2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——云物理學(xué)在大氣科學(xué)中的應(yīng)用考試時(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)字母填在題后括號(hào)內(nèi)）1.在飽和空氣中，過(guò)冷水滴與冰晶共存時(shí)，以下哪個(gè)過(guò)程占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致冰晶增長(zhǎng)而水滴蒸發(fā)？A.凝華B.升華C.蒸發(fā)D.凝結(jié)2.下列哪種云通常由大而強(qiáng)的上升氣流產(chǎn)生，并能產(chǎn)生雷暴、冰雹等劇烈天氣現(xiàn)象？A.層積云B.高積云C.積雨云D.卷云3.云反照率主要描述的是云層對(duì)下列哪種輻射的反射能力？A.紅外輻射B.可見(jiàn)光輻射C.伽馬射線D.紫外線輻射4.在大氣輻射傳輸過(guò)程中，云層主要通過(guò)對(duì)太陽(yáng)輻射的什么作用來(lái)影響地表接收到的熱量？A.吸收B.透射C.散射D.發(fā)射5.云滴的“碰并”增長(zhǎng)過(guò)程主要發(fā)生在哪種云中，且通常需要較大的水滴濃度？A.高層云B.高積云C.層云D.積雨云6.能夠直接冷卻地表和大氣，并可能通過(guò)反射地面長(zhǎng)波輻射進(jìn)一步冷卻大氣的云是？A.低云B.中云C.高云D.卷云7.下列哪項(xiàng)不是云物理過(guò)程參數(shù)化需要考慮的關(guān)鍵因素？A.大氣溫度廓線B.水汽含量C.云中粒子濃度D.地面植被類(lèi)型8.利用微波雷達(dá)探測(cè)云和降水時(shí)，主要利用的是云滴或冰晶的哪種物理性質(zhì)？A.光學(xué)厚度B.介電常數(shù)（對(duì)微波的響應(yīng)）C.粒子顏色D.溫度9.云降水?dāng)?shù)值模式中，描述云滴增長(zhǎng)和碰并過(guò)程的模塊通常被稱(chēng)為？A.輸運(yùn)模塊B.微物理模塊C.輻射模塊D.大氣動(dòng)力學(xué)模塊10.由氣溶膠粒子直接通過(guò)云中液態(tài)水滴的碰并過(guò)程形成的云稱(chēng)為？A.蒸發(fā)云B.凝華云C.碰并云D.氣溶膠直接成云二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題后橫線上）1.云是由懸浮在大氣中的大量微小的__________、__________或固體粒子組成的可見(jiàn)或可感的水汽凝結(jié)物或冰晶集合體。2.根據(jù)云的垂直高度和形態(tài)特征，云可以分為高云、中云、低云和__________四類(lèi)。3.__________過(guò)程是指水汽直接在冰晶或凝華核上凝結(jié)成冰晶的現(xiàn)象。4.云的__________是指云層對(duì)入射太陽(yáng)輻射的反射率，是影響地球能量平衡的重要參數(shù)。5.在云的微物理過(guò)程中，云滴通過(guò)相互碰撞并合并成更大水滴的現(xiàn)象稱(chēng)為_(kāi)_________。6.__________效應(yīng)是指云的變化通過(guò)影響地球?qū)μ?yáng)輻射的反射率，進(jìn)而對(duì)氣候系統(tǒng)產(chǎn)生反饋?zhàn)饔谩?.探測(cè)云頂高度和云層厚度常用的氣象觀測(cè)工具是__________。8.云的輻射特性不僅與其光學(xué)厚度有關(guān)，還與其組成的粒子性質(zhì)（如水滴/冰晶大小、形狀）以及__________有關(guān)。9.描述云中水汽蒸發(fā)、云滴增長(zhǎng)和蒸發(fā)等過(guò)程的集合參數(shù)化方案被稱(chēng)為_(kāi)_________。10.__________是指云中水汽凝結(jié)或冰晶形成的初始載體，可以是自然存在的，也可以是人為排放的。三、名詞解釋?zhuān)款}3分，共15分）1.云滴增長(zhǎng)2.云輻射強(qiáng)迫3.過(guò)冷云4.云凝結(jié)核5.云參數(shù)化四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述Bergeron-Findeisen過(guò)程的基本原理及其對(duì)云發(fā)展的影響。2.簡(jiǎn)述云對(duì)地球能量平衡的主要影響機(jī)制。3.簡(jiǎn)述影響云物理過(guò)程的主要大氣環(huán)境因素。4.