2025年大學《應用氣象學》專業(yè)題庫——高溫天氣對城市能源供應的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述高溫天氣的成因及其對城市熱環(huán)境產生的主要影響。二、闡述城市電力需求在高溫天氣下急劇增長的主要驅動因素，并說明這種增長對電力系統(tǒng)運行帶來的挑戰(zhàn)。三、分析暖通空調（HVAC）負荷在高溫天氣對城市電力需求中的關鍵作用，并討論提高HVAC系統(tǒng)能源效率的幾種主要技術途徑。四、論述高溫天氣可能對電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電和變配電環(huán)節(jié)分別產生哪些不利影響。五、列舉并簡要說明針對高溫天氣影響城市能源供應，可以在需求側和供給側采取的兩種主要應對策略。六、解釋什么是城市熱島效應，并說明其在加劇高溫天氣下城市能源需求方面的作用機制。七、闡述氣象預報信息在預測和應對高溫天氣對城市能源供應影響方面的應用價值。八、分析將可再生能源（如光伏發(fā)電）納入城市能源系統(tǒng)，在應對高溫天氣帶來的挑戰(zhàn)時可能面臨的優(yōu)勢與局限性。九、結合城市能源系統(tǒng)的脆弱性，討論在規(guī)劃和設計城市能源基礎設施時，應如何考慮高溫等極端天氣事件的影響。十、提出至少三種不同的方法，說明應用氣象學知識可以如何幫助評估城市在高溫天氣下的能源供應風險。試卷答案一、答案：高溫天氣的成因主要包括大氣環(huán)流背景（如副熱帶高壓控制）、城市熱島效應（城市地表材質、建筑布局吸收并儲存更多熱量）、大氣穩(wěn)定度（晴朗無風夜晚或白天日照強烈時加?。┑取Τ鞘袩岘h(huán)境的主要影響是導致城市氣溫高于周邊郊區(qū)，加劇悶熱感，增加人體健康風險，并顯著提高城市能源消耗，特別是制冷能耗。解析思路：此題考查對高溫成因和城市熱環(huán)境效應的基礎理解。首先需列出主要氣象成因，再闡述其對城市具體熱環(huán)境（溫度升高、體感悶熱）和能源消耗（制冷需求增加）的直接后果。二、答案：城市電力需求在高溫天氣下急劇增長的主要驅動因素是暖通空調（HVAC）負荷的激增，以滿足室內降溫需求。此外，高溫可能導致的照明、電動設備（如風扇、飲水機）等用電量增加也貢獻了部分增長。這種增長對電力系統(tǒng)運行的挑戰(zhàn)主要體現在：可能引發(fā)局部或大范圍電力供需失衡、增加輸電線路和變壓器等設備的載流量和溫度，提升故障風險，對發(fā)電和電網的穩(wěn)定性和靈活性提出更高要求。解析思路：此題要求識別主要驅動因素（HVAC是核心）并分析其對系統(tǒng)的影響。需明確指出需求主體（HVAC為主），解釋其增長機制，并列舉對系統(tǒng)（供需、輸配電、發(fā)電穩(wěn)定）造成的具體壓力和風險。三、答案：暖通空調（HVAC）負荷在高溫天氣對城市電力需求中起關鍵作用，因為它是制冷的主要耗能設備，其能耗與室外溫度（尤其是高溫）呈顯著正相關。提高HVAC系統(tǒng)能源效率的主要技術途徑包括：采用更高效的制冷技術（如變頻空調、新型制冷劑）、優(yōu)化建筑圍護結構（更好的隔熱）、推廣智能溫控系統(tǒng)（設定合理溫度范圍）、利用自然通風和可再生能源（如太陽能）驅動制冷等。解析思路：此題聚焦于HVAC的核心作用及節(jié)能方法。需先強調HVAC在高溫下的核心地位，再具體列舉技術層面（設備、建筑、控制、可再生能源）的節(jié)能措施。四、答案：高溫天氣對電力系統(tǒng)的影響環(huán)節(jié)多樣：*發(fā)電側：火電、核電等熱力發(fā)電廠在高溫下為維持冷卻水溫度可能需要減少出力或限制運行；熱電聯產（CHP）效率可能因冷卻效果下降而降低；光伏發(fā)電量隨溫度升高而減少。*輸電側：輸電線路溫度會隨環(huán)境溫度升高，超過安全閾值會增加線路sag（弧垂），限制載流量，甚至引發(fā)故障；高溫還可能加速絕緣材料老化，增加設備故障率。*變配電側：變電站設備（變壓器、開關柜等）散熱壓力增大，高溫可能導致設備過熱、絕緣性能下降，增加故障風險，影響供電可靠性。