2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——?dú)庀罄走_(dá)技術(shù)及其應(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.氣象雷達(dá)通過發(fā)射電磁波并接收目標(biāo)回波來探測(cè)大氣，其基本工作原理是______原理。2.雷達(dá)方程是描述雷達(dá)探測(cè)性能的核心公式，它定量地揭示了雷達(dá)探測(cè)距離與哪些主要因素的依賴關(guān)系，如發(fā)射功率、接收機(jī)靈敏度、天線增益和______。3.脈沖多普勒雷達(dá)通過測(cè)量回波信號(hào)的______和______來獲取目標(biāo)的距離和徑向速度信息。4.反射率因子Z表示單位體積大氣中含有的水汽或液態(tài)水粒子回波強(qiáng)度，其單位通常為______。5.雷達(dá)探測(cè)到的徑向速度場(chǎng)是分析大氣中______場(chǎng)結(jié)構(gòu)的重要依據(jù)。6.在雷達(dá)氣象學(xué)中，常用的Z-R關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式之一是______（請(qǐng)寫出公式名稱或形式）。7.能夠同時(shí)發(fā)射和接收兩個(gè)不同極化方向的電磁波（如水平極化和垂直極化）的雷達(dá)稱為______雷達(dá)。8.風(fēng)暴頂輻合區(qū)（STCA）是雷達(dá)識(shí)別______發(fā)展的一個(gè)重要指標(biāo)。9.利用雷達(dá)探測(cè)大氣風(fēng)場(chǎng)，特別是垂直風(fēng)切變，對(duì)于______（災(zāi)害類型）的早期識(shí)別和預(yù)警至關(guān)重要。10.相控陣?yán)走_(dá)相比傳統(tǒng)機(jī)械掃描雷達(dá)，其主要優(yōu)勢(shì)之一在于能夠?qū)崿F(xiàn)______。二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.多普勒頻移2.譜寬3.偏振4.徑向速度5.雷達(dá)定量降水估算（QPE）三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述脈沖多普勒雷達(dá)與普通脈沖雷達(dá)在探測(cè)目標(biāo)速度信息方面的主要區(qū)別。2.簡(jiǎn)述影響雷達(dá)探測(cè)距離的主要因素有哪些？3.簡(jiǎn)述雙偏振雷達(dá)相比單偏振雷達(dá)在氣象探測(cè)方面有哪些優(yōu)勢(shì)？4.簡(jiǎn)述雷達(dá)資料在暴雪天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在哪些方面？四、計(jì)算題（每題6分，共12分）1.某測(cè)站使用一部發(fā)射功率為1kW（峰值功率）、頻率為500MHz的脈沖多普勒雷達(dá)，天線增益為30dB，工作在距離R=100km處，假設(shè)大氣中的水滴半徑為0.5mm，雷達(dá)接收機(jī)的等效噪聲溫度為150K，系統(tǒng)損耗為3dB。請(qǐng)利用雷達(dá)方程估算該處水平降水率約為多少？（結(jié)果保留一位小數(shù)，可使用R^2=4πR^2公式計(jì)算球面積）2.某雷達(dá)測(cè)得某強(qiáng)對(duì)流云體的反射率因子Z=60dBZ，假設(shè)使用Marshall-PalmerZ-R關(guān)系（Z=200R^1.6，單位：mm^6/m^3，R為液態(tài)水含量g/m^3）進(jìn)行降水估測(cè)。請(qǐng)估算該云體的液態(tài)水含量大約是多少g/m^3？（結(jié)果保留整數(shù)）五、論述題（每題8分，共16分）1.結(jié)合雷達(dá)回波特征，論述如何區(qū)分層狀云降水與對(duì)流性降水。2.試述氣象雷達(dá)在中小尺度天氣系統(tǒng)（如雷暴、中尺度渦）探測(cè)與分析中的重要作用。試卷答案一、填空題（每空2分，共20分）1.多普勒2.目標(biāo)雷達(dá)截面（或：RCS）3.距離（或：回波到達(dá)時(shí)間）、多普勒頻移4.dBZ（或：分貝澤爾）5.水平（或：風(fēng)）6.Marshall-Palmer（或：指數(shù)型Z-R關(guān)系）（解析：考查核心Z-R關(guān)系模型）7.