2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)研究考試時(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)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在地轉(zhuǎn)平衡近似下，不考慮摩擦力時(shí)，地轉(zhuǎn)風(fēng)的風(fēng)速主要取決于（）。A.氣壓梯度力的大小B.大氣密度C.科里奧利參數(shù)D.大氣壓力2.絕熱位溫（θ）是一個(gè)重要的熱力學(xué)參量，其主要物理意義是（）。A.氣塊絕熱上升（或下降）到指定高度時(shí)，其溫度的絕對(duì)值B.單位質(zhì)量氣塊所具有的絕熱潛能C.氣塊絕熱冷卻到飽和溫度時(shí)的溫度D.氣塊在絕熱過程中保持不變的溫度3.濕空氣塊在絕熱過程中，如果其初始狀態(tài)位于濕空氣圖（T-S圖）上干濕絕熱線以下，則該氣塊在絕熱上升過程中（）。A.總是保持未飽和狀態(tài)B.總是保持飽和狀態(tài)C.一定會(huì)發(fā)生凝結(jié)，因?yàn)槠湎鄬?duì)濕度會(huì)超過100%D.是否發(fā)生凝結(jié)取決于其初始的抬升高度和溫度4.科里奧利力是地球自轉(zhuǎn)引起的，它在北半球作用于運(yùn)動(dòng)物體上，使其運(yùn)動(dòng)方向（）。A.向左偏轉(zhuǎn)B.向右偏轉(zhuǎn)C.向北偏轉(zhuǎn)D.向南偏轉(zhuǎn)5.在大尺度大氣運(yùn)動(dòng)中，地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)的主要區(qū)別在于（）。A.地轉(zhuǎn)風(fēng)考慮摩擦力，梯度風(fēng)不考慮B.梯度風(fēng)考慮地轉(zhuǎn)偏向力，地轉(zhuǎn)風(fēng)不考慮C.地轉(zhuǎn)風(fēng)是理論上的平衡風(fēng)，梯度風(fēng)是實(shí)際風(fēng)D.梯度風(fēng)考慮了慣性離心力，地轉(zhuǎn)風(fēng)未考慮6.大氣靜力穩(wěn)定度是指大氣垂直運(yùn)動(dòng)的（）。A.加速度大小B.風(fēng)速水平分布C.能量轉(zhuǎn)換效率D.抬升氣塊是否傾向于繼續(xù)上升或下沉7.在理想氣體狀態(tài)方程p=ρRT中，R是（）。A.氣體常數(shù)B.氣壓C.密度D.溫度8.地球大氣最主要的直接熱源是（）。A.太陽輻射B.地面輻射C.大氣逆輻射D.大氣亂流摩擦9.在干絕熱過程中，氣塊的絕熱位溫（θ）是（）。A.增加B.減小C.保持不變D.先增后減10.慣性波是（）。A.一種熱力過程B.一種動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象C.大氣輻射的一種形式D.地球自轉(zhuǎn)的效應(yīng)二、填空題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組包括______方程、______方程和______方程。2.地轉(zhuǎn)偏向力的方向在北半球是______，在南半球是______。3.絕熱位溫θ定義為氣塊經(jīng)過干絕熱過程，其溫度和氣壓同時(shí)改變到標(biāo)準(zhǔn)海平面時(shí)，氣塊溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度的比值，用公式表示為______。4.濕空氣塊從未飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)的過程稱為______。5.氣流的水平分量可以分解為______風(fēng)和______風(fēng)。6.氣團(tuán)在絕熱上升過程中，若其初始溫度高于同高度的理論氣溫，則稱該氣團(tuán)是______氣團(tuán)。7.單位質(zhì)量空氣在絕熱過程中增加（或減少）的內(nèi)能等于它所吸收（或放出）的______與對(duì)外界所做的功之差。8.大氣輻射中，允許太陽短波輻射穿透而大氣吸收很少的波段稱為______。9.在濕空氣圖（T-S圖）上，干濕絕熱線上的點(diǎn)表示空氣具有______。10.大氣環(huán)流中，哈德里環(huán)流的建立主要得益于______的存在。三、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)述地轉(zhuǎn)平衡的成立條件和物理意義。2.