2025年大學(xué)《應(yīng)用氣象學(xué)》專業(yè)題庫——大氣通量觀測(cè)及其應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。下列每小題備選答案中，只有一個(gè)是符合題意的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)。）1.大氣通量觀測(cè)的主要目的是獲?。ǎ?。A.大氣溫度垂直分布B.地表熱量與水分交換的通量C.大氣中污染物質(zhì)的水平擴(kuò)散D.大氣風(fēng)速和風(fēng)向2.在大氣通量觀測(cè)中，通常將地表劃分為幾個(gè)主要的能量平衡分量？（）A.1個(gè)B.2個(gè)C.3個(gè)D.4個(gè)3.渦度相關(guān)法（EddyCovariance,EC）測(cè)量大氣通量的核心原理是（）。A.直接測(cè)量通量計(jì)（如熱量通量計(jì)、水汽通量計(jì)）的輸出信號(hào)B.通過測(cè)量大氣湍流脈動(dòng)信號(hào)與地表變量之間的相關(guān)性來推算通量C.利用地表熱量平衡原理反推通量D.通過測(cè)量風(fēng)速和溫度廓線來插值估算通量4.用于測(cè)量大氣湍流脈動(dòng)信號(hào)的傳感器通常具有的特點(diǎn)是（）。A.極高的采樣頻率和極低的響應(yīng)頻率B.極低的采樣頻率和極高的響應(yīng)頻率C.采樣頻率和響應(yīng)頻率都較低D.采樣頻率和響應(yīng)頻率都較高5.在渦度相關(guān)系統(tǒng)中，使用脈動(dòng)計(jì)測(cè)量垂直速度和溫度（或水汽密度）的湍流脈動(dòng)時(shí)，需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，其目的是（）。A.提高傳感器的靈敏度B.消除儀器本身的熱慣性影響C.將傳感器測(cè)量坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系對(duì)齊D.減少信號(hào)傳輸延遲6.能量平衡法測(cè)量蒸散量主要依據(jù)哪個(gè)原理？（）A.水分通量等于潛在蒸散量B.水分通量等于實(shí)際蒸散量C.地表能量平衡方程中，凈輻射、土壤熱通量、顯熱通量和潛熱通量的關(guān)系D.蒸發(fā)皿法測(cè)定的蒸發(fā)量7.在渦度相關(guān)數(shù)據(jù)質(zhì)量保證中，“通量分解”指的是（）。A.將總渦度分解為感熱通量和潛熱通量B.將通量信號(hào)分解為高頻和低頻成分C.將通量信號(hào)分解為不同空間尺度的貢獻(xiàn)D.將儀器測(cè)量信號(hào)分解為真實(shí)信號(hào)和噪聲8.下列哪種技術(shù)通常不用于直接測(cè)量大氣通量？（）A.渦度相關(guān)法B.熱量平衡法C.梯度法D.渦度相關(guān)-脈動(dòng)量法9.通量塔觀測(cè)系統(tǒng)通常需要配備哪些輔助儀器？（）A.風(fēng)速風(fēng)向儀、溫度傳感器、濕度傳感器B.太陽輻射傳感器、凈輻射傳感器、土壤熱通量板C.A和B都是D.雨量計(jì)、雪深傳感器、土壤水分傳感器10.渦度相關(guān)法測(cè)量碳通量時(shí)，通常需要知道哪些參數(shù)？（）A.渦度、CO2濃度廊線B.渦度、CO2源/匯強(qiáng)度廓線C.渦度、CO2濃度梯度D.渦度、大氣壓力廊線二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上。）1.大氣通量觀測(cè)中，顯熱通量是指由于大氣與地表之間的___________交換而引起的能量交換，單位通常為___________。2.潛熱通量是指由于大氣與地表之間的___________交換而引起的能量交換，單位通常為___________。3.渦度相關(guān)法的測(cè)量精度受___________、___________和___________等因素的影響。4.大氣通量觀測(cè)數(shù)據(jù)處理中，常用的質(zhì)量控制方法包括___________、___________和___________等。5.通量塔觀測(cè)系統(tǒng)通常需要建立___________廊線，以計(jì)算大氣通量。三、名詞解釋（每題4分，共16分。請(qǐng)用簡(jiǎn)潔的語言解釋下列名詞。）1.大氣通量2.渦度相關(guān)法(EddyCovariance)3.顯熱通量4.潛熱通量四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題。）1.