2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣湍流對(duì)飛機(jī)飛行的影響考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種現(xiàn)象通常與大氣層結(jié)不穩(wěn)定、熱力對(duì)流強(qiáng)烈密切相關(guān)？（）A.晴空湍流B.地形風(fēng)切變C.鋒面湍流D.雷暴引起的結(jié)冰湍流2.機(jī)翼上方風(fēng)速突然增大而下方風(fēng)速突然減小時(shí)，飛機(jī)將經(jīng)歷什么類型的短時(shí)擾動(dòng)？（）A.晴空湍流中的小尺度渦旋B.晴空風(fēng)切變C.結(jié)冰云中的大尺度亂流D.鋒面過境時(shí)的強(qiáng)上升氣流3.飛機(jī)在巡航高度遭遇晴空湍流（CAT）時(shí)，最有可能感受到的飛行狀態(tài)變化是？（）A.持續(xù)的高度爬升B.突然的左右搖晃（橫滾）C.平穩(wěn)飛行但油耗略微增加D.明顯的下降趨勢(shì)4.專門用于探測(cè)空中風(fēng)切變和湍流的氣象雷達(dá)，其工作原理主要是？（）A.接收飛機(jī)廣播的應(yīng)答信號(hào)B.發(fā)射電磁波并接收飛行器自身的反射信號(hào)C.探測(cè)大氣中水汽凝結(jié)物的分布D.測(cè)量大氣溫度和濕度垂直遞變5.飛行員在飛行中通過調(diào)整飛機(jī)迎角來(lái)減緩?fù)牧饔绊?，這種方式主要針對(duì)的是哪種影響？（）A.高度偏離B.航向偏離C.升力損失D.燃油消耗增加6.導(dǎo)致飛機(jī)在地面滑行或低空飛行時(shí)發(fā)生偏航和高度失控的主要大氣現(xiàn)象是？（）A.大尺度天氣系統(tǒng)引起的持續(xù)風(fēng)B.地形引起的局地風(fēng)切變C.晴空湍流中的小尺度渦旋D.鋒面過境時(shí)的強(qiáng)水平風(fēng)7.大氣湍流對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要威脅是導(dǎo)致？（）A.油箱破裂B.起落架折斷C.機(jī)翼結(jié)構(gòu)疲勞損傷（過載）D.船體進(jìn)水8.以下哪種湍流類型通常與雷暴云的強(qiáng)上升和下沉氣流密切相關(guān)？（）A.晴空湍流B.沿海風(fēng)切變C.雷暴引起的結(jié)冰湍流D.山谷風(fēng)切變9.現(xiàn)代空中交通管理系統(tǒng)（ATM）在規(guī)避湍流風(fēng)險(xiǎn)中扮演的角色主要是？（）A.直接指揮飛機(jī)機(jī)動(dòng)規(guī)避B.向飛行員提供湍流信息和建議航線C.禁止飛機(jī)進(jìn)入特定空域D.負(fù)責(zé)湍流天氣的預(yù)報(bào)發(fā)布10.飛機(jī)在穿越結(jié)冰云層中的湍流時(shí)，除了受到氣動(dòng)干擾外，還可能面臨什么嚴(yán)重威脅？（）A.飛機(jī)失速B.飛機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)加劇C.雷擊風(fēng)險(xiǎn)D.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后橫線上）1.大氣湍流的基本特征包括隨機(jī)性、三維流動(dòng)脈動(dòng)以及__________等。2.湍流強(qiáng)度通常用__________（如米/秒）或__________（如米/秒2）來(lái)量度。3.飛機(jī)在湍流中飛行時(shí)，乘客可能會(huì)感受到__________和__________的明顯變化。4.探測(cè)大氣湍流常用的機(jī)載設(shè)備除了氣象雷達(dá)，還有__________和__________。5.為了減輕大氣湍流對(duì)飛機(jī)的影響，飛行員可以采取__________、__________或__________等飛行操作策略。6.大氣層結(jié)的__________是產(chǎn)生熱力對(duì)流和湍流的重要條件。7.地形，特別是__________地帶，是產(chǎn)生機(jī)械風(fēng)切變和湍流的重要源地。8.湍流預(yù)報(bào)的主要信息產(chǎn)品包括__________和__________。9.飛機(jī)遭遇大氣湍流時(shí)，過載的增加主要源于__________的劇烈變化。10.晴空湍流（CAT）主要發(fā)生在大氣層結(jié)__________、風(fēng)速較大的__________區(qū)域。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔準(zhǔn)確的定義）1.風(fēng)切變（WindShear）2.湍流強(qiáng)度（TurbulenceIntensity）3.