2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——?dú)庀箢A(yù)報(bào)分析：科技與智慧的結(jié)合考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）2.集合天氣預(yù)報(bào)3.氣象大數(shù)據(jù)4.人工智能（AI）在氣象中的應(yīng)用5.氣象預(yù)報(bào)的智慧分析二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述影響數(shù)值天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的主要因素。2.比較客觀預(yù)報(bào)方法與主觀預(yù)報(bào)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。3.解釋大數(shù)據(jù)技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)分析中有哪些具體應(yīng)用。4.闡述機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)模型在短期天氣預(yù)報(bào)中可能發(fā)揮的作用。5.為什么說氣象預(yù)報(bào)員的智慧經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)代科技手段支持下仍然不可或缺？三、論述題（每題10分，共30分）1.結(jié)合一個(gè)具體的天氣過程實(shí)例（如臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨、寒潮等），論述現(xiàn)代科技手段（如衛(wèi)星遙感、數(shù)值模式、AI等）如何在氣象預(yù)報(bào)分析中發(fā)揮作用，并分析預(yù)報(bào)員需要具備哪些“智慧”才能做出更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。2.探討氣象大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)對(duì)于提升氣象預(yù)報(bào)分析能力的重要意義，并分析其可能面臨的挑戰(zhàn)。3.論述如何實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)報(bào)分析中科技與智慧的深度融合，對(duì)于提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和服務(wù)效益具有哪些關(guān)鍵作用。四、案例分析題（20分）假設(shè)你是一名氣象預(yù)報(bào)員，面對(duì)一份包含多項(xiàng)要素（如溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)、氣壓場(chǎng)等）的集合預(yù)報(bào)輸出產(chǎn)品，該產(chǎn)品預(yù)測(cè)未來24小時(shí)內(nèi)將有一次明顯的降水過程，但不同成員的預(yù)報(bào)存在較大差異（例如，降水中心位置、強(qiáng)度、落區(qū)范圍等）。請(qǐng)分析：1.你會(huì)如何解讀這份集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品，識(shí)別其中的不確定性？2.在解讀集合預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他資料（如實(shí)況、短臨預(yù)報(bào)、模式物理量場(chǎng)分析等），你會(huì)如何進(jìn)行預(yù)報(bào)訂正？3.在整個(gè)預(yù)報(bào)分析過程中，現(xiàn)代科技手段（如集合預(yù)報(bào)解釋工具、大數(shù)據(jù)分析等）和你的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、分析能力分別扮演了怎樣的角色？如何將二者有效結(jié)合以提高預(yù)報(bào)質(zhì)量？試卷答案一、名詞解釋1.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）：基于大氣運(yùn)動(dòng)的基本物理定律（如流體力學(xué)方程、熱力學(xué)方程、輻射傳輸方程等）和大氣狀態(tài)初始觀測(cè)資料，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值求解，得到未來一段時(shí)間內(nèi)大氣狀態(tài)（溫度、濕度、風(fēng)、壓等）時(shí)空變化的一種天氣預(yù)報(bào)方法。**解析思路：*定義需包含核心原理（物理定律求解）、方法和工具（計(jì)算機(jī)）、目標(biāo)和產(chǎn)出（未來大氣狀態(tài)時(shí)空變化）。2.集合天氣預(yù)報(bào)：為了量化和評(píng)估數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的不確定性，通過使用不同的初始條件、模式參數(shù)化方案或不同的數(shù)值模式，運(yùn)行一系列（集合）平行數(shù)值模式，得到一組未來天氣狀態(tài)可能成員的集合，從而提供概率預(yù)報(bào)產(chǎn)品的方法。