簡(jiǎn)述渦度相關(guān)法測(cè)量大氣通量的基本原理。2.簡(jiǎn)述熱量平衡法測(cè)量蒸散量的基本原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)。3.列舉至少三種影響渦度相關(guān)法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素。4.大氣通量數(shù)據(jù)在氣象學(xué)、氣候?qū)W、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域有哪些主要應(yīng)用？五、計(jì)算題（共14分）某渦度相關(guān)通量塔測(cè)得某時(shí)刻的垂直風(fēng)速脈動(dòng)（u')和溫度脈動(dòng)（θ')如下（單位：m/s，K）：u'=0.2,0.1,-0.3,0.4,-0.1（部分?jǐn)?shù)據(jù)示例）θ'=-0.5,-0.2,0.8,0.3,-0.6（部分?jǐn)?shù)據(jù)示例）假設(shè)在該時(shí)刻，大氣密度ρ=1.2kg/m3，空氣動(dòng)力粘性系數(shù)κ≈1.5×10??m2/s，干空氣比熱容cp≈1005J/(kg·K)。請(qǐng)根據(jù)上述數(shù)據(jù)和相關(guān)公式：（1）計(jì)算該時(shí)刻的感熱通量（H）的估算值（要求說明計(jì)算所用的核心公式）。（8分）（2）請(qǐng)簡(jiǎn)述估算出的感熱通量值（無論是正負(fù)還是大?。┛赡芊从沉说乇砼c大氣之間的哪種熱量交換狀態(tài)。（6分）六、論述題（10分）論述大氣通量觀測(cè)對(duì)于理解陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境相互作用、氣候變化研究以及天氣預(yù)報(bào)（尤其是極端天氣事件）等方面的重要意義。試卷答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.C3.B4.A5.C6.C7.A8.C9.C10.A二、填空題1.溫度；瓦特（W）2.水汽；瓦特（W）3.儀器精度；同步觀測(cè)；數(shù)據(jù)處理方法4.平臺(tái)高度效應(yīng)訂正；儀器標(biāo)定；數(shù)據(jù)質(zhì)量控制5.溫度、水汽密度（或水汽比濕）、CO2濃度（或氣壓）三、名詞解釋1.大氣通量：指單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積，從地表向大氣或從大氣向地表輸送的某種物理量（如熱量、水分、動(dòng)量或化學(xué)物質(zhì)），常用單位為瓦特/平方米（W/m2）或克/平方米/秒（g/m2/s）。2.渦度相關(guān)法(EddyCovariance)：一種直接測(cè)量大氣與地表之間物質(zhì)（如熱量、水分、CO2）湍流交換通量的技術(shù)，通過高頻率測(cè)量大氣湍流脈動(dòng)信號(hào)與地表變量（如溫度、水汽密度、CO2濃度）的相關(guān)性，并利用脈動(dòng)量計(jì)算通量。3.顯熱通量：地表與大氣之間由于溫度差異而引起的能量交換，不涉及水分相變，單位通常為瓦特/平方米（W/m2）。4.潛熱通量：地表與大氣之間由于水分相變（如蒸發(fā)、蒸騰）而引起的能量交換，單位通常為瓦特/平方米（W/m2）。四、簡(jiǎn)答題1.渦度相關(guān)法測(cè)量大氣通量的基本原理：利用高速傳感器（如超聲風(fēng)速儀或熱式測(cè)風(fēng)儀）同時(shí)測(cè)量三維風(fēng)速和溫度（或水汽密度、CO2濃度）的湍流脈動(dòng)信號(hào)。根據(jù)湍流脈動(dòng)理論，大氣通量可以通過脈動(dòng)風(fēng)速和脈動(dòng)溫度（或水汽密度、CO2濃度）的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的互相關(guān)函數(shù)或協(xié)方差函數(shù)來計(jì)算。例如，感熱通量H近似正比于-ρcp<u'θ'>，潛熱通量LE近似正比于ρλ<u'w'>，其中<...>表示時(shí)間平均，ρ為空氣密度，cp為比熱容，λ為汽化潛熱，u'和θ'分別為風(fēng)速和溫度的脈動(dòng)分量，w'為垂直速度脈動(dòng)分量。2.熱量平衡法測(cè)量蒸散量的基本原理及其主要優(yōu)缺點(diǎn)：基本原理是依據(jù)地表能量平衡方程：凈輻射(Rn)=G+H+LE，其中G為土壤熱通量，H為感熱通量，LE為潛熱通量（即蒸散量所消耗的能量）。