晴空湍流（ClearAirTurbulence,CAT）4.過載（G-Load）5.湍流探測(cè)（TurbulenceDetection）四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述大氣湍流對(duì)飛機(jī)飛行安全的主要威脅。2.簡(jiǎn)述地面氣象雷達(dá)在探測(cè)空中湍流方面的主要作用和局限性。3.簡(jiǎn)述飛行員個(gè)人如何通過操作飛機(jī)來(lái)減輕湍流的不利影響。4.簡(jiǎn)述影響大氣湍流預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的主要因素。五、論述題（10分。請(qǐng)就以下問題展開論述）結(jié)合晴空湍流的特點(diǎn)及其對(duì)飛行的潛在危害，論述現(xiàn)代航空業(yè)在湍流探測(cè)、預(yù)報(bào)和規(guī)避方面所采取的主要技術(shù)手段和策略及其發(fā)展趨勢(shì)。六、計(jì)算題（10分。請(qǐng)根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算）一架飛機(jī)在海拔10000米高度巡航，遭遇持續(xù)的平均湍流強(qiáng)度為5m/s2。假設(shè)飛機(jī)以250節(jié)速度飛行，試估算該架飛機(jī)因該段湍流影響而產(chǎn)生的平均高度偏離量（假設(shè)湍流影響持續(xù)時(shí)間為5分鐘，并簡(jiǎn)化計(jì)算模型，僅考慮垂直速度分量）。試卷答案一、選擇題1.D解析思路：雷暴云內(nèi)部強(qiáng)烈的上升和下沉氣流，以及云中水滴的碰并和蒸發(fā)過程，是產(chǎn)生強(qiáng)湍流的主要機(jī)制。2.B解析思路：晴空風(fēng)切變定義為近地大氣層中水平風(fēng)速和/或風(fēng)向的劇烈、隨機(jī)變化，表現(xiàn)為風(fēng)速在短距離內(nèi)發(fā)生顯著躍變，這與題干描述的機(jī)翼上下風(fēng)速突變情況相符。3.B解析思路：晴空湍流通常表現(xiàn)為小范圍的、隨機(jī)性的三維氣流脈動(dòng)，主要引起飛機(jī)姿態(tài)的短時(shí)、不規(guī)則晃動(dòng)，即左右搖晃（橫滾）和俯仰等。4.D解析思路：氣象雷達(dá)通過發(fā)射電磁波，探測(cè)大氣中水滴、冰晶等粒子對(duì)電磁波的散射回波，從而間接測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向信息，尤其擅長(zhǎng)探測(cè)包含水汽的天氣系統(tǒng)及伴隨的風(fēng)切變和湍流。5.C解析思路：調(diào)整飛機(jī)迎角主要改變機(jī)翼的升力系數(shù)，可以在一定程度上主動(dòng)控制升力大小，以抵消湍流引起的升力波動(dòng)，從而減緩飛機(jī)垂直高度的變化。6.B解析思路：地形（特別是山地、丘陵）會(huì)強(qiáng)迫氣流改變方向和速度，在山前、山脊、山谷等處產(chǎn)生顯著的風(fēng)切變，尤其在低空，這對(duì)飛機(jī)的航向和高度控制構(gòu)成嚴(yán)重威脅。7.C解析思路：大氣湍流包含劇烈的加速度變化，導(dǎo)致作用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的慣性力（表現(xiàn)為過載）隨之劇烈波動(dòng)，長(zhǎng)期或強(qiáng)烈的湍流會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞損傷。8.C解析思路：雷暴云內(nèi)部強(qiáng)烈的上升氣流和下沉氣流區(qū)域，以及云中復(fù)雜的氣流結(jié)構(gòu)，是產(chǎn)生劇烈結(jié)冰湍流的主要原因。9.B解析思路：現(xiàn)代ATM系統(tǒng)通過整合各類探測(cè)信息（包括氣象信息），向飛行員提供空中危險(xiǎn)天氣（含湍流）的預(yù)警和告警，并提供建議航線或流量管理指令，以支持飛行員規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。10.D解析思路：飛機(jī)在結(jié)冰云中飛行，不僅受到湍流引起的氣動(dòng)干擾和結(jié)構(gòu)載荷變化，同時(shí)云中過冷水滴會(huì)附著在機(jī)體表面形成冰層，導(dǎo)致飛機(jī)重量增加、升力下降、阻力增大，并可能引發(fā)失速等問題，其中發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能和安全的嚴(yán)重威脅。二、填空題1.能量耗散2.垂直速度（或加速度），均方根值3.橫滾，俯仰4.