雙偏振8.超級(jí)單體9.強(qiáng)對(duì)流（或：龍卷風(fēng)、冰雹）10.快速掃描或全相控陣掃描（解析：考查相控陣?yán)走_(dá)相比機(jī)械雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)速度或靈活性）二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.多普勒頻移：周期性波源相對(duì)于觀察者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波的頻率相對(duì)于波源發(fā)射頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。在雷達(dá)中，指移動(dòng)物體（如大氣粒子）反射回來的雷達(dá)信號(hào)頻率相對(duì)于發(fā)射信號(hào)頻率的偏移量。（解析：定義多普勒效應(yīng)及其在雷達(dá)中的具體體現(xiàn)）2.譜寬：雷達(dá)速度譜的寬度，通常指譜峰兩側(cè)信號(hào)功率下降到峰值一半（-3dB）時(shí)的頻率范圍。它反映了回波粒子群的速度分散程度，與風(fēng)場(chǎng)中的湍流強(qiáng)度或粒子大小分布有關(guān)。（解析：定義譜寬及其物理意義，關(guān)聯(lián)風(fēng)場(chǎng)和粒子特性）3.偏振：電磁波電場(chǎng)矢量端點(diǎn)在垂直于傳播方向的平面內(nèi)隨時(shí)間變化的軌跡。常見的偏振態(tài)包括線偏振（水平H、垂直V）、圓偏振和橢圓偏振。雷達(dá)通過發(fā)射和接收不同偏振的波來獲取更多關(guān)于目標(biāo)的信息。（解析：定義偏振及其基本類型，點(diǎn)明雷達(dá)應(yīng)用）4.徑向速度：在雷達(dá)天線的視線方向上，目標(biāo)大氣粒子相對(duì)于雷達(dá)站的運(yùn)動(dòng)速度分量?？梢允窍蚶走_(dá)靠近（正）或遠(yuǎn)離雷達(dá)（負(fù)）。（解析：定義徑向速度及其方向性，強(qiáng)調(diào)是視線方向分量）5.雷達(dá)定量降水估算（QPE）：利用雷達(dá)探測(cè)到的回波參數(shù)（主要是反射率因子Z）通過一定的算法或關(guān)系（如Z-R公式、組合雷達(dá)、模糊算法等）來估算大氣中降水總量（通常是累積降水量）的過程。（解析：定義QPE的概念，涵蓋輸入?yún)?shù)和方法類型）三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述脈沖多普勒雷達(dá)與普通脈沖雷達(dá)在探測(cè)目標(biāo)速度信息方面的主要區(qū)別。答：普通脈沖雷達(dá)通過測(cè)量回波信號(hào)的多普勒頻移來判斷目標(biāo)有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但無法區(qū)分運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的具體徑向速度，且易受地面雜波干擾。脈沖多普勒雷達(dá)通過采用脈沖串發(fā)射和窄帶濾波技術(shù)，可以在發(fā)射脈沖之間接收回波并對(duì)其多普勒頻移進(jìn)行濾波測(cè)量，從而能夠準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)的徑向速度，并能區(qū)分不同的速度分量，同時(shí)顯著提高了對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（特別是低空目標(biāo)）的探測(cè)能力。（解析：對(duì)比核心功能差異，突出脈沖多普勒雷達(dá)的速度測(cè)量能力和抗雜波能力）2.簡(jiǎn)述影響雷達(dá)探測(cè)距離的主要因素有哪些？答：主要因素包括：①發(fā)射機(jī)功率：功率越大，探測(cè)距離越遠(yuǎn)。②天線增益：增益越高，能量集中，探測(cè)距離越遠(yuǎn)。③接收機(jī)靈敏度：靈敏度越高，能探測(cè)到更微弱的回波信號(hào)，探測(cè)距離越遠(yuǎn)。④工作頻率：頻率越高，波長(zhǎng)越短，衍射損耗越小，且大氣衰減越小，理論上探測(cè)距離越遠(yuǎn)，但受大氣窗口限制。⑤目標(biāo)雷達(dá)截面（RCS）：目標(biāo)本身的大小和反射特性。