2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理與分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。在每小題列出的四個選項中，只有一項是最符合題目要求的。請將正確選項字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列哪項不屬于氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)中常見的系統(tǒng)性誤差來源？(A)儀器刻度長期漂移(B)測量環(huán)境的非代表性(C)數(shù)據(jù)傳輸過程中的碼間干擾(D)隨機環(huán)境因素（如風(fēng)切變）的影響2.在處理缺失氣象觀測數(shù)據(jù)時，簡單使用鄰近站點數(shù)據(jù)替代，這種方法最常采用的是哪種插值思想？(A)最小二乘法(B)最近鄰插值(C)雙線性插值(D)趨勢面分析3.對于一個非平穩(wěn)的氣象時間序列，進行長期趨勢分析時，通常需要采用哪種方法來消除或減弱隨機波動的影響？(A)簡單移動平均法(B)指數(shù)平滑法(C)差分法(D)直方圖均衡化4.在氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，“一致性檢驗”主要目的是發(fā)現(xiàn)什么類型的問題？(A)數(shù)據(jù)是否存在離群點(B)數(shù)據(jù)值是否超出儀器測量范圍(C)不同時間或空間上，同一要素的數(shù)據(jù)變化是否符合物理規(guī)律(D)數(shù)據(jù)是否存在系統(tǒng)偏差5.將地面氣象站的觀測數(shù)據(jù)按經(jīng)緯度網(wǎng)格化，形成格點數(shù)據(jù)集，這一過程通常被稱為？(A)數(shù)據(jù)采集(B)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換(C)數(shù)據(jù)空間化(D)數(shù)據(jù)壓縮6.在使用氣象數(shù)據(jù)進行分析時，了解數(shù)據(jù)的“分辨率”主要指的是什么？(A)數(shù)據(jù)的精度(B)數(shù)據(jù)的采樣頻率或空間網(wǎng)格大小(C)數(shù)據(jù)的有效位數(shù)(D)數(shù)據(jù)的傳輸速率7.對于實時氣象數(shù)據(jù)流，以下哪種處理方法最適用于快速識別并剔除明顯的儀器故障引起的異常數(shù)據(jù)點？(A)時間序列擬合(B)多項式平滑(C)簡單閾值法(D)自相關(guān)分析8.在氣象學(xué)中，利用雷達探測到的回波強度數(shù)據(jù)來估算降水量的過程，屬于哪種數(shù)據(jù)分析應(yīng)用？(A)數(shù)據(jù)壓縮(B)時空插值(C)定量降水估計（QPE）(D)數(shù)據(jù)融合9.將地面氣象觀測數(shù)據(jù)通過插值方法擴展到更高分辨率的格點網(wǎng)格上，這個過程對于后續(xù)的哪類氣象分析至關(guān)重要？(A)統(tǒng)計天氣預(yù)報(B)氣候場診斷(C)數(shù)值天氣預(yù)報的初始場生成(D)氣象要素垂直廓線分析10.編程語言Python在氣象數(shù)據(jù)處理與分析中的應(yīng)用日益廣泛，其主要優(yōu)勢之一在于擁有成熟的數(shù)據(jù)科學(xué)庫支持，例如用于科學(xué)計算和數(shù)據(jù)分析的NumPy、Pandas和SciPy，以及用于數(shù)據(jù)可視化的是哪個庫？(A)Matplotlib(B)Scikit-learn(C)TensorFlow(D)PyTorch二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在橫線上。）1.氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程通常包括數(shù)據(jù)探測、______、數(shù)據(jù)評估和標(biāo)記/修正等主要步驟。2.在對氣象數(shù)據(jù)進行空間插值時，克里金插值（Kriging）方法不僅考慮了鄰近點的距離，還考慮了它們之間的______。3.處理時間序列數(shù)據(jù)中的趨勢項，常用的方法之一是計算其______。4.氣象數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng)通常要求具備高可靠性和低______的特點。5.用于存儲和管理大規(guī)模氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)的常用數(shù)據(jù)庫類型是______數(shù)據(jù)庫。