2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在地轉(zhuǎn)平衡近似下，地轉(zhuǎn)風(fēng)（U,V）的表達(dá)式為U=-fV/g?p，V=fU/g?p。其中f代表（）。A.氣壓梯度力B.地轉(zhuǎn)偏向力C.摩擦力D.重力2.一個(gè)氣塊從靜止的空氣中抬升到更高高度，若忽略氣壓和溫度的垂直變化，其絕熱位溫（θ）將（）。A.增加B.減少C.不變D.無(wú)法確定3.在水平均勻、靜力平衡的流體中，小擾動(dòng)以慣性頻率ω=√(g/k)振蕩，其中k是垂直波數(shù)。該擾動(dòng)是（）。A.地轉(zhuǎn)波B.重力波C.慣性振蕩D.羅斯貝波4.下列哪個(gè)條件是大氣發(fā)生絕熱不穩(wěn)定的關(guān)鍵？（）A.環(huán)境溫度隨高度增加而增加B.環(huán)境位溫隨高度增加而增加C.絕熱位溫隨高度增加而增加D.環(huán)境溫度隨高度增加而減少，且速率超過(guò)干絕熱遞減率5.在地球北半球，地轉(zhuǎn)偏向力總是使氣流的水平運(yùn)動(dòng)（）。A.順時(shí)針偏向B.逆時(shí)針偏向C.沿經(jīng)線方向D.沿緯線方向6.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)（NWP）模型中，最常采用的坐標(biāo)系統(tǒng)是（）。A.拉格朗日坐標(biāo)B.歐拉坐標(biāo)C.球坐標(biāo)D.柱坐標(biāo)7.羅斯貝波的相速度隨波數(shù)增加而（）。A.增加B.減少C.保持不變D.先增加后減少8.梯度風(fēng)平衡條件考慮了氣壓梯度力、科里奧利力和（）。A.摩擦力B.重力C.地轉(zhuǎn)偏向力D.熱力力9.大氣靜力穩(wěn)定性的判據(jù)之一是環(huán)境位溫曲線的斜率大于干絕熱遞減率。若環(huán)境位溫曲線呈“U”型，則表示大氣處于（）。A.絕熱穩(wěn)定B.絕熱不穩(wěn)定C.條件不穩(wěn)定D.中性穩(wěn)定10.行星波（特別是羅斯貝波）的垂直波長(zhǎng)通常（）。A.小于地球半徑B.等于地球半徑C.大于地球半徑D.無(wú)法確定二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.大氣運(yùn)動(dòng)的基本方程組包括連續(xù)性方程、__________方程和__________方程。2.在地轉(zhuǎn)近似下，地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速與__________成正比，與__________成反比。3.慣性振蕩的頻率僅取決于地球的自轉(zhuǎn)角速度和__________。4.大氣靜力穩(wěn)定性的判據(jù)之一是環(huán)境垂直溫度梯度大于干絕熱遞減率，此時(shí)絕熱抬升的氣塊其絕熱位溫將__________（填“高于”或“低于”）環(huán)境位溫。5.科里奧利參數(shù)f的表達(dá)式為f=2Ωsinφ，其中Ω代表地球自轉(zhuǎn)角速度，φ代表__________。6.數(shù)值模式求解大氣運(yùn)動(dòng)方程通常采用__________方法，需要將連續(xù)空間和時(shí)間離散化。7.羅斯貝波的存在是由于地球大氣存在__________和__________。8.大氣中的大尺度運(yùn)動(dòng)通常滿足__________近似和__________近似。9.濕絕熱過(guò)程的比熱容大于干絕熱過(guò)程的比熱容，因此濕絕熱冷卻的__________通常小于干絕熱冷卻。10.地轉(zhuǎn)偏向力對(duì)隨體運(yùn)動(dòng)（如拋射物）的影響僅發(fā)生在__________運(yùn)動(dòng)中。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述地轉(zhuǎn)平衡的成立條件和物理意義。2.解釋什么是絕熱過(guò)程？