⑥大氣介質(zhì)：大氣衰減（吸收、散射）和雨滴等粒子對(duì)信號(hào)的削弱作用，隨距離增加而顯著。（解析：列舉雷達(dá)方程相關(guān)因素及大氣因素，說明其影響方向）3.簡(jiǎn)述雙偏振雷達(dá)相比單偏振雷達(dá)在氣象探測(cè)方面有哪些優(yōu)勢(shì)？答：雙偏振雷達(dá)能夠同時(shí)接收水平（H）和垂直（V）極化回波，通過分析HV和VH回波的相關(guān)性等參數(shù)，可以獲得關(guān)于云滴大小、形狀（水滴還是冰晶）、相態(tài)（水汽、云水、冰水）以及混合比等更豐富的微物理信息。這些信息有助于改進(jìn)Z-R關(guān)系，提高定量降水估測(cè)精度；有助于識(shí)別云的相態(tài)，改進(jìn)冰相粒子探測(cè)和預(yù)報(bào)；有助于區(qū)分不同類型的回波（如層狀云、對(duì)流云、混合相云）；能夠提供更可靠的風(fēng)場(chǎng)反演結(jié)果。（解析：從信息獲取、定量降水、相態(tài)識(shí)別、風(fēng)場(chǎng)反演等方面闡述雙偏振優(yōu)勢(shì)）4.簡(jiǎn)述雷達(dá)資料在暴雪天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在哪些方面？答：雷達(dá)資料在暴雪天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中主要體現(xiàn)在：①判定暴雪發(fā)生區(qū)域和落區(qū)：通過分析反射率因子圖識(shí)別強(qiáng)降雪區(qū)，結(jié)合風(fēng)場(chǎng)信息判斷雪帶走向和移動(dòng)速度。②估測(cè)雪fallintensity（雪強(qiáng)）：利用Z-R關(guān)系或組合雷達(dá)等方法估算累積降雪量。③識(shí)別暴雪云特征：識(shí)別具有強(qiáng)垂直發(fā)展、螺旋結(jié)構(gòu)或強(qiáng)回波頂?shù)谋┭┰葡堤卣?。④監(jiān)測(cè)降雪系統(tǒng)演變：連續(xù)跟蹤暴雪云系的移動(dòng)、發(fā)展和消亡過程，為預(yù)警提供依據(jù)。⑤輔助其他預(yù)報(bào)：與其他氣象資料結(jié)合，用于數(shù)值模式初始化和驗(yàn)證，提高暴雪預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。（解析：覆蓋監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)、識(shí)別、預(yù)警等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合具體雷達(dá)產(chǎn)品和應(yīng)用場(chǎng)景）四、計(jì)算題（每題6分，共12分）1.某測(cè)站使用一部發(fā)射功率為1kW（峰值功率）、頻率為500MHz的脈沖多普勒雷達(dá)，天線增益為30dB，工作在距離R=100km處，假設(shè)大氣中的水滴半徑為0.5mm，雷達(dá)接收機(jī)的等效噪聲溫度為150K，系統(tǒng)損耗為3dB。請(qǐng)利用雷達(dá)方程估算該處水平降水率約為多少？（結(jié)果保留一位小數(shù)，可使用R^2=4πR^2公式計(jì)算球面積）解：雷達(dá)方程基本形式：P_r=(P_t*G^2*λ^2*σ)/((4π)^3*R^4*L*T_r*k)其中：P_t=1kW=1000W(峰值功率)G=10^30dB=1000(天線增益)λ=c/f=3e8m/s/500e6Hz=0.6m(波長(zhǎng))σ=π*r^2=π*(0.5e-3m)^2≈7.85e-7m^2(水滴雷達(dá)截面，假設(shè)單個(gè)水滴)R=100km=1e5m(距離)L=3dB=2(系統(tǒng)損耗系數(shù))T_r=150K(接收機(jī)等效噪聲溫度)k=1.38e-23J/K(玻爾茲曼常數(shù))代入雷達(dá)方程估算P_r：P_r≈(1000*1000*(0.6)^2*7.85e-7)/((4π)^3*(1e5)^4*2*150*1.38e-23)P_r≈(1000*1000*0.36*7.85e-7)/(1.973e25*2*150*1.38e-23)P_r≈(2.846e-3)/(6.721e-20)P_r≈4.23e17W（注：此結(jié)果為雷達(dá)功率，需轉(zhuǎn)換為降水率。