6.從衛(wèi)星遙感器獲取的氣象數(shù)據(jù)（如云圖、輻射亮度等）需要經(jīng)過一系列大氣校正和______處理，才能轉(zhuǎn)化為有物理意義的氣象參數(shù)。7.在進行氣象要素的時空分析時，協(xié)方差矩陣是描述其______結(jié)構(gòu)的重要工具。8.缺測數(shù)據(jù)的處理方法除了插值法，還可以采用基于模型的方法，例如利用其他要素的______關(guān)系進行估算。9.氣象數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化（或歸一化）處理，主要是為了消除不同要素數(shù)據(jù)之間______的差異，便于進行比較或聯(lián)合分析。10.將多種來源（如地面、衛(wèi)星、雷達）的氣象數(shù)據(jù)進行融合，以獲得更全面、準(zhǔn)確的信息，稱為______。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中“代表性檢驗”的基本思路和目的。2.與簡單的算術(shù)平均相比，移動平均法在分析氣象數(shù)據(jù)時有哪些優(yōu)點和局限性？3.解釋什么是氣象數(shù)據(jù)的“分辨率”，并說明分辨率對氣象分析結(jié)果可能產(chǎn)生的影響。4.在利用氣象數(shù)據(jù)進行數(shù)值天氣預(yù)報時，實時、連續(xù)、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)輸入對于預(yù)報結(jié)果至關(guān)重要，請說明其重要性。四、計算題（每小題10分，共20分。請按題意完成計算或分析。）1.假設(shè)某氣象站連續(xù)觀測了5小時氣溫（單位：℃）數(shù)據(jù)，依次為：15.0,15.8,16.5,16.2,15.5。試用簡單算術(shù)平均法計算這5小時內(nèi)氣溫的平均值。如果第六小時觀測數(shù)據(jù)缺失，且已知第五小時和第七小時氣溫分別為15.5℃和16.8℃，請采用線性插值法估算第六小時的氣溫值。2.某研究區(qū)域劃分為4x4的格點網(wǎng)格（即16個格點），需要分析某氣象要素X在網(wǎng)格內(nèi)的空間分布特征。已知格點中心處的要素值分別為：[5,7,6,8],[6,9,8,10],[7,10,9,11],[8,11,10,12]。請計算該要素在所有格點中心處的平均值，并簡述該平均值所代表的意義（不考慮邊緣效應(yīng)）。五、綜合應(yīng)用題（共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，分析回答下列問題。）假設(shè)你需要對一個區(qū)域內(nèi)24小時內(nèi)的地面風(fēng)速（u分量，m/s）和濕度的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，目的是評估該時段內(nèi)是否存在明顯的天氣系統(tǒng)影響，并初步判斷未來幾小時可能出現(xiàn)的變化趨勢。數(shù)據(jù)以每6小時一次的均值形式提供，共4個時間點：T1（0-6h）、T2（6-12h）、T3（12-18h）、T4（18-24h）。已知數(shù)據(jù)如下：風(fēng)速（u）:T1=5.0,T2=8.2,T3=12.5,T4=9.8濕度:T1=85%,T2=75%,T3=65%,T4=70%請完成以下分析：(1)分別計算風(fēng)速和濕度在觀測時段內(nèi)的平均變化率（從T1到T4）。(2)基于風(fēng)速和濕度的變化趨勢，簡要描述該時段內(nèi)可能經(jīng)歷的天氣過程（如：轉(zhuǎn)晴、有降水等）。(3)說明在進行更深入分析時，除了上述均值數(shù)據(jù)，還需要考慮哪些其他信息或采用哪些分析方法？（至少提出兩點）試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.C6.B7.C8.C9.C10.A二、填空題1.數(shù)據(jù)探測2.協(xié)方差（或變差函數(shù)）3.均值（或趨勢）4.延遲5.關(guān)系型（或結(jié)構(gòu)化）6.定量（或參數(shù)化）7.相關(guān)性（或空間依賴性）8.相關(guān)性（或統(tǒng)計關(guān)系）9.量綱（或單位）10.數(shù)據(jù)融合三、簡答題1.解析思路：代表性檢驗旨在判斷測量數(shù)據(jù)是否能夠真實反映其所在區(qū)域的平均氣象狀況。其基本思路是，將站點觀測數(shù)據(jù)與更大范圍（如氣候平均值、鄰近站點集合平均）進行比較。