干絕熱過(guò)程和濕絕熱過(guò)程有何主要區(qū)別？3.簡(jiǎn)述慣性振蕩的波動(dòng)特征及其產(chǎn)生機(jī)制。4.什么是大氣靜力穩(wěn)定性？請(qǐng)簡(jiǎn)述判斷大氣靜力的三種基本狀態(tài)。四、計(jì)算題（每題10分，共30分。請(qǐng)寫(xiě)出必要的公式、推導(dǎo)過(guò)程和結(jié)果）1.設(shè)地球半徑為R，地轉(zhuǎn)偏向參數(shù)為f=2Ωsinφ，其中Ω=7.29×10??rad/s。在北半球φ=45°處，若水平氣壓梯度力為1hPa/km，大氣密度為1.2kg/m3。求該地點(diǎn)的地轉(zhuǎn)風(fēng)速大小。2.一團(tuán)空氣初始溫度為300K，位于環(huán)境溫度為290K的空氣中。若該氣團(tuán)被抬升至溫度與環(huán)境相同的高度，試計(jì)算氣團(tuán)在此過(guò)程中的絕熱冷卻量（ΔT）。已知干絕熱遞減率為9.8K/km，濕絕熱遞減率為6.5K/km。假設(shè)抬升過(guò)程迅速，忽略氣壓變化對(duì)溫度的影響。3.考慮一維無(wú)摩擦、無(wú)熱力的理想化大氣模型。若大氣處于中性穩(wěn)定狀態(tài)（干絕熱遞減率等于環(huán)境垂直溫度梯度），存在一個(gè)小的正壓擾動(dòng)。請(qǐng)定性說(shuō)明該擾動(dòng)是傾向于增長(zhǎng)還是衰減，并簡(jiǎn)要解釋原因。五、論述題（10分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，展開(kāi)論述）試述地轉(zhuǎn)理論在解釋實(shí)際天氣現(xiàn)象（如急流、鋒面附近的風(fēng)場(chǎng)）中的應(yīng)用，并分析其局限性。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.D5.B6.B7.B8.A9.B10.A二、填空題1.運(yùn)動(dòng)學(xué)，熱力學(xué)2.氣壓梯度，氣壓梯度力3.地球半徑4.高于5.緯度6.數(shù)值，格點(diǎn)7.科里奧利力，行星尺度8.地轉(zhuǎn)，準(zhǔn)地轉(zhuǎn)9.溫度10.地球表面附近三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先說(shuō)明地轉(zhuǎn)平衡是水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力平衡的狀態(tài)。其次，指出成立條件：水平方向無(wú)加速度（即地轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）、忽略摩擦力、大氣處于靜力平衡狀態(tài)。最后，闡述其物理意義：描述了在水平氣壓梯度力作用下，受地轉(zhuǎn)偏向力調(diào)制的大氣平衡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是理解大尺度風(fēng)場(chǎng)的基礎(chǔ)。2.解析思路：首先定義絕熱過(guò)程為系統(tǒng)與外界無(wú)熱量交換的過(guò)程。然后區(qū)分干絕熱和濕絕熱：干絕熱指氣塊內(nèi)部水汽未發(fā)生相變；濕絕熱指氣塊內(nèi)部發(fā)生水汽凝結(jié)釋放潛熱。最后比較兩者的主要區(qū)別在于比熱容不同（濕絕熱>干絕熱），導(dǎo)致濕絕熱過(guò)程的溫度下降速率較慢，即絕熱冷卻量較小。3.解析思路：首先描述慣性振蕩的特征：沿經(jīng)線方向做周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，頻率為f，周期為2π/f。然后解釋產(chǎn)生機(jī)制：水平運(yùn)動(dòng)空氣受到地轉(zhuǎn)偏向力作用，產(chǎn)生沿經(jīng)線的加速度，形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)調(diào)其僅依賴于地球自轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)緯度，與氣壓場(chǎng)無(wú)關(guān)。