2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——?dú)庀筇綔y(cè)技術(shù)與儀器研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.電磁波輻射傳輸2.多普勒效應(yīng)3.探空儀4.毫米波雷達(dá)5.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制二、填空題（每空2分，共20分）1.氣象衛(wèi)星主要接收的電磁波波段包括可見(jiàn)光、______和微波。2.利用多普勒原理探測(cè)目標(biāo)距離變化的雷達(dá)稱為_(kāi)_____雷達(dá)。3.自動(dòng)氣象站（AWS）通常由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、______和通信單元組成。4.溫度計(jì)的標(biāo)定通常需要參考標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)，并進(jìn)行______和交叉標(biāo)定。5.風(fēng)廓線雷達(dá)利用______技術(shù)由地面向上探測(cè)不同高度的風(fēng)速。三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述微波輻射計(jì)測(cè)量大氣水汽含量的基本原理。2.與地基遙感相比，氣象衛(wèi)星遙感在觀測(cè)范圍和時(shí)效性方面有何優(yōu)勢(shì)？3.簡(jiǎn)述自動(dòng)氣象站傳感器數(shù)據(jù)采集的一般流程。4.解釋什么是雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率（PRF），并說(shuō)明其選擇需要考慮的因素。5.列舉三種常見(jiàn)的氣象探測(cè)儀器故障診斷方法，并簡(jiǎn)述其原理。四、論述題（每題10分，共20分）1.論述多普勒天氣雷達(dá)在探測(cè)強(qiáng)降水天氣系統(tǒng)（如雷暴）中的應(yīng)用價(jià)值及其主要探測(cè)產(chǎn)品。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，論述氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的重要性，并說(shuō)明至少三種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法及其目的。試卷答案一、名詞解釋1.電磁波輻射傳輸：指電磁波在大氣介質(zhì)中傳播時(shí)，因吸收、散射、反射等與大氣的相互作用而發(fā)生的強(qiáng)度和方向變化的過(guò)程。**解析思路：*考察對(duì)基本物理過(guò)程的定義理解。電磁波在穿過(guò)大氣層時(shí)，能量會(huì)因大氣成分（氣體、水汽、氣溶膠等）的作用而減弱或改變方向，這是許多遙感儀器（如輻射計(jì)、衛(wèi)星）探測(cè)大氣參數(shù)的基礎(chǔ)。2.多普勒效應(yīng)：指波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻與波源發(fā)出的原始頻率不同的現(xiàn)象。在氣象探測(cè)中，利用多普勒效應(yīng)可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（如風(fēng)、雨滴）相對(duì)于雷達(dá)的方向和速度。**解析思路：*考察對(duì)核心物理原理的掌握。多普勒效應(yīng)是雷達(dá)探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（特別是風(fēng)場(chǎng)）的物理基礎(chǔ)，理解其原理是理解天氣雷達(dá)、多普勒氣象學(xué)等知識(shí)的關(guān)鍵。3.探空儀：指通過(guò)氣球等升空設(shè)備將傳感器攜帶到不同高度，自動(dòng)測(cè)量并記錄大氣垂直剖面參數(shù)（如溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向等）的氣象儀器。**解析思路：*考察對(duì)核心儀器的定義識(shí)別。探空儀是獲取大氣垂直結(jié)構(gòu)信息的主要手段，分為無(wú)線電探空儀和系留探空儀等，是氣象學(xué)基本觀測(cè)工具。4.毫米波雷達(dá)：指工作在毫米波波段（通常指30-300GHz）的雷達(dá)系統(tǒng)。由于毫米波具有波長(zhǎng)短、穿透性好、分辨率高等特點(diǎn)，使其在氣象探測(cè)（如降水微物理特性、風(fēng)場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)、云霧成分等）和遙感領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。**解析思路：*考察對(duì)特定雷達(dá)技術(shù)的認(rèn)知。毫米波雷達(dá)是現(xiàn)代氣象探測(cè)的重要發(fā)展方向，其工作原理和特點(diǎn)與常規(guī)天氣雷達(dá)不同，代表了技術(shù)前沿。5.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制：指在數(shù)據(jù)收集、處理、傳輸過(guò)程中，識(shí)別、評(píng)估和糾正錯(cuò)誤、異?