2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——?dú)庀笥^測(cè)數(shù)據(jù)與模型驗(yàn)證分析考試時(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)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種氣象要素的觀測(cè)通常需要使用通風(fēng)干濕表？（）A.氣壓B.風(fēng)速C.水汽壓D.地面溫度2.自動(dòng)氣象站（AMoS）相比傳統(tǒng)氣象站的主要優(yōu)勢(shì)之一是？（）A.觀測(cè)要素更全面B.自動(dòng)化程度高，減少人工干預(yù)C.觀測(cè)精度更高D.建設(shè)成本更低3.在氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，識(shí)別并剔除明顯錯(cuò)誤的觀測(cè)值（如因設(shè)備故障導(dǎo)致的極端數(shù)值）屬于哪種類型的質(zhì)量控制？（）A.系統(tǒng)誤差修正B.隨機(jī)誤差調(diào)整C.過失誤差剔除D.格式統(tǒng)一轉(zhuǎn)換4.衛(wèi)星云頂亮溫（TLT）主要用于反演？（）A.地面氣壓B.近地面風(fēng)速C.云頂高度和云的性質(zhì)D.地表溫度5.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型（NWP）通過求解哪些方程組來模擬大氣運(yùn)動(dòng)？（）A.牛頓第二定律和熱力學(xué)第一定律B.熱力學(xué)定律和電學(xué)定律C.連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程D.麥克斯韋方程組和薛定諤方程6.均方根誤差（RMSE）的主要優(yōu)點(diǎn)是？（）A.對(duì)個(gè)別較大的誤差不敏感B.計(jì)算簡(jiǎn)單，物理意義直觀C.總是小于或等于平均絕對(duì)誤差（MAE）D.能直接反映預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值的平均偏差7.當(dāng)預(yù)報(bào)值系統(tǒng)性高于觀測(cè)值時(shí)，Bias指標(biāo)通常會(huì)如何表現(xiàn)？（）A.非常小B.負(fù)值C.正值D.零8.在進(jìn)行模型驗(yàn)證時(shí)，如果驗(yàn)證區(qū)域范圍過大，可能會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)證結(jié)果？（）A.過于粗糙，掩蓋局部細(xì)節(jié)B.過于精確，忽略系統(tǒng)性偏差C.隨機(jī)性增大D.只能評(píng)估單一時(shí)間點(diǎn)的性能9.相關(guān)系數(shù)（R）的取值范圍是？（）A.[0,1]B.[-1,1]C.(0,1)D.R2的取值范圍10.統(tǒng)計(jì)模型（如線性回歸）在氣象學(xué)中常用于？（）A.模擬整個(gè)大氣的三維運(yùn)動(dòng)B.預(yù)報(bào)未來一段時(shí)間的天氣變化C.建立氣象要素之間的相關(guān)關(guān)系D.對(duì)數(shù)值模型輸出進(jìn)行修正二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.氣象探空主要利用______原理，通過測(cè)量?jī)x器隨高度變化的信號(hào)來獲取大氣垂直結(jié)構(gòu)信息。2.氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程通常包括數(shù)據(jù)檢查、______、數(shù)據(jù)插補(bǔ)和結(jié)果輸出等步驟。3.比較預(yù)報(bào)值集合的平均值與觀測(cè)值之間的偏差，通常使用______指標(biāo)。4.衛(wèi)星氣象學(xué)中，利用紅外通道測(cè)量云頂亮溫，通過______效應(yīng)，可以將亮溫與云頂溫度和云層特性聯(lián)系起來。5.