2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣動(dòng)力學(xué)在沙塵暴研究中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.沙塵暴的發(fā)生通常與地表層結(jié)處于_______狀態(tài)有關(guān)，此時(shí)近地面風(fēng)速增大到足以克服沙粒的_______力。2.科里奧利參數(shù)f在北半球表現(xiàn)為右偏，它對(duì)近地面風(fēng)的影響主要體現(xiàn)在_______風(fēng)和_______風(fēng)的形成過程中。3.沙塵暴的初始啟動(dòng)和低層輸送主要發(fā)生在_______層，其動(dòng)力學(xué)特征受_______效應(yīng)和_______過程的顯著影響。4.行星邊界層理論解釋了地表與大氣之間的動(dòng)量、熱量和水汽交換，其中_______風(fēng)和_______風(fēng)是邊界層內(nèi)常見的風(fēng)型。5.大尺度環(huán)流系統(tǒng)如_______帶和_______系統(tǒng)為沙塵暴的長(zhǎng)距離輸送提供了主要的_______和_______。二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共30分）1.簡(jiǎn)述慣性子午流帶（InertialWaveGuidingJet）在沙塵暴遠(yuǎn)距離輸送中的作用機(jī)制。2.解釋什么是沙塵暴的“沙面-氣相耦合”過程，并說明其在沙塵暴啟動(dòng)中的作用。3.描述邊界層內(nèi)的溫度層結(jié)如何影響近地面風(fēng)切變，并進(jìn)而影響沙塵暴的發(fā)生。4.簡(jiǎn)述數(shù)值模擬中，地表參數(shù)化方案對(duì)沙塵暴地表風(fēng)場(chǎng)和沙塵輸送量的影響。5.列舉三種用于觀測(cè)沙塵暴近地面動(dòng)量通量的方法，并簡(jiǎn)述其原理。6.說明沙塵暴過程中，重力沉降和湍流擴(kuò)散對(duì)沙塵濃度空間分布的主要影響。三、論述題（每題10分，共40分）1.詳細(xì)闡述沙塵暴形成過程中，地表動(dòng)力強(qiáng)迫（風(fēng)應(yīng)力）與熱力強(qiáng)迫（溫度梯度）如何相互作用，共同觸發(fā)沙塵卷或流沙的啟動(dòng)。2.選擇一個(gè)典型的沙塵暴個(gè)例（如2001年春季中國(guó)北方沙塵暴），結(jié)合其高低空環(huán)流背景，分析動(dòng)力過程（如高空引導(dǎo)氣流、低空邊界層發(fā)展、地形爬升等）在沙塵暴形成、發(fā)展和路徑選擇中的關(guān)鍵作用。3.討論湍流在沙塵暴邊界層發(fā)展和沙塵垂直混合過程中的作用。你認(rèn)為邊界層內(nèi)的哪個(gè)高度（或?qū)哟危┑耐牧魈卣鲗?duì)于理解沙塵暴動(dòng)力學(xué)最為關(guān)鍵？說明理由。4.沙塵暴不僅是一個(gè)氣象現(xiàn)象，也與地表過程和氣候變化密切相關(guān)。從大氣動(dòng)力學(xué)的角度，論述氣候變化（如干旱化、升溫）可能通過改變地表性質(zhì)和邊界層動(dòng)力結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響沙塵暴活動(dòng)的機(jī)制。試卷答案--------------------一、填空題1.不穩(wěn)定；附著力2.地轉(zhuǎn)；梯度3.邊界層；摩擦；湍流4.地形；熱力5.西風(fēng)；季風(fēng)；引導(dǎo)；通道二、簡(jiǎn)答題1.慣性子午流帶是行星邊界層內(nèi)的一種波動(dòng)現(xiàn)象，其水平分量可以近似看作地轉(zhuǎn)風(fēng)。當(dāng)存在高空急流或大型波動(dòng)時(shí)，慣性子午流帶可以隨風(fēng)場(chǎng)一起移動(dòng)，將其攜帶的沙塵物質(zhì)沿著特定的經(jīng)向通道進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。