2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)的研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.地轉(zhuǎn)平衡2.科里奧利參數(shù)3.羅斯貝波4.平均緯向環(huán)流5.ENSO現(xiàn)象二、填空題（每題2分，共20分）1.大氣運(yùn)動(dòng)的基本力包括______、______和摩擦力。2.在中高緯度，理論上的大氣環(huán)流主要包含______環(huán)流和______環(huán)流。3.行星波中，頻率最低、波長最長的是______波。4.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式通常需要解決描述大氣運(yùn)動(dòng)的______方程組。5.季風(fēng)環(huán)流是具有顯著______變化特征的區(qū)域性大氣環(huán)流。6.大氣中的水汽輸送對______和______的形成有重要影響。7.利用衛(wèi)星云圖分析大氣環(huán)流主要是通過識(shí)別______、______等云型特征。8.經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分析主要用于提取時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的______和______。9.極地渦旋的異常增強(qiáng)與北方夏季______的異常偏北有關(guān)。10.大氣環(huán)流對地表______和______具有顯著調(diào)控作用。三、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述地轉(zhuǎn)風(fēng)與梯度風(fēng)的關(guān)系及區(qū)別。2.簡述Hadley環(huán)流的形成機(jī)制及其主要影響因素。3.簡述羅斯貝波的動(dòng)力學(xué)特征及其對天氣系統(tǒng)的影響。4.簡述衛(wèi)星遙感在大氣環(huán)流研究中的主要應(yīng)用方面。5.簡述氣候變化背景下，觀測到的平均大氣環(huán)流主要變化特征。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述行星波（特別是羅斯貝波）在維持大氣環(huán)流經(jīng)向結(jié)構(gòu)中的作用。2.論述ENSO現(xiàn)象的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及其對全球氣候的影響。3.論述大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)原理在短期天氣預(yù)報(bào)和長期氣候預(yù)測中的應(yīng)用與局限性。試卷答案一、名詞解釋1.在不考慮摩擦力的情況下，大氣的水平運(yùn)動(dòng)適應(yīng)地轉(zhuǎn)力與氣壓梯度力的平衡狀態(tài)。**解析思路：*考察對地轉(zhuǎn)平衡基本概念的掌握。地轉(zhuǎn)平衡是理解大尺度大氣水平運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，其核心是氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)力大小相等方向相反。2.由于地球自轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)物體（包括大氣）在北半球偏向原運(yùn)動(dòng)方向的力，南半球相反。其大小與地球自轉(zhuǎn)角速度、緯度的正弦值成正比。**解析思路：*考察對科里奧利力（地轉(zhuǎn)偏向力）定義和性質(zhì)的理解?？评飱W利力是導(dǎo)致大氣運(yùn)動(dòng)偏向的根本原因，是大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)中的關(guān)鍵參數(shù)。3.在球坐標(biāo)系下，沿地球經(jīng)圈方向傳播的波動(dòng)，其相速度隨波數(shù)增加而減小。