解釋什么是絕熱位溫，并說明其在大氣科學(xué)中的重要性。3.簡(jiǎn)述地球自轉(zhuǎn)對(duì)水平氣流的影響。4.簡(jiǎn)述干絕熱過程和濕絕熱過程的區(qū)別。四、計(jì)算題（每小題10分，共30分。請(qǐng)列出必要的公式、計(jì)算步驟和結(jié)果）1.已知某地氣壓為850hPa，氣溫為15℃。假設(shè)該氣塊自該處干絕熱上升，到達(dá)500hPa高度時(shí)，求其溫度是多少攝氏度？（空氣常數(shù)R=287J/(kg·K)，干絕熱遞減率γd≈9.8K/km，假設(shè)地面海拔為0km，500hPa對(duì)應(yīng)高度約為5500m）2.一團(tuán)干空氣的初始溫度為20℃，位于氣壓為1000hPa的等壓面上。如果它絕熱上升，溫度下降到-20℃時(shí)，求它到達(dá)的高度大約是多少？此時(shí)其氣壓是多少？（假設(shè)為干絕熱過程）3.設(shè)地面氣壓P1=1013hPa，氣溫T1=25℃?？諝獯怪边\(yùn)動(dòng)到高度Z=2km，氣溫T2=10℃。若忽略摩擦力和地形影響，且運(yùn)動(dòng)過程可近似視為絕熱，求空氣到達(dá)2km高度時(shí)的氣壓P2。（可使用絕熱方程P2/P1=(T2/T1)^(R/CP)和P=ρRT，其中γ=CP/CV≈1.4）五、論述題（15分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入闡述下列問題）結(jié)合地轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)原理，解釋為什么在高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)中，近地面風(fēng)向分別大致平行于等壓線并指向高壓中心，以及高空風(fēng)（如西風(fēng)帶）大致沿經(jīng)線方向吹的原因。試卷答案一、選擇題1.A2.B3.D4.A5.C6.D7.A8.B9.C10.B二、填空題1.動(dòng)量，質(zhì)量，能量（或熱力學(xué)）2.向右偏轉(zhuǎn)，向左偏轉(zhuǎn)3.θ=T(1000hPa/P)^(R/CP)4.凝結(jié)5.絕對(duì)，相對(duì)6.暖7.熱量8.大氣窗口9.飽和狀態(tài)10.地球自轉(zhuǎn)（或科里奧利力）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：地轉(zhuǎn)平衡是指大氣水平運(yùn)動(dòng)空氣所受的氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力大小相等、方向相反，處于平衡狀態(tài)。成立條件主要是：①大尺度、緩變、長(zhǎng)時(shí)間段的風(fēng)；②水平氣壓梯度力起主導(dǎo)作用；③摩擦力可以忽略；④考慮地轉(zhuǎn)偏向力。物理意義是描述了在理想條件下（無摩擦、緩變運(yùn)動(dòng)），水平氣壓梯度力如何驅(qū)動(dòng)風(fēng)場(chǎng)，使得風(fēng)速與氣壓梯度大小成正比，方向垂直于等壓線并指向低壓。2.解析思路：絕熱位溫是指氣塊從其初始所在高度絕熱地抬升（或下降）到標(biāo)準(zhǔn)海平面（氣壓為1000hPa）時(shí)，其溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度的比值，是一個(gè)表征氣團(tuán)本身物理屬性的參數(shù)，不隨氣團(tuán)所處高度或氣壓變化。其重要性在于：①它是氣團(tuán)屬性的標(biāo)度，相同的θ值代表氣團(tuán)具有相同的干燥絕熱潛能；②它是判斷氣團(tuán)相對(duì)濕度的依據(jù)，θ越高，氣團(tuán)越干燥；③在濕空氣圖（T-S圖）上，絕熱位溫線（θ線）是重要的分析工具，可用于追蹤氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)、分析垂直穩(wěn)定性和計(jì)算絕熱過程。3.解析思路：地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致科里奧利力的存在，這個(gè)力垂直于氣塊運(yùn)動(dòng)方向和地球旋轉(zhuǎn)軸。在北半球，它使氣塊運(yùn)動(dòng)偏向右側(cè)；在南半球，它使氣塊運(yùn)動(dòng)偏向左側(cè)。這個(gè)偏向力改變了氣流的直線運(yùn)動(dòng)，使其形成曲線運(yùn)動(dòng)。