2025年大學《應用氣象學》專業(yè)題庫——氣候異常事件的原因分析與預測考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.厄爾尼諾現(xiàn)象主要表現(xiàn)為赤道中東太平洋海表溫度的異常偏________，而拉尼娜現(xiàn)象則表現(xiàn)為異常偏________。2.大氣環(huán)流異常中的________是引發(fā)和影響許多氣候異常事件的關(guān)鍵模態(tài)。3.地表冰雪覆蓋率的增加會降低地表反照率，吸收更多太陽輻射，導致局部地區(qū)氣溫進一步升高，這是典型的________反饋機制。4.全球變暖背景下，溫室氣體濃度增加導致全球平均氣溫上升，進而可能________極端降水和干旱事件的發(fā)生頻率和強度。5.利用歷史觀測數(shù)據(jù)進行模式驗證時，常用的統(tǒng)計指標包括均方根誤差（RMSE）和________。二、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述ENSO現(xiàn)象對全球大氣環(huán)流的主要影響。2.簡述季風異常形成的主要大氣環(huán)流背景因素。3.解釋什么是“集合預報”，并簡述其主要目的。4.列舉并簡述影響氣候異常事件預測技巧的主要因素。5.簡述全球變暖對北大西洋濤動（NAO）可能產(chǎn)生的影響。6.解釋氣候監(jiān)測在氣候異常事件原因分析和預測中的重要性。三、論述題（每題10分，共40分）1.詳細論述海氣相互作用在厄爾尼諾現(xiàn)象形成中的關(guān)鍵物理過程。2.結(jié)合農(nóng)業(yè)應用，論述降水異常（無論是過多還是過少）對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能產(chǎn)生哪些影響，并簡述如何利用氣候預測信息進行應對。3.論述人類活動（特別是溫室氣體排放和土地利用變化）對現(xiàn)代氣候異常事件頻次和強度增加可能產(chǎn)生的貢獻。4.假設(shè)某地區(qū)連續(xù)三年出現(xiàn)嚴重干旱，請嘗試分析可能的原因（自然因素和人類活動因素均需考慮），并簡述可以采用哪些監(jiān)測和預測手段來應對未來的干旱風險。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.高；低2.極地渦旋（或急流、遙相關(guān)等合理答案）3.正反饋（或冰鋁效應）4.增強或加劇5.相關(guān)系數(shù)（或決定系數(shù)R2）二、簡答題（每題5分，共30分）1.簡述ENSO現(xiàn)象對全球大氣環(huán)流的主要影響。答案：ENSO通過改變熱帶太平洋的海表溫度異常，影響大氣對流活動，進而改變信風帶位置和強度，導致全球大氣環(huán)流系統(tǒng)（如急流位置和強度、副熱帶高壓、極地渦旋等）發(fā)生調(diào)整。例如，厄爾尼諾期間，信風減弱，西太平洋暖水向東擴散，可能導致全球多地降水異常（如美洲西北部干旱、東南亞和澳大利亞東部洪澇），全球平均氣溫偏高；拉尼娜期間則相反，信風增強，西太平洋暖水聚集，可能導致全球多地降水異常（如印度尼西亞和澳大利亞東部干旱、美洲西北部洪澇），全球平均氣溫偏低。解析思路：考察對ENSO機制及其全球遙相關(guān)效應的理解。需要說明ENSO如何通過改變海氣相互作用中心（熱帶太平洋）影響大氣環(huán)流，并舉例說明對全球不同區(qū)域氣候（降水、氣溫）的具體影響。2.簡述季風異常形成的主要大氣環(huán)流背景因素。答案：季風異常主要受行星尺度大氣環(huán)流系統(tǒng)的影響。