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型的空間離散化方法主要有______和______兩種基本類型。6.在評(píng)估短期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率時(shí)，______指標(biāo)通常比RMSE更能反映預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差。7.對(duì)于分類變量（如降水有/無），常用______指數(shù)來評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)技巧。8.氣象自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)通常需要進(jìn)行時(shí)間上的平滑處理，以削弱______的影響。9.模型驗(yàn)證時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)的高空風(fēng)場(chǎng)與觀測(cè)存在系統(tǒng)性偏差，可能需要檢查模型中的______參數(shù)化方案。10.質(zhì)量控制后的氣象數(shù)據(jù)，在進(jìn)行分析前，常需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即減去其______，再除以其______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述地面氣象觀測(cè)站網(wǎng)布局需要考慮哪些主要因素？2.描述一種常用的氣象數(shù)據(jù)插值方法及其適用場(chǎng)景。3.解釋什么是“偏差”（Bias），并說明其大小對(duì)預(yù)報(bào)質(zhì)量意味著什么。4.簡(jiǎn)述選擇模型驗(yàn)證時(shí)段和區(qū)域時(shí)需要遵循的基本原則。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某地連續(xù)5天的觀測(cè)溫度（T_obs，單位：°C）和預(yù)報(bào)溫度（T_forecast，單位：°C）如下：T_obs:15,18,20,17,19T_forecast:16,17,21,16,18請(qǐng)計(jì)算這5天溫度預(yù)報(bào)的均方根誤差（RMSE）和平均絕對(duì)誤差（MAE）。2.假設(shè)某次模型集合預(yù)報(bào)對(duì)某氣象要素的5個(gè)成員預(yù)報(bào)值分別為：30,32,31,33,34，觀測(cè)值為32。計(jì)算該次集合預(yù)報(bào)的平均絕對(duì)誤差（MAE）和集合平均預(yù)報(bào)的偏差（Bias）。五、論述題（10分）試述進(jìn)行氣象模型驗(yàn)證時(shí)，如何選擇合適的驗(yàn)證指標(biāo)，并說明不同指標(biāo)在不同場(chǎng)景下的優(yōu)缺點(diǎn)。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.C5.C6.B7.C8.A9.B10.C二、填空題1.氣壓2.誤差識(shí)別與修正3.偏差4.黑體輻射5.面積網(wǎng)格；體素網(wǎng)格6.平均絕對(duì)誤差（MAE）7.統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)8.普通隨機(jī)誤差9.物理過程10.均值；標(biāo)準(zhǔn)差三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：站網(wǎng)布局需確保觀測(cè)數(shù)據(jù)能代表區(qū)域天氣特征，考慮地理覆蓋、觀測(cè)要素代表性、空間分辨率、站點(diǎn)密度、地形影響規(guī)避、冗余度、經(jīng)濟(jì)性等因素?；卮饝?yīng)涵蓋地理分布均勻、能捕捉關(guān)鍵天氣系統(tǒng)影響、避開局部特殊地形干擾、合理密度以避免信息冗余或丟失等要點(diǎn)。*答案要點(diǎn)：地理分布均勻性；觀測(cè)要素的代表性；空間分辨率與站點(diǎn)密度；規(guī)避地形影響；經(jīng)濟(jì)性與維護(hù)便利性。2.