**解析思路：*定義需突出其目的（量化不確定性）、方法（平行運(yùn)行多個(gè)模式/不同參數(shù)）和產(chǎn)出（概率產(chǎn)品/集合成員）。3.氣象大數(shù)據(jù)：指在氣象學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生的、具有海量（Volume）、高速（Velocity）、多樣（Variety）、低價(jià)值密度（Value）等特征的數(shù)據(jù)集合，包括地面觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)、氣象再分析數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等。**解析思路：*定義需使用大數(shù)據(jù)的常見特征（VVRV）并列舉氣象領(lǐng)域數(shù)據(jù)來源的多樣性。4.人工智能（AI）在氣象中的應(yīng)用：指將人工智能技術(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等）應(yīng)用于氣象領(lǐng)域的各種活動(dòng)，例如用于大氣數(shù)據(jù)同化、模式初始化、天氣預(yù)報(bào)（特別是短期和災(zāi)害性天氣）、氣候預(yù)測(cè)、氣象災(zāi)害智能預(yù)警、氣象服務(wù)等。**解析思路：*定義需點(diǎn)明核心技術(shù)（AI相關(guān)技術(shù)）和應(yīng)用領(lǐng)域（氣象各環(huán)節(jié)）。5.氣象預(yù)報(bào)的智慧分析：指氣象預(yù)報(bào)員在分析天氣圖、解讀模式產(chǎn)品、評(píng)估信息、進(jìn)行預(yù)報(bào)決策時(shí)，所運(yùn)用的超越純粹計(jì)算和公式套用的綜合能力，包括扎實(shí)的氣象理論基礎(chǔ)、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、敏銳的物理概念、良好的邏輯思維、靈活的判斷能力和有效的溝通協(xié)調(diào)能力等。**解析思路：*定義需強(qiáng)調(diào)主體（預(yù)報(bào)員），突出其能力超越技術(shù)層面，包含知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、思維、判斷等多方面要素。二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述影響數(shù)值天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的主要因素。*答：主要因素包括：(1)初始場(chǎng)資料的精度和完備性：初始誤差是導(dǎo)致預(yù)報(bào)偏差和不確定性的主要來源；(2)模式分辨率：分辨率越高，越能精細(xì)刻畫小尺度系統(tǒng)，但計(jì)算量也越大；(3)模式物理過程參數(shù)化方案：參數(shù)化方案對(duì)模式模擬大尺度及次大尺度物理過程（如云、降水、輻射、邊界層等）的效果直接影響預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；(4)計(jì)算資源：計(jì)算能力限制了模式的水平分辨率、時(shí)間步長和并行效率，影響模擬細(xì)節(jié)和時(shí)效性；(5)大氣本身的混沌特性：大氣系統(tǒng)對(duì)初始狀態(tài)極其敏感，微小的擾動(dòng)隨時(shí)間會(huì)指數(shù)級(jí)增長，導(dǎo)致長期預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率難以提高。**解析思路：*從輸入（初始資料）、模型本身（分辨率、物理方案）、計(jì)算條件（資源）和大氣系統(tǒng)固有特性（混沌）四個(gè)主要方面回答。2.比較客觀預(yù)報(bào)方法與主觀預(yù)報(bào)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。*答：客觀預(yù)報(bào)方法基于數(shù)學(xué)模式或統(tǒng)計(jì)關(guān)系，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，優(yōu)點(diǎn)是客觀、一致、高效，能充分利用大量數(shù)據(jù)，減少預(yù)報(bào)員主觀偏見；缺點(diǎn)是刻板，缺乏對(duì)物理過程和天氣尺度的深入理解，難以處理特殊情況，有時(shí)預(yù)報(bào)結(jié)果不合理。主觀預(yù)報(bào)方法依賴預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和判斷，優(yōu)點(diǎn)是靈活，能結(jié)合物理概念和實(shí)際情況進(jìn)行修正，對(duì)復(fù)雜或罕見天氣有較好把握，能解釋預(yù)報(bào)依據(jù)；缺點(diǎn)是主觀性強(qiáng)，一致性差，效率較低，易受個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和偏見影響，且難以標(biāo)準(zhǔn)化和傳授。**解析思路：*首先明確兩類方法的定義或核心特征，然后分別從優(yōu)點(diǎn)（客觀方法側(cè)重自動(dòng)化、一致性；主觀方法側(cè)重靈活性、解釋性）和缺點(diǎn)（客觀方法側(cè)重僵化、理解不足；主觀方法側(cè)重隨意性、效率低）進(jìn)行對(duì)比。