羅斯貝波的存在是維持對流層中高緯度大氣經(jīng)向溫度結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要原因。**解析思路：*考察對羅斯貝波基本特征（傳播特性、作用）的掌握。這是大氣波動(dòng)動(dòng)力學(xué)中的核心概念，對理解中高緯度環(huán)流調(diào)整至關(guān)重要。4.指由緯向溫度梯度驅(qū)動(dòng)，在中緯度地區(qū)主要存在三個(gè)細(xì)胞（Hadley、Ferrel、Polar），每個(gè)細(xì)胞內(nèi)空氣上升和下沉，形成特定環(huán)流模式。**解析思路：*考察對平均緯向環(huán)流基本結(jié)構(gòu)（三圈環(huán)流）的理解。這是解釋中高緯度熱量輸送和環(huán)流特征的基礎(chǔ)概念。5.厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（ElNi?o-SouthernOscillation）是一種發(fā)生在熱帶太平洋地區(qū)的、以海氣相互作用為基礎(chǔ)的年際氣候變率現(xiàn)象，包含暖位相（厄爾尼諾）和冷位相（拉尼娜）。**解析思路：*考察對ENSO現(xiàn)象定義及其基本特征（海氣耦合、年際變化）的掌握。ENSO是全球氣候年際變率的主導(dǎo)模式，是大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)。二、填空題1.氣壓梯度力，地轉(zhuǎn)力**解析思路：*考察對驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)基本力的掌握。這兩個(gè)力是平衡大尺度水平運(yùn)動(dòng)的主要力。2.Ferrel，Polar**解析思路：*考察對中高緯度三圈環(huán)流結(jié)構(gòu)的掌握。Hadley環(huán)流存在于低緯，F(xiàn)errel環(huán)流和Polar環(huán)流存在于中高緯。3.基本模態(tài)**解析思路：*考察對行星波分類的理解?；灸B(tài)（基本波）是頻率最低、波長最長的行星波。4.氣候?qū)W（或：流體力學(xué)）**解析思路：*考察對數(shù)值模式基礎(chǔ)知識(shí)的了解。描述大氣運(yùn)動(dòng)的常用是Navier-Stokes方程組，在氣象學(xué)中常稱為氣候?qū)W方程組或流體力學(xué)方程組。5.季節(jié)**解析思路：*考察對季風(fēng)環(huán)流特征的理解。季風(fēng)環(huán)流最顯著的特征是風(fēng)向和強(qiáng)度隨季節(jié)發(fā)生有規(guī)律的變化。6.氣溫，降水**解析思路：*考察大氣環(huán)流對地表環(huán)境要素的影響。大氣環(huán)流是導(dǎo)致全球和區(qū)域氣溫、降水分布不均的主要原因。7.云的分布，云的演變**解析思路：*考察衛(wèi)星云圖分析的主要內(nèi)容。通過觀察云的地理位置、形狀、覆蓋范圍和演變過程，可以分析氣流的引導(dǎo)、系統(tǒng)的移勢等環(huán)流信息。8.主要特征方向，方差貢獻(xiàn)率（或：主要變化模式）**解析思路：*考察對EOF分析目的和結(jié)果的掌握。EOF分析旨在提取數(shù)據(jù)中的主要變化信息和主要空間模式。9.極地高壓（或：亞北極高壓）**解析思路：*考察對極地渦旋變化關(guān)聯(lián)現(xiàn)象的理解。極地渦旋強(qiáng)弱與北極地區(qū)夏季海冰狀況和亞北極高壓位置密切相關(guān)。10.氣候，生態(tài)**解析思路：*考察大氣環(huán)流的主要調(diào)控功能。大氣環(huán)流影響全球熱量和水分的分布，進(jìn)而調(diào)控氣候和影響生態(tài)系統(tǒng)。三、簡答題1.地轉(zhuǎn)風(fēng)是在地轉(zhuǎn)平衡條件下，大氣的水平運(yùn)動(dòng)風(fēng)。梯度風(fēng)是同時(shí)考慮氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)力、科里奧利力和摩擦力的平衡風(fēng)。地轉(zhuǎn)風(fēng)忽略了科里奧利力和摩擦力，僅由氣壓梯度力和地轉(zhuǎn)力平衡得出，通常比梯度風(fēng)更??