通過測(cè)量?jī)糨椛?Rn)、土壤熱通量(G)和感熱通量(H)，可以反推潛熱通量LE，進(jìn)而估算蒸散量。優(yōu)點(diǎn)：原理清晰，概念簡(jiǎn)單，可提供總蒸散量信息。缺點(diǎn)：需要精確測(cè)量所有能量分量，土壤熱通量(G)測(cè)量難度大且易受干擾，通常需要通量塔輔助測(cè)量G和H，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。3.影響渦度相關(guān)法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的主要因素：(1)儀器精度和標(biāo)定：傳感器（風(fēng)速、溫濕度、CO2）的測(cè)量精度和校準(zhǔn)是否準(zhǔn)確直接影響結(jié)果。(2)同步觀測(cè)：風(fēng)速、溫濕度、CO2等變量測(cè)量必須嚴(yán)格同步，采樣頻率需足夠高以捕捉湍流脈動(dòng)。(3)平臺(tái)高度效應(yīng)：通量計(jì)算依賴于測(cè)點(diǎn)高度，通常在冠層高度以上一定高度（如10-20m）進(jìn)行測(cè)量，需要考慮并修正平臺(tái)高度與冠層實(shí)際通量之間的差異。(4)湍流發(fā)展?fàn)顩r：觀測(cè)期間湍流是否充分發(fā)展（充分混合層），若混合層高度不足或湍流太弱，通量計(jì)算會(huì)受影響。(5)風(fēng)速方向偏差：若傳感器安裝存在偏差或風(fēng)場(chǎng)非均勻，可能導(dǎo)致風(fēng)速測(cè)量偏低，影響通量計(jì)算。(6)儀器安裝和校準(zhǔn)：傳感器的安裝是否穩(wěn)固、校準(zhǔn)是否及時(shí)準(zhǔn)確。4.大氣通量數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用：(1)氣象學(xué)：改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)模型（尤其與降水、對(duì)流相關(guān)），研究邊界層物理過程，評(píng)估大氣擴(kuò)散能力。(2)氣候?qū)W：估算區(qū)域和全球尺度的蒸散量，監(jiān)測(cè)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支，研究氣候變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。(3)生態(tài)學(xué)：評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的水分利用效率、生產(chǎn)力、碳匯/源功能，研究氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。(4)農(nóng)業(yè)科學(xué)：監(jiān)測(cè)作物蒸騰、水分脅迫，優(yōu)化灌溉管理，評(píng)估農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳平衡。(5)水文學(xué)：估算流域蒸散發(fā)通量，改進(jìn)水文模型。(6)環(huán)境科學(xué)：研究大氣污染物的干濕沉降通量，評(píng)估區(qū)域空氣質(zhì)量。五、計(jì)算題（1）感熱通量H的估算公式通常為H≈-ρcp<u'θ'>。其中ρ是空氣密度，cp是空氣的定壓比熱容，<u'θ'>是風(fēng)速脈動(dòng)u'與溫度脈動(dòng)θ'的乘積的時(shí)間平均值。要求計(jì)算估算值，我們需要假設(shè)或使用題目中給出的數(shù)據(jù)（即使題目只給出了部分?jǐn)?shù)據(jù)示例）。假設(shè)我們使用給出的示例數(shù)據(jù)計(jì)算其估算值（注意：這僅是演示計(jì)算過程，實(shí)際應(yīng)用中需使用完整、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)）：計(jì)算脈動(dòng)乘積的時(shí)間平均值<u'θ'>：<u'θ'>≈(0.2*-0.5+0.1*-0.2+-0.3*0.8+0.4*0.3+-0.1*-0.6)/5<u'θ'>≈(-0.1-0.02-0.24+0.12+0.06)/5<u'θ'>≈-0.18/5<u'θ'>≈-0.036代入公式計(jì)算H估算值：H≈-(1.2kg/m3)*(1005J/(kg·K))*(-0.036K·m/s)H≈1.2*1005*0.036H≈43.2W/m2所以，該時(shí)刻感熱通量的估算值約為43.2W/m2