā)射脈沖或連續(xù)激光，通過探測(cè)大氣中氣體、氣溶膠或云粒子對(duì)激光的散射信號(hào)，獲取關(guān)于大氣成分、濃度、分布、風(fēng)場(chǎng)等信息的一種主動(dòng)遙感探測(cè)儀器。5.同化：將觀測(cè)數(shù)據(jù)融入數(shù)值預(yù)報(bào)模式的過程中，以修正模式的初始狀態(tài)或邊界條件，從而提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的技術(shù)。它需要解決觀測(cè)數(shù)據(jù)與模式預(yù)報(bào)之間的不一致性問題。四、簡(jiǎn)答題1.工作原理：利用聲波在空氣中傳播速度受風(fēng)速影響而改變的原理。通過發(fā)射和接收安裝在水平軸和垂直軸上的超聲波探頭發(fā)出的信號(hào)，測(cè)量?jī)烧咧g的時(shí)間差，結(jié)合聲速理論值，可以計(jì)算出水平風(fēng)速和垂直風(fēng)速分量。優(yōu)點(diǎn)：無移動(dòng)機(jī)械部件，功耗低，維護(hù)量小，可測(cè)較長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，不受電磁干擾。缺點(diǎn)：易受雨、雪、霧等惡劣天氣影響，在超低溫或高濕度環(huán)境下性能可能下降，測(cè)量的有效高度通常有限（受超聲波穿透深度影響）。2.絕對(duì)校準(zhǔn)：將待校準(zhǔn)的傳感器直接與能夠提供精確已知量值的基準(zhǔn)器或標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行比較，確定其性能參數(shù)的過程。目標(biāo)是得到傳感器真實(shí)的、與標(biāo)準(zhǔn)無關(guān)的測(cè)量值。相對(duì)校準(zhǔn)：將待校準(zhǔn)的傳感器與另一臺(tái)已知性能相近或經(jīng)過校準(zhǔn)的同類傳感器進(jìn)行比較，根據(jù)兩者的差異來調(diào)整或標(biāo)定待校準(zhǔn)傳感器的過程。校準(zhǔn)結(jié)果依賴于參考儀器的準(zhǔn)確性。區(qū)別：絕對(duì)校準(zhǔn)基于標(biāo)準(zhǔn)量值，結(jié)果更精確但可能成本高、操作復(fù)雜；相對(duì)校準(zhǔn)操作相對(duì)簡(jiǎn)單、快速，成本較低，但其準(zhǔn)確性依賴于參考儀器。3.地面氣象站網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于能夠提供空間分布的數(shù)據(jù)，通過多點(diǎn)的綜合分析，可以更準(zhǔn)確地反映城市不同區(qū)域的環(huán)境特征和變化趨勢(shì)，如識(shí)別熱島中心、評(píng)估污染物擴(kuò)散規(guī)律等。網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)可以提供連續(xù)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，有助于研究城市環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。相比單點(diǎn)觀測(cè)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能更好地支持城市氣候和環(huán)境的模擬、預(yù)測(cè)和規(guī)劃決策。4.激光雷達(dá)可以用于測(cè)量大氣邊界層的高度、風(fēng)速垂直廓線、邊界層內(nèi)的氣溶膠濃度和垂直分布、云的參數(shù)（如云高、云層結(jié)構(gòu)、粒子性質(zhì)）等。通過連續(xù)觀測(cè)，可以研究邊界層的發(fā)展、演變以及與地表通量的相互作用。它為理解城市熱島、污染物擴(kuò)散、邊界層物理過程等提供了重要的觀測(cè)手段。五、論述題1.觀測(cè)要素與儀器選擇：*溫度：使用高精度、高穩(wěn)定性的自動(dòng)氣象站（AWS）溫度傳感器（如百葉箱中的鉑電阻溫度計(jì)或熱敏電阻），進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。*風(fēng)速風(fēng)向：使用超聲波風(fēng)傳感器或杯狀風(fēng)速儀，安裝在足夠高的平臺(tái)（如10米以上），以測(cè)量地面層和近地層風(fēng)場(chǎng)。*濕度：使用溫濕度傳感器（如SHT系列或aspiratedpsychrometer），安裝在百葉箱內(nèi)或AWS上。*（可選）其他要素：如太陽輻射（總輻射、凈輻射）、地表溫度（紅外輻射計(jì)或熱紅外相機(jī)）、空氣質(zhì)量指標(biāo)（如PM2.5、SO2、NO2傳感器）。觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)原則：*空間代表性：在城市不同功能區(qū)（如工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、綠地）布設(shè)站點(diǎn)，以反映城市內(nèi)部環(huán)境的差異性。*密度：根據(jù)研究目的和城市尺度確定站點(diǎn)密度，在熱島效應(yīng)研究熱點(diǎn)區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密。*高度：風(fēng)速風(fēng)向傳感器應(yīng)安裝在接近真實(shí)地面層的高度（如10米），溫度濕度傳感器在2-3米高度。*環(huán)境條件：避免將站點(diǎn)布置在過于粗糙或不規(guī)則的下墊面附近（如建筑物角落、高大樹木下），以減少局地效應(yīng)干擾。站點(diǎn)應(yīng)相互隔離，保證觀測(cè)環(huán)境的均勻性。建議采用梯度觀測(cè)，即在較小距離內(nèi)布設(shè)多個(gè)站點(diǎn)以捕捉城市邊界層特征。2.相同點(diǎn)：都是獲取大氣信息的重要手段；都依賴于一定的物理原理和探測(cè)技術(shù)；都能為天氣預(yù)報(bào)、氣候研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)等提供數(shù)據(jù)支撐；都面臨儀器精度、探測(cè)高度、時(shí)空分辨率等方面的挑戰(zhàn)。不同點(diǎn)：獲取信息的方式不同（衛(wèi)星是遙感，地面儀器是直接測(cè)量）；空間覆蓋范圍不同（衛(wèi)星覆蓋廣闊區(qū)域，地面儀器通常范圍較小）；時(shí)間分辨率不同（衛(wèi)星可提供高頻次全球覆蓋，地面儀器可能連續(xù)但范圍有限）；探測(cè)高度不同（衛(wèi)星可探測(cè)整個(gè)大氣層，地面儀器高度有限）；數(shù)據(jù)類型和精度特征不同（衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有宏觀優(yōu)勢(shì)但可能精度有限，地面數(shù)據(jù)精度高但空間代表性受限）；成本和運(yùn)維方式不同。3.提高靈敏度和降低誤差的技術(shù)途徑：*改進(jìn)傳感器設(shè)計(jì)：優(yōu)化傳感元件的結(jié)構(gòu)和材料，增大有效接收面積或敏感體積，提高對(duì)被測(cè)量的響應(yīng)效率。例如，使用更敏感的光電二極管、改進(jìn)熱敏電阻的幾何結(jié)構(gòu)等。*優(yōu)化信號(hào)處理電路：采用低噪聲放大器、高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、濾波技術(shù)等，減少信號(hào)傳輸和處理過程中的噪聲干擾和失真，提高信號(hào)的信噪比。*選用高精度基準(zhǔn)和參考：在校準(zhǔn)過程中使用更高精度的標(biāo)準(zhǔn)器，減少系統(tǒng)誤差。