3.解釋大數(shù)據(jù)技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)分析中有哪些具體應(yīng)用。*答：大數(shù)據(jù)技術(shù)在氣象預(yù)報(bào)分析中的具體應(yīng)用包括：(1)大規(guī)模天氣數(shù)據(jù)采集與質(zhì)量控制：處理來自地面、衛(wèi)星、雷達(dá)等眾多來源的海量觀測(cè)數(shù)據(jù)；(2)高效數(shù)據(jù)同化：將多源、多時(shí)次、多模式的數(shù)據(jù)融入數(shù)值預(yù)報(bào)模式，提高初始場(chǎng)質(zhì)量；(3)氣象模式后處理與診斷：對(duì)海量模式輸出進(jìn)行快速分析、可視化，提取關(guān)鍵信息和特征；(4)基于大數(shù)據(jù)的短臨預(yù)報(bào)和預(yù)警：利用高頻數(shù)據(jù)（如雷達(dá)、閃電）和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天氣變化，進(jìn)行分鐘級(jí)到小時(shí)級(jí)的短臨預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警（如暴雨、雷暴、冰雹）；(5)氣候異常檢測(cè)與預(yù)測(cè)：分析長時(shí)間序列的海量氣候數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常模式，提升氣候預(yù)測(cè)能力；(6)氣象服務(wù)個(gè)性化：基于用戶位置、歷史偏好等大數(shù)據(jù)，提供定制化的氣象服務(wù)。**解析思路：*結(jié)合大數(shù)據(jù)處理流程（采集、存儲(chǔ)、處理、分析）和氣象業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)（預(yù)報(bào)、預(yù)警、氣候、服務(wù)）進(jìn)行列舉說明。4.闡述機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)模型在短期天氣預(yù)報(bào)中可能發(fā)揮的作用。*答：機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)模型在短期天氣預(yù)報(bào)中可能發(fā)揮的作用包括：(1)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的快速預(yù)報(bào)：利用歷史觀測(cè)和模式數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型，直接預(yù)測(cè)未來短期天氣要素（如溫度、降水概率），可能比傳統(tǒng)模式更快；(2)模式誤差訂正：利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型學(xué)習(xí)傳統(tǒng)模式的系統(tǒng)誤差或隨機(jī)誤差，對(duì)模式輸出進(jìn)行快速訂正，提高預(yù)報(bào)精度；(3)短臨預(yù)報(bào)與災(zāi)害預(yù)警：特別擅長處理非線性、時(shí)空相關(guān)性強(qiáng)的問題，可用于雷達(dá)回波資料的同化、短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性天氣的臨警預(yù)報(bào)；(4)數(shù)據(jù)同化增強(qiáng)：設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)同化方案，利用機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)學(xué)習(xí)觀測(cè)與模式之間的復(fù)雜關(guān)系，提高同化效率和質(zhì)量；(5)多源信息融合：有效融合來自不同來源（如衛(wèi)星云圖、雷達(dá)、地面觀測(cè)）的異構(gòu)數(shù)據(jù)，提升預(yù)報(bào)信息量。**解析思路：*聚焦于模型的優(yōu)勢(shì)（處理非線性、快速、融合），結(jié)合短期預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警等具體應(yīng)用場(chǎng)景說明其潛力。5.為什么說氣象預(yù)報(bào)員的智慧經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)代科技手段支持下仍然不可或缺？*答：氣象預(yù)報(bào)員的智慧經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)代科技手段支持下仍然不可或缺，因?yàn)椋?1)科技手段（如模式、AI）提供的是工具和可能性，但最終預(yù)報(bào)產(chǎn)品的質(zhì)量和可用性需要人腦進(jìn)行判斷和決策；(2)模式和算法存在固有缺陷和誤差，預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)有助于識(shí)別模式輸出的不合理之處，進(jìn)行有效的訂正；(3)預(yù)報(bào)員能基于深厚的物理概念理解，判斷復(fù)雜天氣過程中各要素間的聯(lián)系，解釋模式未能完全模擬的現(xiàn)象，做出更符合物理實(shí)際的預(yù)報(bào)；(4)對(duì)于模式無法有效模擬的中小尺度系統(tǒng)、或者由人類活動(dòng)引發(fā)的天氣變化（如城市熱島效應(yīng)）、以及罕見或極端天氣事件，預(yù)報(bào)員的綜合分析和判斷能力至關(guān)重要；(5)預(yù)報(bào)員需要整合分析來自多種渠道的信息（包括模式、實(shí)況、經(jīng)驗(yàn)、數(shù)值產(chǎn)品等），進(jìn)行綜合判斷，這需要智慧和人腦的靈活性；(6)與用戶溝通、解釋預(yù)報(bào)、提供定制化服務(wù)等方面，都需要預(yù)報(bào)員的溝通能力和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。