；梯度風(fēng)同時(shí)考慮四種力，更接近實(shí)際風(fēng)，尤其在高空和急流附近。**解析思路：*考察對兩種平衡風(fēng)的定義、平衡條件和適用范圍的比較理解。這是動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的辨析。2.Hadley環(huán)流的形成機(jī)制源于低緯度的強(qiáng)烈加熱。赤道附近地面氣壓低，空氣受熱膨脹上升形成赤道低氣壓帶（ITCZ）。上升的暖濕空氣在高空向兩側(cè)（低緯和高緯）擴(kuò)散。向高緯流動(dòng)的空氣在高空冷卻下沉，形成副熱帶高壓帶；向低緯流動(dòng)的空氣在低緯下沉，補(bǔ)充赤道低氣壓帶的空氣。下沉的空氣在副熱帶高壓帶附近干燥并形成信風(fēng)，吹向赤道，與ITCZ中的輻合上升氣流匯合。這個(gè)過程構(gòu)成了一個(gè)閉合的環(huán)流圈。其主要影響因素包括太陽輻射的緯向分布（驅(qū)動(dòng)力）、地球自轉(zhuǎn)（提供科里奧利力）、大氣行星波活動(dòng)（影響環(huán)流的波動(dòng)和調(diào)整）。**解析思路：*考察對Hadley環(huán)流形成過程和驅(qū)動(dòng)力的理解。需要能描述出完整的上升、下沉和風(fēng)場循環(huán)，并提及主要影響因素。3.羅斯貝波是在旋轉(zhuǎn)地球上的大氣中沿經(jīng)圈方向傳播的波動(dòng)。其動(dòng)力學(xué)特征包括：相速度隨波數(shù)（或波長）增加而減小；存在一個(gè)臨界波數(shù)（或波長），短波相速度為負(fù)（向下游傳播），長波相速度為正（向上游傳播）；在急流附近容易激發(fā)。羅斯貝波對大氣環(huán)流有重要影響：它可以影響急流的位置和強(qiáng)度；通過與平均流的相互作用，羅斯貝波可以傳遞能量和動(dòng)量，導(dǎo)致大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)和天氣系統(tǒng)的調(diào)整。**解析思路：*考察對羅斯貝波的關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)特性和作用的掌握。需要提及傳播特性、臨界波數(shù)以及其對實(shí)際環(huán)流的影響機(jī)制。4.衛(wèi)星遙感在大氣環(huán)流研究中的應(yīng)用廣泛，主要包括：監(jiān)測大范圍云型分布和演變，分析高低空急流位置和強(qiáng)度，追蹤熱帶氣旋活動(dòng)，測量大氣溫度、水汽含量等參數(shù)，為數(shù)值模式提供初始和邊界條件，支持ENSO等年際振蕩的監(jiān)測和診斷，評估氣候變化對大氣環(huán)流模式的影響等。**解析思路：*考察對衛(wèi)星遙感技術(shù)在大氣環(huán)流研究中主要應(yīng)用領(lǐng)域的了解。需要能列舉出幾個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)用方面，并說明其作用。5.氣候變化背景下觀測到的平均大氣環(huán)流主要變化特征包括：北極地區(qū)增溫幅度遠(yuǎn)大于中低緯度（北極Amplification），導(dǎo)致極地渦旋增強(qiáng)、穩(wěn)定性下降；中高緯度急流的位置發(fā)生變化（有北移或南移的趨勢），強(qiáng)度可能有所增強(qiáng)；副熱帶高壓帶呈現(xiàn)北移和減弱的趨勢；季風(fēng)環(huán)流的時(shí)間性和空間分布發(fā)生改變；信風(fēng)帶和赤道輻合帶的位置和強(qiáng)度也出現(xiàn)變化。這些變化與全球變暖、海冰減少、陸地表面性質(zhì)變化等多種因素有關(guān)。**解析思路：*考察對氣候變化背景下大氣環(huán)流觀測到的主要變異特征的認(rèn)知。需要能列舉出幾個(gè)關(guān)鍵的變化現(xiàn)象，并簡要提及原因或關(guān)聯(lián)。四、論述題1.行星波（特別是羅斯貝波）在維持大氣環(huán)流經(jīng)向結(jié)構(gòu)中扮演著關(guān)鍵角色。地球自轉(zhuǎn)和經(jīng)向溫度梯度共同導(dǎo)致的大氣慣性穩(wěn)定層結(jié)，使得大氣傾向于做經(jīng)向的波動(dòng)運(yùn)動(dòng)，形成行星波。