解析思路：插值方法需說明其原理和適用情況。線性插值原理簡(jiǎn)單，適用于數(shù)據(jù)變化較平穩(wěn)或僅需求快速估算的場(chǎng)景。最近鄰插值直接取最近點(diǎn)的值，適用于離散數(shù)據(jù)或需要保持整數(shù)屬性（如站點(diǎn)號(hào)）的場(chǎng)景?；卮饝?yīng)指出至少一種方法，并說明其基本思想和適用條件。*答案要點(diǎn)：方法名稱（如線性插值、最近鄰插值）；基本原理（如根據(jù)鄰點(diǎn)值按比例計(jì)算、直接取最近點(diǎn)值）；適用場(chǎng)景（如數(shù)據(jù)平滑連接、快速查找、保持離散性）。3.解析思路：偏差的定義是預(yù)報(bào)平均值與觀測(cè)平均值之差。偏差大小直接反映預(yù)報(bào)系統(tǒng)性偏高或偏低。正偏差表示預(yù)報(bào)平均高于觀測(cè)，負(fù)偏差表示預(yù)報(bào)平均低于觀測(cè)。偏差為零表示預(yù)報(bào)平均與觀測(cè)平均一致。偏差的大小不直接等于絕對(duì)誤差的大小，但大的偏差通常意味著預(yù)報(bào)系統(tǒng)性的不準(zhǔn)。*答案要點(diǎn)：定義（預(yù)報(bào)平均值與觀測(cè)平均值之差）；物理意義（表示預(yù)報(bào)系統(tǒng)性偏高或偏低）；正負(fù)值含義；與絕對(duì)誤差的區(qū)別（反映系統(tǒng)性誤差）。4.解析思路：驗(yàn)證時(shí)段選擇應(yīng)考慮季節(jié)性天氣特征顯著、代表性強(qiáng)、無特殊偶發(fā)事件干擾。驗(yàn)證區(qū)域選擇應(yīng)能反映預(yù)報(bào)系統(tǒng)的尺度和影響范圍，覆蓋主要應(yīng)用區(qū)域，并考慮地理環(huán)境代表性。基本原則是驗(yàn)證環(huán)境與預(yù)報(bào)目標(biāo)、預(yù)報(bào)系統(tǒng)尺度相匹配，具有代表性和可比性。*答案要點(diǎn)：時(shí)段選擇原則（季節(jié)性、代表性、無偶發(fā)事件）；區(qū)域選擇原則（匹配預(yù)報(bào)尺度、覆蓋主要應(yīng)用區(qū)、地理環(huán)境代表性）；整體原則（匹配性、代表性、可比性）。四、計(jì)算題1.解析思路：*RMSE計(jì)算：1.計(jì)算每天預(yù)報(bào)與觀測(cè)的偏差（T_forecast-T_obs）。偏差:-1,1,-1,-1,-12.計(jì)算偏差的平方。偏差平方:1,1,1,1,13.計(jì)算偏差平方的平均值（均方）。均方=(1+1+1+1+1)/5=14.計(jì)算均方的平方根。RMSE=sqrt(1)=1°C*MAE計(jì)算：1.計(jì)算每天預(yù)報(bào)與觀測(cè)的絕對(duì)偏差（|T_forecast-T_obs|）。絕對(duì)偏差:1,1,1,1,12.計(jì)算絕對(duì)偏差的平均值。MAE=(1+1+1+1+1)/5=1°C*答案：RMSE=1°C,MAE=1°C2.解析思路：*集合平均預(yù)報(bào)值：(30+32+31+33+34)/5=160/5=32*集合平均預(yù)報(bào)的偏差（Bias）：(集合平均預(yù)報(bào)值-觀測(cè)值)/觀測(cè)值=(32-32)/32=0/32=0*MAE計(jì)算：需要先計(jì)算每個(gè)成員預(yù)報(bào)值與觀測(cè)值的絕對(duì)誤差，再求平均。絕對(duì)誤差:|30-32|=2,|32-32|=0,|31-32|=1,|33-32|=1,|34-32|=2MAE=(2+0+1+1+2)/5=6/5=1.2*答案：MAE=1.2,Bias=0五、論述題解析思路：選擇合適驗(yàn)證指標(biāo)需考慮驗(yàn)證目的（評(píng)估哪方面性能）、預(yù)報(bào)要素特性（連續(xù)/分類）、數(shù)據(jù)特性（時(shí)間/空間尺度、噪聲水平）以及模型類型。不同指標(biāo)側(cè)重不同方面：RMSE對(duì)大誤差敏感，反映整體離散度；MAE對(duì)大誤差不敏感，反映平均絕對(duì)偏差；Bias反映系統(tǒng)性偏差；R2反映方差解釋度。無偏（Bias=0）不一定準(zhǔn)確（RMSE/MAE可能很大），低誤差（RMSE/MAE）不一定無偏（Bias可能很