2025年大學《大氣科學》專業(yè)題庫——大氣科學中的暴雨模擬與分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.下列哪種天氣系統(tǒng)通常與產(chǎn)生大范圍持續(xù)性鋒面降水有關(guān)？A.冷鋒B.暖鋒C.對流鋒D.季風鋒2.用于衡量大氣層結(jié)對流不穩(wěn)定程度的參數(shù)是？A.比濕B.位溫C.對流有效位能（CAPE）D.氣壓3.多普勒天氣雷達能夠探測到？A.地面溫度B.云層頂高度C.雷達探測范圍內(nèi)大氣粒子的徑向速度D.大氣中的水汽含量4.數(shù)值天氣預報（NWP）模式中，對積云對流進行參數(shù)化處理的主要原因是？A.積云對流過程對大氣環(huán)流影響巨大，但尺度太小B.積云對流過程對大氣環(huán)流影響巨大，但觀測困難C.積云對流過程對大氣環(huán)流影響微小D.積云對流過程易于直接數(shù)值計算5.在暴雨模擬結(jié)果分析中，散度場的主要作用是？A.描述溫度分布B.描述水汽分布C.描述垂直運動（正散度上升，負散度下降）D.描述水平風場6.以下哪種方法不屬于典型的暴雨觀測分析方法？A.基于氣象站的雨量序列分析B.基于天氣圖進行天氣系統(tǒng)分析C.基于數(shù)值模式輸出進行診斷分析D.基于多普勒雷達回波特征分析7.暴雨過程中，暖濕空氣強烈上升的區(qū)域通常對應于衛(wèi)星云圖上的？A.高空冷云區(qū)B.低空暖云區(qū)C.影響云區(qū)D.混合云區(qū)8.評估數(shù)值模式模擬暴雨效果時，均方根誤差（RMSE）主要反映的是？A.模擬值與實況值的平均偏差B.模擬值與實況值之間的絕對誤差總和C.模擬值與實況值之間差異的離散程度D.模擬降水量的空間分布均勻性9.“羅德數(shù)”（Ro）是衡量什么的重要參數(shù)？A.暖平流的強度B.冷平流的強度C.地形對氣流的影響（山區(qū)輻合/輻散）D.大氣層結(jié)穩(wěn)定度10.氣候變化背景下，極端暴雨事件發(fā)生的趨勢通常是？A.減少且強度減弱B.增多且強度減弱C.減少且強度增強D.增多且強度增強二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填入橫線內(nèi)）1.對流性暴雨通常發(fā)生在具有足夠不穩(wěn)定能量和________的區(qū)域。2.天氣雷達通過測量回波________的大小來區(qū)分降水類型（如雨、雪、冰雹）。3.數(shù)值模式中的“積分時間步長”的選擇需要滿足________定理。4.分析暴雨水汽來源時，常使用________場或水汽通量輻合分析。5.暴雨模擬中，模式地形參數(shù)化方案的選擇對________區(qū)域的模擬結(jié)果影響顯著。6.“濕位溫”是考慮了水汽潛熱能量的位溫，它更能反映大氣的________狀況。7.利用雷達資料可以反演出暴雨區(qū)域的________（如液態(tài)水含量）。8.暴雨過程的組織結(jié)構(gòu)可分為單體、多單體、________等尺度。9.數(shù)值模式模擬結(jié)果的可信度評估除了與實況對比，還應考慮________和模式自身分辨率等因素。10.全球變暖導致大氣中的水汽含量增加，進而可能________暴雨的強度和極端性。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述鋒面降水形成的兩個基本條件。2.簡要說明積云對流參數(shù)化方案選擇不當可能帶來的問題。3.簡述多普勒天氣雷達監(jiān)測暴雨有哪些主要優(yōu)勢。4.簡要解釋什么是“假象回波”（FalseEcho）及其產(chǎn)生原因。四、計算題（共10分）假設某次暴雨過程中，測得某點高空（z=500hPa）的位溫為θ=320K，溫度為T=280K。若該點空氣垂直下沉到地面（z=0hPa）時，其溫度變化率（dT/dz）為-6K/km。