長波（低波數(shù)羅斯貝波）傾向于“爬坡”，即向更暖、更穩(wěn)定的區(qū)域移動(dòng)，這有助于將低緯度的熱量向高緯度輸送。短波（高波數(shù)羅斯貝波）傾向于“下坡”，即向更冷、更不穩(wěn)定區(qū)域移動(dòng)，有助于將高緯度的能量向低緯度傳遞。這種波動(dòng)過程使得能量在高低緯度之間以及不同緯度帶之間進(jìn)行交換和再分配。如果沒有行星波的持續(xù)作用，行星波會(huì)通過共振放大效應(yīng)不斷增長，最終耗盡平均環(huán)流的能量，導(dǎo)致平均經(jīng)向環(huán)流（如三圈環(huán)流）崩潰。因此，行星波通過不斷地調(diào)整平均環(huán)流的能量和動(dòng)量分布，維持了大氣環(huán)流的動(dòng)態(tài)平衡和相對穩(wěn)定的經(jīng)向結(jié)構(gòu)。**解析思路：*考察對行星波（特別是羅斯貝波）維持大氣環(huán)流經(jīng)向結(jié)構(gòu)機(jī)制的深入理解。需要闡述行星波的傳播特性（爬坡/下坡）及其對能量輸送的作用，并強(qiáng)調(diào)其在維持平均環(huán)流穩(wěn)定性方面的重要性（防止共振增長）。2.ENSO現(xiàn)象的動(dòng)力學(xué)機(jī)制涉及海氣相互作用的正反饋過程。在暖位相（厄爾尼諾）期間，東太平洋海表溫度（SST）異常偏高。這導(dǎo)致大氣對流增強(qiáng)，上升氣流將更多的水汽輸送到大氣中，使得大氣更加不穩(wěn)定。水汽凝結(jié)釋放的潛熱進(jìn)一步加熱海洋表面，并通過大尺度大氣環(huán)流（如信風(fēng)減弱、沃克環(huán)流增強(qiáng)）將熱量從東太平洋輸送到西太平洋和赤道中東太平洋，進(jìn)一步加劇了東太平洋的暖異常。同時(shí)，東太平洋的暖異常也改變了科里奧利參數(shù)，進(jìn)而影響大氣環(huán)流模式。在冷位相（拉尼娜）期間，機(jī)制則相反，東太平洋SST異常偏低，大氣對流減弱，大氣更穩(wěn)定，海洋冷卻，大氣環(huán)流呈現(xiàn)與暖位相相反的特征。ENSO通過這種海氣相互作用，對全球氣候產(chǎn)生廣泛影響，例如改變?nèi)虼髿膺b相關(guān)型、影響區(qū)域降水和溫度異常等。**解析思路：*考察對ENSO暖位相和冷位相的動(dòng)力學(xué)機(jī)制的深入理解。需要描述海氣相互作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)（SST異常->大氣響應(yīng)->反饋增強(qiáng)SST異常），并提及大氣環(huán)流的變化及其對全球氣候的影響。3.大氣環(huán)流動(dòng)力學(xué)原理在短期天氣預(yù)報(bào)和長期氣候預(yù)測中都有廣泛應(yīng)用，但也存在局限性。在短期天氣預(yù)報(bào)中，動(dòng)力學(xué)原理是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式的基礎(chǔ)。模式通過求解大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組（考慮動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、水力學(xué)過程），結(jié)合觀測資料進(jìn)行初始化，模擬大氣的演變。預(yù)報(bào)員利用模式輸出（如風(fēng)場、溫度場、壓力場、降水預(yù)報(bào)等）結(jié)合動(dòng)力學(xué)分析（如天氣圖分析、波動(dòng)分析、引導(dǎo)預(yù)報(bào)等）制作最終的天氣預(yù)報(bào)。動(dòng)力學(xué)原理幫助我們理解天氣系統(tǒng)的生成、發(fā)展和消亡過程，評估預(yù)報(bào)結(jié)果的可信度，并進(jìn)行訂正。在長期氣候預(yù)測中，動(dòng)力學(xué)原理主要用于理解氣候系統(tǒng)的演變規(guī)律和模式反饋。例如，通過模式模擬研究溫室氣體增加對大氣環(huán)流的影響，或者模擬ENSO、海冰-海洋耦合等年際/年代際氣候變率現(xiàn)象。動(dòng)力學(xué)原理也用于評估氣候模式模擬