；虿豢煽繑?shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和適用性的系列活動(dòng)。**解析思路：*考察對(duì)數(shù)據(jù)處理重要環(huán)節(jié)的理解。氣象探測(cè)數(shù)據(jù)受多種因素影響易產(chǎn)生誤差，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是保證后續(xù)分析和應(yīng)用結(jié)果可靠性的前提。二、填空題1.紅外2.測(cè)風(fēng)3.通信系統(tǒng)4.標(biāo)定5.相干**解析思路：*考察對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)和術(shù)語(yǔ)的準(zhǔn)確記憶。紅外波段是衛(wèi)星遙感的重要窗口；測(cè)風(fēng)雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)探測(cè)風(fēng)；AWS的核心部件包括傳感器、采集器、通信模塊；標(biāo)定是保證儀器測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟；風(fēng)廓線雷達(dá)利用相干探測(cè)技術(shù)穩(wěn)定提取風(fēng)信號(hào)。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述微波輻射計(jì)測(cè)量大氣水汽含量的基本原理。**解析思路：*考察對(duì)輻射傳輸原理在特定儀器上的應(yīng)用理解。微波輻射計(jì)通過(guò)接收大氣中水汽分子對(duì)特定微波頻率（如22.235GHz）的散射信號(hào)（或透射信號(hào)），根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度與水汽含量（通常用混合比或水汽壓表示）之間的已知函數(shù)關(guān)系（或通過(guò)對(duì)信號(hào)衰減率的測(cè)量），反演得出水汽含量信息。水汽分子對(duì)特定微波頻率具有強(qiáng)烈的共振散射截面。2.與地基遙感相比，氣象衛(wèi)星遙感在觀測(cè)范圍和時(shí)效性方面有何優(yōu)勢(shì)？**解析思路：*考察對(duì)衛(wèi)星遙感特點(diǎn)的宏觀理解。地基遙感（如雷達(dá)、輻射計(jì)）觀測(cè)范圍相對(duì)有限（視距或視程），而氣象衛(wèi)星可以覆蓋廣闊的區(qū)域（從區(qū)域到全球），提供大范圍同步觀測(cè)能力。衛(wèi)星可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面的重復(fù)觀測(cè)（如極軌衛(wèi)星每天多次經(jīng)過(guò)同一區(qū)域），具有較好的觀測(cè)時(shí)效性，尤其對(duì)于監(jiān)測(cè)天氣系統(tǒng)的生消演變非常有利。3.簡(jiǎn)述自動(dòng)氣象站傳感器數(shù)據(jù)采集的一般流程。**解析思路：*考察對(duì)儀器系統(tǒng)工作流程的掌握。通常包括：①傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、氣壓等）；②傳感器將測(cè)量信號(hào)（通常是電信號(hào)）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流；③數(shù)據(jù)采集器（DA）對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），并將數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)；④數(shù)據(jù)采集器按照預(yù)設(shè)時(shí)序和格式采集數(shù)據(jù)；⑤數(shù)據(jù)通過(guò)通信接口（如GPRS、LoRa、光纖等）傳輸?shù)降孛嬲净驍?shù)據(jù)中心；⑥數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和存儲(chǔ)。4.解釋什么是雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率（PRF），并說(shuō)明其選擇需要考慮的因素。**解析思路：*考察對(duì)雷達(dá)關(guān)鍵參數(shù)及其物理意義的理解。脈沖重復(fù)頻率（PRF）指雷達(dá)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射脈沖的次數(shù)，單位是赫茲（Hz）。選擇PRF需要權(quán)衡兩個(gè)主要因素：①PRF決定了雷達(dá)可以探測(cè)的最小距離分辨率（與1/PRF成正比），PRF越高，距離分辨率越好；②PRF決定了雷達(dá)能夠測(cè)量的最大多普勒速度（與PRF成正比，最大可測(cè)速度約為c/2*PRF，c為光速），PRF越低，可測(cè)量的最大多普勒速度越高。因此，PRF的選擇是在距離分辨率和最大探測(cè)速度之間進(jìn)行權(quán)衡，需要根據(jù)探測(cè)目標(biāo)類型和距離來(lái)決定。5.列舉三種常見(jiàn)的氣象探測(cè)儀器故障診斷方法，并簡(jiǎn)述其原理。