忽略其他物理過程的影響，估算地面（z=0hPa）的氣溫T地面和大氣的絕熱指數(shù)γ干（假設γ干≈7）。（結(jié)果保留一位小數(shù)）五、綜合分析題（共30分）某研究團隊利用區(qū)域數(shù)值模式（DomainA）模擬了某次歷史性強降水過程，模擬結(jié)果與實況觀測存在一定差異。請結(jié)合暴雨模擬與分析的相關(guān)知識，分析可能導致模擬結(jié)果與實況存在差異的至少三個主要因素，并簡要說明每個因素如何影響模擬結(jié)果。試卷答案一、選擇題1.A解析：冷鋒過境時，暖濕空氣被迫快速抬升，在有利條件下易形成大范圍持續(xù)性鋒面降水。2.C解析：CAPE代表對流有效位能，是衡量大氣中可用來驅(qū)動對流上升的潛在能量的指標，直接反映了對流不穩(wěn)定程度。3.C解析：多普勒天氣雷達通過發(fā)射電磁波并接收目標回波的多普勒頻移，能夠測量探測范圍內(nèi)大氣粒子的徑向速度信息。4.A解析：積云對流尺度小、生命史短，難以在傳統(tǒng)數(shù)值模式中直接進行高分辨率模擬，必須采用參數(shù)化方法來估算其總體效應。5.C解析：散度場表示大氣中單位體積氣體的質(zhì)量流出或流入的速率，正散度表示上升運動，負散度表示下沉運動，是分析垂直運動的關(guān)鍵。6.C解析：基于數(shù)值模式輸出進行診斷分析屬于模型應用或驗證階段，而非直接的暴雨觀測分析方法。觀測分析主要基于實測資料。7.A解析：暖濕空氣強烈上升區(qū)域形成高空冷云（如冰晶或過冷水滴），在衛(wèi)星云圖上通常表現(xiàn)為白色的云頂。8.C解析：RMSE（RootMeanSquareError）計算的是模擬值與實況值之差的平方和的平均值的平方根，主要反映兩者之間的平均絕對偏差程度。9.C解析：羅德數(shù)是衡量山脈對氣流輻合/輻散效應的參數(shù)，其值正負和大小影響山地迎風坡和背風坡的降水分布。10.D解析：全球變暖導致大氣持有更多水汽，同時可能改變大氣環(huán)流，綜合效應傾向于導致極端降水事件增多且強度增強。二、填空題1.水汽條件解析：對流性暴雨的形成不僅需要大氣不穩(wěn)定（有抬升力），還需要有充足的水汽作為凝結(jié)潛熱來源，即需要良好的水汽條件。2.反射強度（或回波強度）解析：不同降水粒子（雨滴、雪粒、冰雹等）對雷達波的反射強度不同，雷達通過測量回波強度（即回波功率）來區(qū)分。3.數(shù)值格式（或CFL）解析：積分時間步長必須小于滿足Courant-Friedrichs-Lewy（CFL）條件的上限，以保證數(shù)值格式的穩(wěn)定性。4.水汽通量解析：水汽通量矢量場可以直觀展示水汽的輸送方向和強度，是分析水汽來源和匯的重要工具。5.山區(qū)（或地形復雜區(qū)域）解析：地形對氣流有強烈的引導、抬升或阻擋作用，尤其在山區(qū)，地形參數(shù)化方案的選擇對模擬出的氣流輻合、上升運動及降水分布影響非常顯著。6.濕熱（或水熱）解析：濕位溫考慮了水汽凝結(jié)釋放的潛熱，比干位溫更能反映大氣的實際水熱狀況，與對流潛熱釋放密切相關(guān)。7.液態(tài)水含量（LWC）解析：通過雷達的差分反射率（Zdr）和徑向速度（V）等信息，結(jié)合訂正系數(shù)，可以反演估算出雷達探測體積內(nèi)單位體積的液態(tài)水含量。8.大尺度（或Mesoscale）解析：暴雨系統(tǒng)具有多尺度特征，除了構(gòu)成暴雨系統(tǒng)的對流單體，還存在多單體系統(tǒng)，以及影響這些系統(tǒng)的大尺度環(huán)境場。9.模式物理過程（或參數(shù)化方案）解析：模擬結(jié)果的可信度不僅取決于與實況的對比偏差，還很大程度上取決于模式中包含的物理過程（如輻射、邊界層、對流等）和參數(shù)化方案是否合理、完善。10.增強或加劇解析：水汽是溫室氣體，其增加會進一步加劇溫室效應，導致地面增溫。