4.解析思路：首先定義大氣靜力穩(wěn)定性為大氣垂直運(yùn)動(dòng)受到的力（浮力）對(duì)其狀態(tài)變化的響應(yīng)傾向。然后說(shuō)明判斷依據(jù)：比較環(huán)境垂直溫度梯度和干絕熱遞減率的相對(duì)大小。最后列舉三種狀態(tài)：環(huán)境溫度遞增（>干絕熱遞減率）為穩(wěn)定；環(huán)境溫度遞減且>干絕熱遞減率（>干絕熱遞減率）為不穩(wěn)定；兩者相等（=干絕熱遞減率）為中性。四、計(jì)算題1.解析思路：根據(jù)地轉(zhuǎn)平衡條件，水平氣壓梯度力等于地轉(zhuǎn)偏向力。利用公式FPG=-?p=ρU2/gf，其中U為地轉(zhuǎn)風(fēng)速，ρ為空氣密度，g為重力加速度。解出U=√(gfρ/?p)。代入已知數(shù)值計(jì)算。注意單位統(tǒng)一（f用rad/s，R用m，?p用Pa/m，ρ用kg/m3，g用m/s2）。計(jì)算：U=√[(2×7.29×10??rad/s)×sin(45°)×(π×6371×103m)/(1hPa/km×1000Pa/hPa×1.2kg/m3)]≈√[(2×7.29×10??)×(√2/2)×(6.371×10?)/(1000×1.2)]m/s≈√[(2×7.29×10??)×(3.535×10?)/1200]m/s≈√[(0.5109×102)/1200]m/s≈√(4.24/10)m/s≈√0.424m/s≈0.65m/s。2.解析思路：首先明確氣團(tuán)絕熱冷卻量等于其絕熱溫降。根據(jù)題目，氣團(tuán)抬升至與環(huán)境同溫高度，意味著氣團(tuán)溫度變化量等于環(huán)境溫度變化量。由于氣團(tuán)和環(huán)境的垂直運(yùn)動(dòng)路徑相同，其環(huán)境垂直溫度梯度（Γe）在氣團(tuán)抬升過(guò)程中保持不變。利用干絕熱過(guò)程和濕絕熱過(guò)程的溫度變化公式：ΔT_d=-Γd*Δz和ΔT_w=-Γw*Δz。由于氣團(tuán)最終溫度與環(huán)境相同，即ΔT_d=-ΔT_w。因此，ΔT=ΔT_d=-Γw*Δz=Γd*Δz。題目給出Γd=9.8K/km，Γw=6.5K/km。這里Δz是抬升高度，雖然題目未直接給出，但在比較冷卻量時(shí)，高度差Δz不影響冷卻量的相對(duì)大小或計(jì)算結(jié)果形式。計(jì)算時(shí)可直接用Γd和Γw的差值乘以Δz。計(jì)算：ΔT=Γd-Γw=9.8K/km-6.5K/km=3.3K/km。即氣團(tuán)絕熱冷卻了3.3K/km。3.解析思路：根據(jù)小擾動(dòng)理論，擾動(dòng)的增長(zhǎng)或衰減取決于擾動(dòng)頻率與系統(tǒng)基本頻率的差。對(duì)于無(wú)摩擦、無(wú)熱力的中性大氣，基本頻率為重力頻率（ω=√(g/k)）。給定的小擾動(dòng)頻率為ω。比較ω與ω。如果ω>ω，擾動(dòng)增長(zhǎng)；如果ω<ω，擾動(dòng)衰減；如果ω=ω，擾動(dòng)保持振幅不變。中性穩(wěn)定狀態(tài)意味著環(huán)境垂直溫度梯度等于干絕熱遞減率（Γe=Γd）。在無(wú)摩擦、無(wú)熱力條件下，小擾動(dòng)頻率ω=√(Γe-Γw)/k。當(dāng)Γe=Γd時(shí)，ω=(Γd-Γw)/k=0。因此，擾動(dòng)頻率ω=0，小于重力頻率ω。根據(jù)理論，該擾動(dòng)傾向于增長(zhǎng)。五、論述題解析思路：首先闡述地轉(zhuǎn)理論的核心思想：在大尺度、緩變、水平均勻或緩變的環(huán)境中，水平氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力平衡，導(dǎo)致風(fēng)場(chǎng)基本平行于等壓線。其次，結(jié)合