通常降水率ρ=P_r/(A*L_r)，其中A為探測(cè)面積，L_r為降水率常數(shù)。此處未給出L_r和單位轉(zhuǎn)換關(guān)系，無法直接計(jì)算最終降水率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此題可能意在考察雷達(dá)方程的設(shè)置和部分參數(shù)計(jì)算，最終降水率需補(bǔ)充參數(shù)或轉(zhuǎn)換關(guān)系。）*如果題目意圖是考察雷達(dá)方程計(jì)算過程本身，則以上計(jì)算步驟和結(jié)果（P_r值）是核心。*2.某雷達(dá)測(cè)得某強(qiáng)對(duì)流云體的反射率因子Z=60dBZ，假設(shè)使用Marshall-PalmerZ-R關(guān)系（Z=200R^1.6，單位：mm^6/m^3，R為液態(tài)水含量g/m^3）進(jìn)行降水估測(cè)。請(qǐng)估算該云體的液態(tài)水含量大約是多少g/m^3？（結(jié)果保留整數(shù)）解：Marshall-PalmerZ-R關(guān)系為：Z=200*R^1.6其中Z=60dBZ=10^60/10=10^6mm^6/m^3（將dBZ轉(zhuǎn)換為線性單位）代入公式求R：10^6=200*R^1.6R^1.6=10^6/200=5000R=(5000)^(1/1.6)≈(5000)^0.625R≈63.1g/m^3四舍五入，結(jié)果保留整數(shù)：R≈63g/m^3（解析：關(guān)鍵在于Z-R公式應(yīng)用，注意單位統(tǒng)一和指數(shù)運(yùn)算）五、論述題（每題8分，共16分）1.結(jié)合雷達(dá)回波特征，論述如何區(qū)分層狀云降水與對(duì)流性降水。答：層狀云降水和對(duì)流性降水在雷達(dá)回波特征上存在顯著差異：①?gòu)?qiáng)度：對(duì)流性降水（如雷暴）通常產(chǎn)生強(qiáng)反射率因子回波，常達(dá)到50dBZ以上，甚至超過60dBZ，且常伴有強(qiáng)回波頂；層狀云降水（如雨層云）反射率因子強(qiáng)度相對(duì)較弱，一般低于40dBZ，分布均勻或呈層狀結(jié)構(gòu)。②形態(tài)：對(duì)流性降水回波常呈現(xiàn)孤立、圓塊狀強(qiáng)回波，或呈“穹頂”狀、“砧狀”發(fā)展的積雨云回波，具有明顯的垂直發(fā)展特征；層狀云降水回波通常呈大片、連續(xù)的層狀分布，水平范圍廣，垂直厚度相對(duì)均勻。③速度場(chǎng)：對(duì)流性降水回波內(nèi)部常存在明顯的徑向速度梯度，可見急流、輻合區(qū)（如風(fēng)暴頂輻合區(qū)STCA）、明顯的垂直速度中心；層狀云降水速度場(chǎng)相對(duì)平緩，徑向速度梯度小，通常無明顯的輻合輻散結(jié)構(gòu)。④偏振特征：對(duì)流性降水（特別是強(qiáng)對(duì)流）的回波常具有明顯的傾斜結(jié)構(gòu)，垂直偏振反射率因子（VPR）較高；層狀云降水偏振特征相對(duì)垂直。通過綜合分析回波強(qiáng)度、形態(tài)、速度場(chǎng)和偏振特征，可以有效區(qū)分層狀云降水與對(duì)流性降水。（解析：從四個(gè)主要雷達(dá)回波要素入手，對(duì)比兩類云系的典型特征）2.試述氣象雷達(dá)在中小尺度天氣系統(tǒng)（如雷暴、中尺度渦）探測(cè)與分析中的重要作用。答：氣象雷達(dá)在中小尺度天氣系統(tǒng)的探測(cè)與分析中發(fā)揮著不可替代的作用：①高時(shí)空分辨率：現(xiàn)代天氣雷達(dá)具有較好的時(shí)間（秒級(jí)）和空間（公里級(jí)）分辨率，能夠捕捉中小尺度系統(tǒng)（直徑幾公里到幾十公里，生命史幾分鐘到幾小時(shí)）的生消演變過程。②三維探測(cè)能力：通過多普勒原理和偏振信息，雷達(dá)能夠反演大氣中的三維風(fēng)場(chǎng)（水平風(fēng)切變、垂直風(fēng)）、液態(tài)/冰態(tài)水含量分布，這對(duì)于理解中小尺度系統(tǒng)的發(fā)展和維持機(jī)制至關(guān)重要。③實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與跟蹤：雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)降水