解析思路：此題要求分環(huán)節(jié)分析影響。需對發(fā)電（冷卻限制、效率下降、光伏衰減）、輸電（線路溫度、載流量、絕緣老化）和變配電（設備散熱、絕緣、可靠性）分別闡述高溫帶來的具體不利影響及其機理。五、答案：應對高溫天氣影響城市能源供應的應對策略：*需求側管理（DSM）：實施峰谷電價激勵用戶錯峰用電；推廣高效節(jié)能電器和建筑；鼓勵使用儲能設備（如電熱水器、儲能電池）；開展需求響應，在高峰時段主動減少用電。*供給側優(yōu)化：發(fā)展分布式能源（如屋頂光伏、小型燃氣電站）；增加可再生能源（風能、太陽能）的比重；建設抽水蓄能等大型儲能設施；提升電網智能化水平和靈活性，優(yōu)化調度；推廣耐高溫的電力設備和材料。解析思路：此題要求區(qū)分需求側和供給側策略。需分別列舉兩大類策略下的具體措施，并簡要說明其作用原理（如峰谷電價調平負荷、分布式能源就近供能、儲能平滑波動）。六、答案：城市熱島效應是指城市區(qū)域的氣溫顯著高于周邊郊區(qū)的現象。其加劇高溫天氣下城市能源需求的作用機制是：熱島效應本身使得城市氣溫更高，進而導致室內外溫差增大，使得居民和商業(yè)建筑需要更強的制冷能力來維持舒適的室內溫度，從而急劇增加了對電力等能源的消耗。解析思路：此題先定義熱島效應，再重點闡述其對高溫下能源需求的具體影響機制，即通過加劇溫差直接驅動制冷負荷增加。七、答案：氣象預報信息在預測和應對高溫天氣對城市能源供應影響方面的應用價值體現在：提前預測高溫天氣的發(fā)生、強度和持續(xù)時間，使電力公司能夠提前做好發(fā)電準備、調整電網調度、啟動應急響應；為政府部門實施需求側管理措施（如發(fā)布節(jié)能倡議、調整工業(yè)生產計劃）提供依據；幫助用戶提前安排用電計劃，減少突發(fā)性負荷沖擊。解析思路：此題要求說明預報的應用價值。需從電力系統(tǒng)（預測驅動下的準備與調度）和需求側管理（信息支持下的政策與用戶行為）兩個角度闡述預報信息的作用。八、答案：將可再生能源（如光伏發(fā)電）納入城市能源系統(tǒng)應對高溫挑戰(zhàn)時的優(yōu)勢：可再生能源（特別是光伏）可在白天（高溫時段）發(fā)電，部分替代高峰時段的電力需求，緩解電網壓力；如果采用本地化分布式光伏，可以減少輸電損耗，提高能源自給率。局限性：可再生能源的發(fā)電量受日照強度影響，本身具有波動性，難以完全匹配高溫下激增且穩(wěn)定的制冷負荷；高溫本身會降低光伏發(fā)電效率；可再生能源的儲能成本較高，大規(guī)模儲能系統(tǒng)的部署和運行也面臨挑戰(zhàn)。解析思路：此題要求分析利弊。優(yōu)勢方面強調其在高峰時段的發(fā)電能力和對電網的輔助作用（緩解壓力、減少損耗）。局限性方面指出其與負荷匹配的困難（波動性vs穩(wěn)定性需求）、高溫對自身出力的影響、儲能成本和挑戰(zhàn)。九、答案：在規(guī)劃和設計城市能源基礎設施時，應考慮高溫等極端天氣事件的影響：進行基于氣候變化的極端高溫情景模擬，評估現有能源系統(tǒng)（發(fā)電、輸電、配電）的承載能力和脆弱性；在設計中預留一定的冗余容量，特別是發(fā)電和輸電環(huán)節(jié)，以應對極端負荷；選用耐高溫、抗暑熱沖擊的設備材料；優(yōu)化城市能源網絡布局，提高其韌性和恢復能力；將需求側管理能力作為基礎設施規(guī)劃的一部分。解析思路：此題考查規(guī)劃設計中的風險管理意識。需提出具體考慮方面：使用極端情景模擬進行評估、設計冗余、選用耐熱材料、優(yōu)化布局提升韌性、融入需求側管理能力。十、答案：應用氣象學知識評估城市在高溫天氣下的能源供應風險的方法：1.極端氣象數據統(tǒng)計分析：收集歷史極端高溫數據，分析其發(fā)生頻率、強度和持續(xù)時間變化趨勢，評估未來風險。2.高溫對能源系統(tǒng)關鍵參數影響模擬：利用氣象模型模擬高溫對不同能源環(huán)節(jié)（如光伏效率、電網載流量、設備溫度）的具體影響，量化風險。3.城市能源系統(tǒng)熱力性能評估：結合城市熱島效應模擬，評估高溫下城市建筑能耗、電