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（或大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)），氣象雷達(dá)5.改變飛行高度，調(diào)整飛行速度，調(diào)整飛機(jī)迎角6.穩(wěn)定性7.山地8.湍流預(yù)報(bào)產(chǎn)品（或圖），危險(xiǎn)天氣情報(bào)9.升力10.穩(wěn)定，高空三、名詞解釋1.風(fēng)切變：指大氣中水平風(fēng)速或風(fēng)向在空間上發(fā)生劇烈變化的現(xiàn)象。解析思路：定義需包含兩個(gè)核心要素：空間變化（短距離內(nèi)）和劇烈程度。2.湍流強(qiáng)度：衡量大氣湍流劇烈程度的物理量，通常用垂直風(fēng)速脈動(dòng)分量的均方根值（m/s）或加速度分量的均方根值（m/s2）表示。解析思路：定義需說明是衡量劇烈程度、使用具體物理量（速度或加速度的脈動(dòng)）、以及常用的量度單位。3.晴空湍流（CAT）：指在沒有明顯天氣系統(tǒng)（如云、雨）影響的晴朗空域中出現(xiàn)的湍流，主要由大氣層結(jié)不穩(wěn)定和風(fēng)垂直切變引起。解析思路：定義需點(diǎn)明發(fā)生條件（晴朗無(wú)云）、成因（不穩(wěn)定、風(fēng)切變）以及其普遍存在的特性。4.過載：指作用在飛機(jī)或其部件上的總力與其重力之比，或飛行員感受到的自身重量倍數(shù)，是衡量飛機(jī)受力狀況的參數(shù)。解析思路：定義需說明是衡量受力的參數(shù)、涉及力與重力的關(guān)系、以及與飛行員感受的關(guān)聯(lián)。5.湍流探測(cè)：指利用各種探測(cè)設(shè)備（如地面氣象雷達(dá)、機(jī)載氣象雷達(dá)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等）發(fā)現(xiàn)、定位和測(cè)量大氣中湍流的位置、強(qiáng)度和類型的過程。解析思路：定義需包含探測(cè)目的（發(fā)現(xiàn)、定位、測(cè)量）、涉及對(duì)象（湍流的位置、強(qiáng)度、類型）以及使用的手段（各類探測(cè)設(shè)備）。四、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述大氣湍流對(duì)飛機(jī)飛行安全的主要威脅。解析思路：從飛行操作、乘客舒適、飛機(jī)結(jié)構(gòu)和燃油消耗等方面回答。湍流導(dǎo)致飛機(jī)姿態(tài)急劇變化，難以保持預(yù)定航向和高度，影響導(dǎo)航精度；劇烈顛簸影響乘客舒適度甚至造成受傷；過載可能超過飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極限導(dǎo)致?lián)p傷；需要機(jī)動(dòng)調(diào)整消耗更多燃油。2.簡(jiǎn)述地面氣象雷達(dá)在探測(cè)空中湍流方面的主要作用和局限性。解析思路：作用方面，主要作用是利用回波強(qiáng)度變化來(lái)間接識(shí)別風(fēng)切變和湍流區(qū)域，尤其對(duì)伴隨降水（云）的湍流探測(cè)效果較好。局限性在于：對(duì)晴空湍流（無(wú)回波區(qū)）探測(cè)能力有限；受地形和地球曲率限制，探測(cè)高度有限；對(duì)湍流強(qiáng)度和類型定量精度不高；易受降水干擾。3.簡(jiǎn)述飛行員個(gè)人如何通過操作飛機(jī)來(lái)減輕湍流的不利影響。解析思路：主要從保持高度和航向穩(wěn)定性、能量管理（速度）和姿態(tài)控制三個(gè)方面回答。保持高度和航向：平穩(wěn)駕駛，避免劇烈操作，利用自動(dòng)駕駛儀輔助；能量管理：根據(jù)情況調(diào)整速度（如適當(dāng)提高速度可增加飛行穩(wěn)定性）；姿態(tài)控制：通過迎角調(diào)整主動(dòng)管理升力，配合高度和航向控制。4.簡(jiǎn)述影響大氣湍流預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的主要因素。解析思路：從大氣本身、觀測(cè)、模型和預(yù)報(bào)技術(shù)等方面回答。大氣本身的復(fù)雜性（湍流尺度小、變化快、機(jī)理復(fù)雜）；觀測(cè)資料的時(shí)空分辨率和精度限制；數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型對(duì)湍流物理過程的模擬能力不足；預(yù)報(bào)時(shí)效的限制。五、論述題結(jié)合晴空湍流的特點(diǎn)及其對(duì)飛行的潛在危害，論述現(xiàn)代航空業(yè)在湍流探測(cè)、預(yù)報(bào)和規(guī)避方面所采取的主要技術(shù)手段和策略及其發(fā)展趨勢(shì)。