**解析思路：*從模式/技術(shù)的局限性、人類認(rèn)知的優(yōu)勢(shì)（物理理解、綜合判斷、靈活性）、復(fù)雜情況處理以及人機(jī)交互等方面論證預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)的價(jià)值。三、論述題1.結(jié)合一個(gè)具體的天氣過程實(shí)例（如臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨、寒潮等），論述現(xiàn)代科技手段如何在氣象預(yù)報(bào)分析中發(fā)揮作用，并分析預(yù)報(bào)員需要具備哪些“智慧”才能做出更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。**論述要點(diǎn)示例（以臺(tái)風(fēng)為例）：*現(xiàn)代科技手段在臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)中作用顯著。高分辨率數(shù)值模式能更精細(xì)地刻畫臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度變化和移動(dòng)路徑的微小擾動(dòng)；集合預(yù)報(bào)提供路徑和強(qiáng)度的概率預(yù)報(bào)，幫助評(píng)估不確定性；多源遙感數(shù)據(jù)（衛(wèi)星云圖、雷達(dá)）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)眼、云頂溫度、風(fēng)場(chǎng)、降水分布，為預(yù)報(bào)員提供直觀、實(shí)時(shí)的信息；大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)可用于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度變化預(yù)測(cè)、風(fēng)雨落區(qū)估算、以及基于歷史數(shù)據(jù)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。預(yù)報(bào)員的“智慧”則體現(xiàn)在：能從復(fù)雜多變的模式場(chǎng)和衛(wèi)星云圖中準(zhǔn)確識(shí)別臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵系統(tǒng)（眼、環(huán)流、外圈云帶）；理解臺(tái)風(fēng)移動(dòng)受環(huán)境流場(chǎng)、科里奧利力、地形等因素的物理機(jī)制，結(jié)合模式輸出和環(huán)境場(chǎng)進(jìn)行路徑合成判斷；利用物理知識(shí)（如海溫、垂直風(fēng)切變）評(píng)估臺(tái)風(fēng)發(fā)展或消亡的可能性；綜合分析多種信息源，識(shí)別并訂正模式偏差；根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，評(píng)估潛在影響區(qū)域，制作精準(zhǔn)的預(yù)警信息。2.探討氣象大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)對(duì)于提升氣象預(yù)報(bào)分析能力的重要意義，并分析其可能面臨的挑戰(zhàn)。**論述要點(diǎn)示例：*氣象大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)意義重大。其意義在于：(1)實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)氣象數(shù)據(jù)的融合共享與高效管理，打破數(shù)據(jù)孤島；(2)支持海量數(shù)據(jù)的快速處理、挖掘和分析，發(fā)現(xiàn)隱藏的天氣氣候規(guī)律；(3)為數(shù)值模式同化、集合預(yù)報(bào)、AI模型訓(xùn)練等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提升預(yù)報(bào)模式性能；(4)促進(jìn)氣象預(yù)報(bào)、氣候研究、災(zāi)害預(yù)警、氣象服務(wù)等領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新；(5)提升對(duì)極端天氣、氣候變化等重大科學(xué)問題的研究能力?？