例如，海陸熱力差異是季風形成的根本原因，而其年際和年代際異常則與赤道中東太平洋的海溫異常（ENSO）、印度洋海溫異常（IIO）、熱帶大氣遙相關(guān)模態(tài)（MJO）、西太平洋暖池海溫變化、西風帶異常（如極地渦旋強度和位置變化）等因素有關(guān)。這些大氣環(huán)流因子通過影響季風區(qū)的風場、水汽輸送和垂直運動，導致季風強度、季節(jié)性變化和極端事件（如旱澇）出現(xiàn)異常。解析思路：考察對季風動力學及其年際變率驅(qū)動因素的理解。需要點出基本成因（海陸熱力差），并列舉主要的年際/年代際異常驅(qū)動因子（ENSO、IIO、MJO、西風帶等），說明這些因子如何影響季風系統(tǒng)。3.解釋什么是“集合預報”，并簡述其主要目的。答案：集合預報是指通過使用相同的數(shù)值天氣預報（NWP）模型，但輸入不同的初始條件（通過添加小的隨機擾動）或包含不同的物理過程參數(shù)化方案，運行一系列（多個）平行天氣或氣候模型，產(chǎn)生一組（集合）預測成員。其主要目的是為了評估和量化預測的不確定性，提供概率預報，幫助用戶了解預測結(jié)果可能的變化范圍以及預測事件發(fā)生的可能性。解析思路：考察對集合預報基本概念和原理的理解。需要定義集合預報是什么（多模型/多初值運行），并說明其核心目的（評估不確定性、提供概率預報）。4.列舉并簡述影響氣候異常事件預測技巧的主要因素。答案：影響氣候異常事件預測技巧的主要因素包括：(1)模式分辨率和物理過程參數(shù)化方案的能力：分辨率越高，模式越能捕捉小尺度細節(jié)；物理方案越完善，越能準確模擬真實大氣過程，但都存在局限性。(2)初始條件的不確定性：大氣系統(tǒng)極其復雜，初始狀態(tài)的小誤差會隨時間迅速放大（蝴蝶效應），這是導致短期氣候預測困難的主要原因。(3)外強迫的不確定性：火山噴發(fā)、太陽活動等外部強迫因素的時間和強度難以精確預測。(4)氣候系統(tǒng)本身的內(nèi)在隨機性：即使沒有外部強迫，氣候系統(tǒng)也包含固有的混沌行為和隨機擾動。(5)預測時段：預測時間越長，不確定性累積越大，技巧通常越低。解析思路：考察對氣候預測不確定性的來源的理解。需要從模型能力、初始誤差、外部強迫、系統(tǒng)內(nèi)在隨機性、預測時效等多個角度列舉并簡要解釋影響預測技巧的因素。5.簡述全球變暖對北大西洋濤動（NAO）可能產(chǎn)生的影響。答案：全球變暖可能導致北大西洋濤動（NAO）發(fā)生變化。例如，觀測和模式研究表明，北極Amplification（北極變暖快于中低緯度）可能抑制或改變NAO的模態(tài)，甚至可能增加NAO正相（有利于歐亞大陸東部冬季溫和濕潤）出現(xiàn)的頻率或強度。同時，大西洋暖池的變暖和海氣相互作用的變化也可能影響NAO。具體影響方向和程度可能存在區(qū)域差異，且仍在研究中。解析思路：考察對氣候變化背景下大氣環(huán)流模態(tài)可能響應的理解。需要提及北極Amplification的作用，并說明其對NAO模態(tài)（正/負相）可能產(chǎn)生的影響，同時可以提及其他相關(guān)因素（如海溫）。6.解釋氣候監(jiān)測在氣候異常事件原因分析和預測中的重要性。答案：氣候監(jiān)測是氣候異常事件研究的基礎(chǔ)。對于原因分析，持續(xù)、準確的觀測數(shù)據(jù)（如溫度、降水、海溫、風場、氣壓等）是識別氣候異常事件的發(fā)生、發(fā)展過程，分析其時空特征，并追蹤診斷不同因素（如ENSO、大氣環(huán)流）貢獻的關(guān)鍵依據(jù)。