解析思路：首先闡述晴空湍流（CAT）的定義、特點(diǎn)（無(wú)云、隨機(jī)性強(qiáng)、多發(fā)生在高空穩(wěn)定層結(jié)區(qū)）及其危害（顛簸、高度偏離、結(jié)構(gòu)載荷、乘客不適）。然后重點(diǎn)論述現(xiàn)代航空業(yè)為此采取的措施：*探測(cè)技術(shù)：機(jī)載氣象雷達(dá)（多普勒雷達(dá)探測(cè)風(fēng)切變和湍流）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（通過飛行姿態(tài)變化間接探測(cè)）、激光雷達(dá)（新型探測(cè)手段，可探測(cè)高空晴空湍流）、地面風(fēng)傳感器網(wǎng)絡(luò)。強(qiáng)調(diào)這些技術(shù)如何提供實(shí)時(shí)的空中風(fēng)場(chǎng)信息。*預(yù)報(bào)技術(shù)：數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型（NWP）中引入湍流模擬模塊，結(jié)合大氣物理參數(shù)（如層結(jié)穩(wěn)定性指數(shù)）進(jìn)行預(yù)報(bào)；利用歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)方法和人工智能技術(shù)進(jìn)行概率預(yù)報(bào)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。強(qiáng)調(diào)預(yù)報(bào)從確定性向概率性、定量化發(fā)展的趨勢(shì)。*規(guī)避策略：飛行員培訓(xùn)（識(shí)別顛簸信號(hào)、掌握規(guī)避機(jī)動(dòng)）；空中交通管理（ATM）基于探測(cè)和預(yù)報(bào)信息提供建議航線或進(jìn)行流量管理；利用航路天氣信息（FAIR）系統(tǒng)等工具；開發(fā)主動(dòng)式規(guī)避系統(tǒng)或利用飛機(jī)性能優(yōu)化飛行剖面以減輕影響。強(qiáng)調(diào)多方面協(xié)作和信息共享的重要性。*發(fā)展趨勢(shì)：探測(cè)技術(shù)向更高精度、更高時(shí)空分辨率發(fā)展（如激光雷達(dá)、多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)）；預(yù)報(bào)技術(shù)向更高分辨率、更物理化、更概率化發(fā)展（AI、大數(shù)據(jù)應(yīng)用）；規(guī)避策略向智能化、自動(dòng)化（自主規(guī)避）發(fā)展；加強(qiáng)全球范圍的合作和信息共享。六、計(jì)算題一架飛機(jī)在海拔10000米高度巡航，遭遇持續(xù)的平均湍流強(qiáng)度為5m/s2。假設(shè)飛機(jī)以250節(jié)速度飛行，試估算該架飛機(jī)因該段湍流影響而產(chǎn)生的平均高度偏離量（假設(shè)湍流影響持續(xù)時(shí)間為5分鐘，并簡(jiǎn)化計(jì)算模型，僅考慮垂直速度分量）。解析思路：這是一個(gè)簡(jiǎn)化模型計(jì)算題。首先需要將單位統(tǒng)一。250節(jié)≈115.6m/s。5分鐘=300秒。根據(jù)湍流強(qiáng)度定義，湍流強(qiáng)度I≈<u_z'^2>^(1/2)，其中<u_z'^2>是垂直速度脈動(dòng)分量的均方根值的平方。平均高度偏離量Δh可以近似估算為Δh≈<u_z>*Δt，其中<u_z>是垂直速度的時(shí)間平均值，Δt是持續(xù)的時(shí)間。在強(qiáng)湍流中，雖然瞬時(shí)垂直速度波動(dòng)大，但長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的平均垂直位移可能相對(duì)較小。更精確的模型涉及湍流積分時(shí)間尺度和平均風(fēng)速，但在此簡(jiǎn)化模型下，我們可以假設(shè)平均垂直速度與湍流強(qiáng)度有一定關(guān)聯(lián)（雖然不嚴(yán)格）。一種非常粗略的估算方式是假設(shè)平均垂直速度分量在一個(gè)積分時(shí)間尺度內(nèi)與湍流強(qiáng)度量級(jí)相當(dāng)，即<u_z>≈I。那么Δh≈I*Δt=5m/s2*300s=1500m。但更符合實(shí)際物理意義的理解是，高度偏離與垂直速度的平方時(shí)間平均值有關(guān)，即Δh≈<u_z'^2>^(1/2)*Δt。如果假設(shè)<u_z'^2>≈I2，則Δh≈I*Δt=5m/s2*300s=1500m。這個(gè)結(jié)果（1.5公里）似乎偏大，可能簡(jiǎn)化過度。另一種思路是考慮湍流引起的垂直加速度，a_z'≈I*g^(1/2)，然后Δh≈1/2*a_