在地轉(zhuǎn)平衡近似中，水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力平衡，驅(qū)動(dòng)水平氣流垂直于等壓線吹向低壓中心，且風(fēng)向在北半球偏右，南半球偏左。4.解析思路：干絕熱過程指氣塊在上升或下降過程中，與外界沒有熱量交換（如快速抬升）。過程中空氣作絕熱膨脹或壓縮，內(nèi)能變化僅由外界做功引起。濕絕熱過程指氣塊在上升過程中，溫度降低達(dá)到露點(diǎn)時(shí)發(fā)生凝結(jié)，釋放潛熱，同時(shí)與外界有熱量交換。關(guān)鍵區(qū)別在于是否發(fā)生凝結(jié)和潛熱釋放。干絕熱過程溫度下降率（約9.8K/km）是固定的；濕絕熱過程因潛熱釋放而增溫，溫度下降率（約6K/km）小于干絕熱遞減率。四、計(jì)算題1.解析思路：計(jì)算干絕熱過程中的溫度變化，使用干絕熱溫度遞減率公式ΔT=γd*ΔZ。已知γd≈9.8K/km，ΔZ=5500m=5.5km。計(jì)算溫度下降量ΔT。初始溫度T1=15℃。絕熱降溫后溫度T2=T1-ΔT。將數(shù)值代入計(jì)算。計(jì)算步驟：ΔT=9.8K/km*5.5km=53.9KT2=15℃-53.9K=-38.9℃結(jié)果：溫度約為-38.9℃。2.解析思路：第一步，計(jì)算高度。利用干絕熱過程溫度與高度的關(guān)系T2=T1-γd*ΔZ，解出ΔZ=(T1-T2)/γd。已知T1=20℃，T2=-20℃，γd≈9.8K/km。代入計(jì)算得到ΔZ。第二步，計(jì)算氣壓。利用理想氣體狀態(tài)方程的氣壓隨高度變化形式P2=P1*(T2/T1)^(R/CP)=P1*(T2/T1)^γ。將第一步計(jì)算的T2,T1和γ值，以及初始?xì)鈮篜1代入計(jì)算得到P2。計(jì)算步驟：ΔZ=(20℃-(-20℃))/9.8K/km=40℃/9.8K/km≈4.08kmP2=1000hPa*(-20℃/20℃)^1.4=1000hPa*(-1)^1.4=1000hPa*0.643=643hPa結(jié)果：高度約為4.08km，氣壓約為643hPa。3.解析思路：方法一：直接使用絕熱方程P2/P1=(T2/T1)^(R/CP)。已知P1,T1,T2，將γ=R/CP=1.4代入，計(jì)算P2/P1的比值，再乘以P1得到P2。方法二：利用絕熱方程P/T^(γ/CP)=常數(shù)。取初始和終態(tài)，P1/T1^(γ/CP)=P2/T2^(γ/CP)。變形為P2=P1*(T2/T1)^(γ/CP)。同樣代入數(shù)值計(jì)算P2。計(jì)算步驟：P2=P1*(T2/T1)^γ=1013hPa*(10℃/25℃)^1.4=1013hPa*(0.4)^1.4P2≈1013hPa*0.301=305.3hPa結(jié)果：氣壓約為305hPa。五、論述題解析思路：①近地面風(fēng)（高壓、低壓系統(tǒng)）：*地轉(zhuǎn)平衡原理：在水平方向上，驅(qū)動(dòng)空氣運(yùn)動(dòng)的凈力是水平氣壓梯度力（由高壓指向低壓），而空氣運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡時(shí)，該力與地轉(zhuǎn)偏向力大小相等、方向相反。*高壓系統(tǒng)：氣壓中心高，四周低。水平氣壓梯度力由四周指向中心。在地轉(zhuǎn)平衡下，風(fēng)向應(yīng)垂直于等壓線并指向高壓中心。然而，近地面還有摩擦力存在，摩擦力阻礙運(yùn)動(dòng)，使得風(fēng)向比純粹的地轉(zhuǎn)風(fēng)更偏向高壓中心，且風(fēng)速小于地轉(zhuǎn)風(fēng)速。因此，近地面風(fēng)大致平行于等壓線（北半球偏右，南半球偏左）并吹向高壓中心。*低壓系統(tǒng)：氣壓中心低，四周高。水平氣壓梯度力由中心指向四周。在地轉(zhuǎn)平衡下，風(fēng)向垂直于等壓線并指向低壓中心。摩擦力同樣存在，使其偏向低壓中心，風(fēng)速小于地轉(zhuǎn)風(fēng)速。因此，近地面風(fēng)大致平行于等壓線（北半球偏右，南半球偏左）并吹向低壓中心。②高空風(fēng)（西風(fēng)帶）：*地轉(zhuǎn)平衡原理：在高空，摩擦力可以忽略不計(jì)。水平氣壓梯度力是主要的驅(qū)動(dòng)力，地轉(zhuǎn)偏向力與它平衡。*全球尺度：由于地球自轉(zhuǎn)，在南北緯約30-60度附近，形成了強(qiáng)大的行星尺度高壓帶（副熱帶高壓）。赤道附近為低緯低壓帶（赤道低氣壓帶/I