其作用機(jī)制在于提供了沿經(jīng)向的穩(wěn)定動(dòng)力背景，將低層的沙塵有效“引導(dǎo)”至較高緯度或不同區(qū)域。2.沙塵暴的“沙面-氣相耦合”過程是指地表沙塵活動(dòng)（如沙粒的運(yùn)動(dòng)）與近地層大氣運(yùn)動(dòng)（風(fēng)、溫度等）之間存在的雙向反饋和相互調(diào)制機(jī)制。沙面狀況（如粗糙度、濕度）影響近地面氣流，而近地面氣流（如剪切應(yīng)力）又驅(qū)動(dòng)沙粒起沙和運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而改變地表反照率和熱量平衡，進(jìn)一步影響大氣邊界層結(jié)構(gòu)。在沙塵暴啟動(dòng)中，強(qiáng)風(fēng)應(yīng)力克服沙粒附著力，將沙粒卷入大氣，這是動(dòng)力強(qiáng)迫的直接體現(xiàn)，而沙塵揚(yáng)升也會(huì)改變地表粗糙度和熱力性質(zhì)，形成耦合效應(yīng)。3.邊界層內(nèi)的溫度層結(jié)直接影響氣流的垂直運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性。當(dāng)存在逆溫層時(shí)，近地面風(fēng)速受到抑制，但會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)風(fēng)層（梯度風(fēng)層），一旦有擾動(dòng)（如地形抬升、熱力觸發(fā)），該處的風(fēng)切變可能很大，有利于沙塵的抬升和混合。當(dāng)溫度層結(jié)不穩(wěn)定時(shí)（如逆溫層之上為絕熱遞減），對(duì)流運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)展，強(qiáng)烈的上升氣流可以將地表沙塵迅速帶到高空，并伴隨水平輸送。因此，溫度層結(jié)通過影響垂直氣流強(qiáng)度、風(fēng)切變和邊界層高度，間接控制了近地面風(fēng)的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響沙塵暴的發(fā)生。4.數(shù)值模擬中，地表參數(shù)化方案用于模擬地表與大氣間的物理過程，如感熱、潛熱交換、動(dòng)量交換（摩擦阻力）以及地表反照率、粗糙度等性質(zhì)。地表摩擦阻力參數(shù)化直接影響近地面風(fēng)速的垂直切變和地表附近的風(fēng)速大小，進(jìn)而影響沙塵的啟動(dòng)和低層輸送。沙塵輸送量則與地表粗糙度（影響沙面摩擦）、土壤濕度（影響沙塵流動(dòng)性）、植被覆蓋（影響地表反照率和粗糙度）等參數(shù)密切相關(guān)，這些參數(shù)通過參數(shù)化方案輸入模型，最終影響模擬的沙塵暴強(qiáng)度和范圍。5.觀測(cè)沙塵暴近地面動(dòng)量通量（通常指水平風(fēng)速廊線）的方法主要有：①普遍風(fēng)速計(jì)（Anemometer）通過測(cè)量不同高度的瞬時(shí)或平均風(fēng)速，結(jié)合氣壓梯度計(jì)算水平風(fēng)速廊線和切應(yīng)力；②梯度風(fēng)儀（GradientWindInstrument）直接測(cè)量不同高度的氣壓差，推算水平風(fēng)速和切應(yīng)力；③激光雷達(dá)（Lidar）通過探測(cè)風(fēng)產(chǎn)生的粒子（如沙塵、氣溶膠）的后向散射信號(hào)，反演風(fēng)場(chǎng)和湍流信息，可獲取水平風(fēng)速廊線和動(dòng)量通量；④同溫層探空（Sonicads）或風(fēng)廓線雷達(dá)（SODAR/ADCP）雖然主要獲取垂直風(fēng)速，但其數(shù)據(jù)可用于分析整個(gè)邊界層的動(dòng)力結(jié)構(gòu)和動(dòng)量通量分布。6.重力沉降是指沙塵顆粒在重力作用下，隨下墊面風(fēng)速減小或氣流抬升減弱時(shí)，垂直下沉到地面的過程。其影響是使得近地面沙塵濃度隨高度增加而減小，并在地表形成濃度高值區(qū)。湍流擴(kuò)散是指大氣湍流運(yùn)動(dòng)使得沙塵顆粒在水平和垂直方向上發(fā)生隨機(jī)脈動(dòng)和混合的過程。其影響是使得沙塵濃度在水平和垂直方向