**解析思路：*考察對(duì)故障排除基本方法的了解。①對(duì)比法：將待測(cè)儀器數(shù)據(jù)與同類型正常儀器或標(biāo)準(zhǔn)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若存在顯著差異，則可能存在故障。原理是利用已知正常的參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷異常。②替換法：將疑似故障部件（如傳感器元件、放大器、電路板）用已知功能正常的部件替換，若替換后儀器恢復(fù)正常，則說(shuō)明原部件存在故障。原理是排除法，通過(guò)替換可疑點(diǎn)來(lái)定位故障源。③信號(hào)注入法：向儀器輸入已知的、穩(wěn)定的測(cè)試信號(hào)（如標(biāo)準(zhǔn)電壓、頻率信號(hào)），觀察儀器輸出響應(yīng)是否符合預(yù)期。若響應(yīng)異常，則說(shuō)明儀器內(nèi)部處理或放大環(huán)節(jié)存在故障。原理是通過(guò)施加已知輸入檢驗(yàn)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)，判斷系統(tǒng)功能是否正常。四、論述題1.論述多普勒天氣雷達(dá)在探測(cè)強(qiáng)降水天氣系統(tǒng)（如雷暴）中的應(yīng)用價(jià)值及其主要探測(cè)產(chǎn)品。**解析思路：*考察對(duì)核心儀器應(yīng)用價(jià)值的綜合理解和分析能力。多普勒天氣雷達(dá)通過(guò)發(fā)射電磁波并接收目標(biāo)（水滴、冰晶、氣流）回波的多普勒頻移，能夠探測(cè)到風(fēng)場(chǎng)、降水粒子信息以及天氣系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)力特征。其主要應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在：①探測(cè)強(qiáng)風(fēng)和風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)：精確測(cè)量雷暴內(nèi)部的風(fēng)速、風(fēng)向垂直切變（判斷雷暴發(fā)展?jié)摿Γ?、最大風(fēng)速和位置，為預(yù)警預(yù)報(bào)提供關(guān)鍵依據(jù)。②識(shí)別降水類型和強(qiáng)度：通過(guò)分析回波強(qiáng)度（Z）、徑向速度（V）和譜寬（σV）等參數(shù)，可以識(shí)別雨、雪、冰雹等不同降水類型，估計(jì)降水強(qiáng)度，追蹤降水回波移動(dòng)路徑。③監(jiān)測(cè)回波頂高和垂直發(fā)展：探測(cè)雷暴云頂高度，分析其垂直發(fā)展強(qiáng)度，判斷強(qiáng)對(duì)流天氣的強(qiáng)度和危險(xiǎn)性。主要探測(cè)產(chǎn)品包括：多普勒velocity柱（顯示徑向風(fēng)速）、譜寬圖（反映粒子相態(tài)和大小分布）、垂直積分液水含量（VIL）、組合基流（組合反射率與徑向速度）、風(fēng)暴頂高度等產(chǎn)品。2.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，論述氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的重要性，并說(shuō)明至少三種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法及其目的。**解析思路：*考察對(duì)數(shù)據(jù)處理核心環(huán)節(jié)重要性的認(rèn)識(shí)以及具體方法的掌握和應(yīng)用。氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制至關(guān)重要，因?yàn)樵紨?shù)據(jù)可能受到儀器故障、環(huán)境干擾、傳輸錯(cuò)誤等多種因素影響而包含錯(cuò)誤或不可靠信息。如果不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制就進(jìn)行后續(xù)分析或應(yīng)用，會(huì)導(dǎo)致結(jié)果偏差甚至錯(cuò)誤，影響預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、科學(xué)研究結(jié)論的可靠性，甚至可能產(chǎn)生安全隱患（如漏報(bào)強(qiáng)對(duì)流天氣）。因此，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制是確保氣象信息服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法及其目的包括：①范圍檢查（或曰閾值檢查）：檢查數(shù)據(jù)值是否落在合理的物理或統(tǒng)計(jì)允許范圍內(nèi)。例如，檢查溫度是否在-90℃到60℃的合理范圍內(nèi)，風(fēng)速是否超過(guò)200m/s的物理極限。目的在于剔除顯然錯(cuò)誤的“野點(diǎn)”，保證數(shù)據(jù)的物理可行性。②一致性檢查：檢查同一站點(diǎn)不同相關(guān)參數(shù)之間是否存在一致性。例如，檢查濕度和露點(diǎn)溫度是否滿足物理關(guān)系（露點(diǎn)