對于預測，高質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)是提供準確的初始條件（對于數(shù)值預報）和評估預測結(jié)果（驗證預測模型）的基礎(chǔ)，也是識別預測偏差和改進預測方法的重要信息來源。解析思路：考察對氣候監(jiān)測雙重作用（研究基礎(chǔ)和預測支持）的理解。需要分別從原因分析和預測兩個角度闡述監(jiān)測的重要性，強調(diào)數(shù)據(jù)在診斷、初始條件和驗證中的作用。三、論述題（每題10分，共40分）1.詳細論述海氣相互作用在厄爾尼諾現(xiàn)象形成中的關(guān)鍵物理過程。答案：厄爾尼諾現(xiàn)象的形成是海氣相互作用反饋過程的結(jié)果。其關(guān)鍵物理過程通常被認為始于熱帶太平洋東部的“熱力反饋”（ThermodynamicFeedback）機制：當東太平洋信風異常減弱時，向西輸送到赤道太平洋東岸的暖水減少，導致該區(qū)域海表溫度異常偏低。這會改變海氣相互作用：冷海面吸收更多太陽輻射，大氣對流活動減弱，導致上空大氣異常偏干，進而進一步抑制了來自美洲西岸的暖濕氣流，使信風更加減弱。同時，冷海面也改變了大氣環(huán)流，例如可能抑制了亞赤道急流的位置偏南，使得赤道東太平洋上空出現(xiàn)異常的輻合和下沉氣流。這種下沉氣流進一步抑制了對流，形成了一個正反饋循環(huán)：信風減弱->海溫降低->大氣干燥下沉->信風進一步減弱。這個初始擾動在赤道東太平洋緩慢發(fā)展、維持和向東傳播，最終形成大范圍的厄爾尼諾狀態(tài)。此外，海洋內(nèi)部動力學過程（如赤道逆流）也參與并放大了這種海氣耦合。解析思路：考察對厄爾尼諾形成機制中關(guān)鍵反饋環(huán)（特別是熱力反饋和大氣環(huán)流調(diào)整）的深入理解。需要詳細描述信風減弱如何啟動過程，海溫變化如何影響大氣，大氣變化如何反作用于海洋，形成正反饋，并提及海洋內(nèi)部過程的參與。2.結(jié)合農(nóng)業(yè)應用，論述降水異常（無論是過多還是過少）對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可能產(chǎn)生哪些影響，并簡述如何利用氣候預測信息進行應對。答案：降水異常對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響巨大。(1)降水過多：可能導致作物淹沒、根系缺氧、病蟲害滋生、土壤養(yǎng)分流失、漬澇災害，造成作物減產(chǎn)甚至絕收。(2)降水過少：導致土壤干旱缺水，影響作物正常生長、發(fā)育和產(chǎn)量，引發(fā)旱災。無論是哪種情況，都可能影響作物的播種、生長、授粉、收獲等各個階段，并導致農(nóng)業(yè)經(jīng)濟損失。利用氣候預測信息進行應對：①早期預警：通過季節(jié)性或年度氣候預測，提前獲取降水偏多或偏少的可能性信息，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供依據(jù)。②作物選擇與布局調(diào)整：根據(jù)預測的降水趨勢，選擇耐旱或耐澇的作物品種，或調(diào)整種植區(qū)域和結(jié)構(gòu)。③水資源管理：預測干旱時，提前規(guī)劃灌溉水源，優(yōu)化灌溉方案，提高水分利用效率；預測洪澇時，做好排澇設(shè)施準備。④農(nóng)事措施調(diào)整：根據(jù)降水預測調(diào)整播種、施肥、病蟲害防治等農(nóng)事活動的時間。解析思路：考察對降水異常農(nóng)業(yè)影響的理解以及氣候預測信息應用能力。