同時，水汽的增加也增加了大氣中的凝結(jié)潛熱，可能進一步促進對流發(fā)展和降水增強。三、簡答題1.簡述鋒面降水形成的兩個基本條件。解析：鋒面降水形成的兩個基本條件是：①存在鋒面系統(tǒng)，即冷暖氣團相遇形成的界面，它提供了強烈的上升動力；②暖濕空氣在鋒面附近被抬升，且具有足夠的大氣不穩(wěn)定能量，以維持持續(xù)的上升運動和云雨生成。2.簡要說明積云對流參數(shù)化方案選擇不當可能帶來的問題。解析：積云對流參數(shù)化方案選擇不當可能導致模擬結(jié)果出現(xiàn)系統(tǒng)性偏差。例如，參數(shù)化過于強大會夸大對流活動，導致模擬的降水過多、對流發(fā)展過強、邊界層混合過快，進而影響大尺度環(huán)流場；參數(shù)化過弱則會導致模擬的對流活動偏弱，降水偏少，對大尺度環(huán)境場的影響也相應減弱，無法真實反映實際天氣過程。3.簡述多普勒天氣雷達監(jiān)測暴雨有哪些主要優(yōu)勢。解析：多普勒天氣雷達的主要優(yōu)勢在于能夠探測到降水粒子相對于雷達的徑向速度，從而可以：①追蹤暴雨系統(tǒng)的移動路徑和速度；②判定降水類型（基于速度譜寬和譜形態(tài)）；③識別強對流天氣中的回波頂高度、垂直氣流和旋轉(zhuǎn)特征（如mesocyclone），有助于預警；④反演降水粒子相態(tài)和含量；⑤提供高時間分辨率和空間分辨率的連續(xù)降水監(jiān)測。4.簡要解釋什么是“假象回波”（FalseEcho）及其產(chǎn)生原因。解析：假象回波是指在晴空或弱天氣條件下，由于大氣中的風切變、溫度垂直梯度變化等因素導致雷達發(fā)射的電磁波束在傳播過程中發(fā)生復雜的折射和反射，使得雷達接收到了并非由真實降水云體產(chǎn)生的回波信號，這種現(xiàn)象稱為假象回波。其產(chǎn)生原因主要是大氣垂直風切變和溫度場的不均勻性使得雷達波束路徑發(fā)生彎曲，能量被折射回雷達接收方向。四、計算題解析：1.根據(jù)絕熱過程公式，θ=T*(Rd/R)^(γ-1)，其中Rd/R≈287/1000≈0.287。在500hPa高度，θ=320K，可求出該高度的理論氣溫T500：320=T500*(0.287)^(7/1000)T500≈320/(0.287^0.007)≈320/0.973≈329.9KT500≈329.9K2.假設空氣從500hPa垂直下沉到地面（0hPa），溫度變化ΔT=T地面-T500。根據(jù)題目，dT/dz=-6K/km，即每下沉1km溫度升高6K（這里是下沉，所以是負溫度梯度，表示溫度隨高度下降）。下沉高度Δz=500hPa≈5000m=5km。因此，溫度升高ΔT=dT/dz*Δz=(-6K/km)*(-5km)=+30K。T地面=T500+ΔT=329.9K+30K=359.9K。T地面≈359.9K3.絕熱指數(shù)γ干是干絕熱過程的定容比熱與定壓比熱的比值，約等于7。本題計算過程未直接使用γ干值進行計算，但在絕熱過程公式中已隱含其定義。若需計算絕熱溫降，則使用γ干。五、綜合分析題解析：1.模式分辨率不足：區(qū)域模式（DomainA）的水平分辨率和垂直分辨率可能不足以精細刻畫導致此次強降水的中小尺度對流系統(tǒng)（如對流單體、對流線、氣旋式渦旋等）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動力學過程，導致模擬的降水落區(qū)、強度和形態(tài)與實況有偏差。2.物理過程/參數(shù)化方案偏差：模式中包含的物理過程（如輻射、邊界層、水汽、積云對流、陸面過程等）的參數(shù)化方案可能與實際大氣的物理過程存在差異。例如，對流參數(shù)化方案可能無法準確模擬該次暴雨所需的特定強度和組織的對流活動；水汽方案可能對水汽輸送或蒸發(fā)過程的模擬不夠精確，導致水汽條件與實況不符；陸面參數(shù)化對地表蒸散發(fā)的影響也可能引入誤差。3.初始場