如果站點數(shù)據(jù)顯著偏離大范圍平均水平，則可能存在代表性偏差。常用方法包括計算站點均值與參照區(qū)域均值的偏差、進行t檢驗等。目的是識別并修正因站點位置、周圍環(huán)境（如城市熱島、水體鄰近）等導(dǎo)致的代表性差異，確保數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析時具有代表性。2.解析思路：移動平均法通過滑動窗口計算局部區(qū)域的平均值，具有平滑數(shù)據(jù)、濾除短期隨機波動的作用。其優(yōu)點在于計算簡單、能夠揭示數(shù)據(jù)的基本變化趨勢和周期性、對異常值具有一定的平滑效果。局限性在于它會模糊數(shù)據(jù)中的高頻細節(jié)信息（如突變點、小尺度波動），且計算出的平滑值是局部的、非連續(xù)的（存在跳躍），不適用于需要精確瞬時值或進行外推的場景。3.解析思路：氣象數(shù)據(jù)的“分辨率”通常指數(shù)據(jù)在空間上或時間上的最小可分辨單元的大小或間隔?？臻g分辨率指格點地圖上相鄰格點中心的最小距離，時間分辨率指數(shù)據(jù)采集或記錄的間隔時間。分辨率對分析結(jié)果影響顯著：高分辨率數(shù)據(jù)能捕捉精細的時空結(jié)構(gòu)（如小尺度天氣系統(tǒng)、局地地形影響），但數(shù)據(jù)量巨大；低分辨率數(shù)據(jù)則可能丟失重要細節(jié)，使得分析結(jié)果趨于平均化、粗糙化，難以反映局部特征。選擇合適的分辨率取決于分析目標(biāo)和可用計算資源。4.解析思路：實時、連續(xù)、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)是數(shù)值天氣預(yù)報（NWP）成功的基石。實時性要求數(shù)據(jù)能夠及時傳入模型，以提供準(zhǔn)確可靠的初始場，這是捕捉快速變化的天氣系統(tǒng)（如鋒面、低壓槽）的關(guān)鍵。連續(xù)性保證了模型積分過程中數(shù)據(jù)供應(yīng)不中斷，避免因數(shù)據(jù)缺失導(dǎo)致模型狀態(tài)跳變或誤差累積。高質(zhì)量則意味著數(shù)據(jù)經(jīng)過嚴格質(zhì)量控制，誤差小、代表性好，直接關(guān)系到初始場的準(zhǔn)確度。初始場的誤差是NWP誤差的主要來源之一，高質(zhì)量實時數(shù)據(jù)有助于減小初始誤差，從而提高中短期天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性。四、計算題1.解析思路：簡單算術(shù)平均法即將所有數(shù)據(jù)值相加后除以數(shù)據(jù)個數(shù)。計算平均值：(15.0+15.8+16.5+16.2+15.5)/5=79.0/5=15.8℃。線性插值法基于相鄰兩點值進行估算。第六小時氣溫介于第五小時（15.5℃）和第七小時（16.8℃）之間，假設(shè)變化是線性的，則第六小時氣溫估算值=第五小時值+(第七小時值-第五小時值)/(第七小時時間-第五小時時間)。此處第六、七小時時間差為1小時，估算值=15.5+(16.8-15.5)/1=15.5+1.3=16.8℃。注意題目中第七小時值為16.8℃，與缺失的第六小時相鄰，但時間差是1小時，需按此計算。2.解析思路：計算所有16個格點中心要素值X的平均值，即將這16個數(shù)值相加，然后除以格點總數(shù)16。計算過程：(5+7+6+8)+(6+9+8+10)+(7+10+9+11)+(8+11+10+12)=26+33+37+41=137。平均值=137/16=8.5625。該平均值代表的是整個研究區(qū)域內(nèi)，在觀測時刻，該氣象要素X在所有格點中心位置上的平均狀態(tài)或水平。由于未考慮格點間的空間關(guān)系和邊緣效應(yīng)，此平均值是一個全局、均勻化的指標(biāo)。五、綜合應(yīng)用題(1)解析思路：計算風(fēng)速變化率：(9.8-5.0)/(18-0)=4.8/18≈0.267m/s/h。計算濕度變化率：(70%-85%)/(18-0)=-15%/18≈-0.833%/h。注意濕度變化率為負值，表示濕度在減小。(2)解析思路：風(fēng)速從T1到T4整體呈增大趨勢（0.267m/s/h），尤其在T2到T3時段增長顯著（(12.5-8.2)/(6-0)=0.7m/s/h）。濕度則持續(xù)下降（-0.833%/h）。風(fēng)速增大和濕度下降通常與暖平流或氣壓下降系統(tǒng)有關(guān)。風(fēng)速增長伴隨濕度快速下降，強烈暗示存在一個以干冷或暖空氣主體快速入侵為特征的天氣過程，例如晴朗且有風(fēng)的天氣轉(zhuǎn)晴，或冷鋒過境后的天氣狀況。(3)解析思路：為進行更深入分析，需要考慮