需要分別論述過多和過少降水的影響，然后重點闡述如何利用預測信息進行風險規(guī)避和主動管理（品種選擇、水管理、農(nóng)事調(diào)整等）。3.論述人類活動（特別是溫室氣體排放和土地利用變化）對現(xiàn)代氣候異常事件頻次和強度增加可能產(chǎn)生的貢獻。答案：人類活動是導致現(xiàn)代氣候異常事件頻次和強度增加的重要因素。(1)溫室氣體排放增加：工業(yè)革命以來，大量燃燒化石燃料、毀林等活動導致大氣中二氧化碳、甲烷等溫室氣體濃度顯著升高。這些氣體增強了地球大氣的溫室效應，導致全球平均氣溫上升（全球變暖）。全球變暖改變了大氣環(huán)流模式（如急流位置和強度、阻塞高壓頻率等），增加了極端天氣事件（如熱浪、強降水、干旱）的發(fā)生概率和強度。例如，warmeraircanholdmoremoisture,leadingtoheavierrainfallevents;warmingcanalsoincreaseevaporation,exacerbatingdroughts;shiftingtemperaturezonescanalterthefrequencyandintensityofstorms.(2)土地利用變化：大規(guī)模的毀林（減少植被蒸騰和反射率）、城市化（增加地表粗糙度、改變熱島效應）、改變地表水系等活動，改變了地表與大氣之間的能量交換和水分循環(huán)過程。例如，城市熱島效應可能加劇局部高溫；裸地或硬化表面可能減少蒸散發(fā)，加劇干旱；改變的下墊面性質(zhì)可能影響局地降水和徑流，增加洪澇風險。這些變化與全球變暖協(xié)同作用，進一步增加了氣候異常事件的復雜性和風險。解析思路：考察對人類活動（溫室氣體、土地利用）如何影響氣候系統(tǒng)，進而導致異常事件增加的理解。需要分別解釋兩種人類活動的作用機制（溫室效應、改變能量和水分平衡），并闡述其如何具體影響異常事件的頻率和強度（如熱浪、強降水、干旱、極端風）。4.假設(shè)某地區(qū)連續(xù)三年出現(xiàn)嚴重干旱，請嘗試分析可能的原因（自然因素和人類活動因素均需考慮），并簡述可以采用哪些監(jiān)測和預測手段來應對。答案：分析連續(xù)三年嚴重干旱的可能原因：(1)自然因素：①氣候模式變化：可能處于某個長期氣候偏旱的階段或模態(tài)，如拉尼娜現(xiàn)象持續(xù)影響或北大西洋濤動（NAO）長期處于不利于降水的狀態(tài)。②大氣環(huán)流異常：持續(xù)出現(xiàn)不利于該地區(qū)降水的水汽輸送和輻合條件。③海氣相互作用異常：如持續(xù)的海溫偏低或海氣耦合模式變化影響季風或急流。④降水極值變化：極端降水事件減少，而極端干旱事件概率增加。(2)人類活動因素：①過度用水：農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活用水需求激增，超出了當?shù)厮Y源涵養(yǎng)能力，導致地表和地下水位持續(xù)下降。②土地退化：植被破壞、水土流失導致地表涵養(yǎng)水源能力下降，加劇干旱影響。③氣候變化背景：全球變暖可能加劇區(qū)域干旱化趨勢，使得極端干旱事件更頻繁、更持久。綜合分析需結(jié)合該地區(qū)的具體氣候背景和用水情況。應對措施：(1)監(jiān)測：加強區(qū)域內(nèi)降水、氣溫、土壤濕度、河流水位、地下水位的實時監(jiān)測網(wǎng)絡，利用衛(wèi)星遙感進行大范圍干旱監(jiān)測和評估（如制作DroughtSeverityIndexDSI）。(2)預測：利用區(qū)域氣候模型進行干旱預測，結(jié)合集合預報評估預測不確定性