赡苊媾R的挑戰(zhàn)包括：(1)數(shù)據(jù)質(zhì)量問題：數(shù)據(jù)量雖大，但可能存在精度不高、時(shí)空分辨率不匹配、缺失值多等問題；(2)技術(shù)瓶頸：需要強(qiáng)大的計(jì)算能力、高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索技術(shù)、先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析方法；(3)數(shù)據(jù)安全與隱私：海量氣象數(shù)據(jù)涉及國家安全和用戶隱私保護(hù)；(4)人才短缺：需要既懂氣象又懂?dāng)?shù)據(jù)科學(xué)的復(fù)合型人才；(5)標(biāo)準(zhǔn)化與互操作性：不同來源數(shù)據(jù)的格式、標(biāo)準(zhǔn)不一，整合難度大。3.論述如何實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)報(bào)分析中科技與智慧的深度融合，對(duì)于提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和服務(wù)效益具有哪些關(guān)鍵作用。**論述要點(diǎn)示例：*實(shí)現(xiàn)科技與智慧的深度融合，要求：(1)科技工具（模式、算法、數(shù)據(jù)平臺(tái)）的設(shè)計(jì)和應(yīng)用要充分考慮氣象員的實(shí)際需求和思維習(xí)慣，提高易用性和智能化水平；(2)加強(qiáng)預(yù)報(bào)員培訓(xùn)，使其掌握現(xiàn)代科技工具的使用方法，并能理解其原理和局限性；(3)鼓勵(lì)預(yù)報(bào)員在實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，并將經(jīng)驗(yàn)融入對(duì)科技產(chǎn)出的判斷和訂正中，形成“人機(jī)協(xié)同”的閉環(huán)；(4)建立有效的溝通機(jī)制，讓預(yù)報(bào)員的智慧經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚍答伒娇萍脊ぞ叩难邪l(fā)和改進(jìn)中。這種深度融合的關(guān)鍵作用在于：(1)提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率：科技提供更全面的信息和更強(qiáng)大的分析能力，智慧進(jìn)行判斷和修正，彌補(bǔ)單一方法的不足；(2)增強(qiáng)預(yù)報(bào)的可靠性和合理性：智慧能夠識(shí)別和規(guī)避科技工具可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤或不合理結(jié)果；(3)提升預(yù)報(bào)時(shí)效性：科技手段（特別是短臨預(yù)報(bào)技術(shù)）能快速響應(yīng)天氣變化；(4)提高服務(wù)效益：更準(zhǔn)確、更及時(shí)的預(yù)報(bào)能夠更好地支撐防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通出行等活動(dòng)，帶來顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；(5)培養(yǎng)復(fù)合型人才：促進(jìn)預(yù)報(bào)員成為既懂氣象科學(xué)又掌握現(xiàn)代信息技術(shù)的專家。四、案例分析題1.你會(huì)如何解讀這份集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品，識(shí)別其中的不確定性？*解讀方法：首先，查看集合成員對(duì)關(guān)鍵預(yù)報(bào)要素（如降水位置、強(qiáng)度、時(shí)間）的散布情況，特別是集合平均與各成員之間的差異。其次，分析集合成員對(duì)引導(dǎo)氣流、水汽條件、垂直運(yùn)動(dòng)等關(guān)鍵物理過程的模擬差異。再次，結(jié)合集合成員的“概率”輸出，評(píng)估降水發(fā)生的概率以及極端事件（如大暴雨）可能落區(qū)。最后，檢查集合成員對(duì)初始條件的敏感性，判斷不確定性的主要來源。識(shí)別的不確定性主要體現(xiàn)在降水落區(qū)的位移、強(qiáng)度的差異、預(yù)報(bào)起止時(shí)間的變動(dòng)等。2.在解讀集合預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他資料（如實(shí)況、短臨預(yù)報(bào)、模式物理量場(chǎng)分析等），你會(huì)如何進(jìn)行預(yù)報(bào)訂正？*訂正方法：根據(jù)集合預(yù)報(bào)的散布特征和概率信息，確定預(yù)報(bào)的總體趨勢(shì)和不確定性范圍。然后，結(jié)合實(shí)況觀測(cè)（如地面雨量站、自動(dòng)氣象站）來驗(yàn)證和約束集合預(yù)報(bào)，特別是對(duì)集合成員表現(xiàn)較好或較差的部分進(jìn)行修正。參考短臨預(yù)報(bào)（如基于雷達(dá)或衛(wèi)星資料的短時(shí)定量預(yù)報(bào)）提供的精細(xì)化信息，對(duì)集合預(yù)報(bào)的落區(qū)和強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)充或修正。利用模式物理量場(chǎng)分析（如水汽通量、假相當(dāng)位溫、垂直速度場(chǎng)），判斷物理過程是否支持集合預(yù)報(bào)的某一部分，或是否存在集合預(yù)報(bào)未能反映的新生物理系統(tǒng)，據(jù)此進(jìn)