簡(jiǎn)述云物理觀測(cè)中遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述云物理過(guò)程在水循環(huán)和氣候變化中的重要作用。2.論述云物理參數(shù)化方案在大氣科學(xué)模型中的地位和挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.B4.C5.C6.A7.D8.B9.B10.C二、填空題1.水滴冰晶2.卷云3.凝華4.反照率5.碰并6.云反饋7.氣象雷達(dá)8.太陽(yáng)天頂角（或入射太陽(yáng)輻射方向）9.云微物理方案10.凝結(jié)核三、名詞解釋1.云滴增長(zhǎng)：指云中微小水滴或冰晶通過(guò)吸收周?chē)ㄕ舭l(fā)）、與其他粒子碰撞合并（碰并）、或由過(guò)冷水滴凍結(jié)成冰晶后增長(zhǎng)（碰并/升華）等過(guò)程，逐漸變大直至能夠降落的物理過(guò)程。**解析思路：*考查對(duì)云滴兩種主要增長(zhǎng)機(jī)制（濕增長(zhǎng)：蒸發(fā)和碰并；干增長(zhǎng)：凍結(jié)后碰并/升華）的理解。答案需包含增長(zhǎng)對(duì)象（水滴/冰晶）、主要方式（蒸發(fā)、碰并、升華）以及最終目的（增大到可降落）。2.云輻射強(qiáng)迫：指由于云的存在或變化，導(dǎo)致到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射或地表向大氣發(fā)射的長(zhǎng)波輻射發(fā)生變化，進(jìn)而引起地表和大氣溫度發(fā)生改變，這種由云引起的凈輻射效應(yīng)被稱(chēng)為云輻射強(qiáng)迫。**解析思路：*考查對(duì)云輻射效應(yīng)核心概念的理解。答案需明確指出云對(duì)兩種輻射（太陽(yáng)輻射、長(zhǎng)波輻射）的影響，以及最終結(jié)果（溫度變化）和術(shù)語(yǔ)定義（凈輻射效應(yīng)）。3.過(guò)冷云：指云中存在溫度低于0℃，但水汽以液態(tài)水滴形式存在的云。**解析思路：*考查對(duì)特定云態(tài)定義的掌握。答案需明確指出溫度條件（低于0℃）和水滴狀態(tài)（液態(tài)）。4.云凝結(jié)核：指能夠在大氣中作為水汽凝結(jié)或冰晶形成的初始載體，其尺度通常小于云滴的固體粒子（如塵埃、鹽粒、硫酸鹽等）。**解析思路：*考查對(duì)云形成關(guān)鍵物質(zhì)的定義和性質(zhì)的理解。答案需包含載體作用（初始核）、物質(zhì)狀態(tài)（固體）、典型成分示例以及與云滴大小的關(guān)系。5.云參數(shù)化：指在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)或氣候模型中，由于計(jì)算網(wǎng)格尺度太小無(wú)法直接模擬云的每一個(gè)微觀物理過(guò)程，而采用數(shù)學(xué)公式或統(tǒng)計(jì)關(guān)系來(lái)描述這些云微物理過(guò)程（如云的形成、增長(zhǎng)、蒸發(fā)、降水等）對(duì)宏觀天氣或氣候場(chǎng)影響的方法。**解析思路：*考查對(duì)數(shù)值模式中關(guān)鍵組件的理解。答案需點(diǎn)明應(yīng)用場(chǎng)景（數(shù)值模式）、原因（網(wǎng)格尺度限制）、對(duì)象（云微物理過(guò)程）以及方法（數(shù)學(xué)公式/統(tǒng)計(jì)關(guān)系）。四、簡(jiǎn)答題1.Bergeron-Findeisen過(guò)程的基本原理及其對(duì)云發(fā)展的影響：*原理：在含有過(guò)冷水滴和冰晶的混合相云中，冰晶表面飽和水汽壓低于過(guò)冷水滴表面飽和水汽壓。根據(jù)克勞修斯-克拉佩龍方程，冰晶周?chē)乃麎狠^低，導(dǎo)致過(guò)冷水滴上的水汽向冰晶表面擴(kuò)散，從而冰晶快速增長(zhǎng)（主要依靠升華），同時(shí)過(guò)冷水滴不斷蒸發(fā)來(lái)補(bǔ)充水汽，最終過(guò)冷水滴蒸發(fā)殆盡。*影響：該過(guò)程導(dǎo)致冰晶迅速增長(zhǎng)，可以形成降雪，并顯著改變?cè)浦械牧Ｗ臃植?，促進(jìn)云中水量的轉(zhuǎn)移和集中，是形成降水的重要機(jī)制，尤其在高緯度和高海拔地區(qū)的云中。**解析思路：*考查對(duì)重要云增長(zhǎng)過(guò)程原理的掌握。答案需包含：條件（混合相云）、核心機(jī)制（冰晶飽和水汽壓更低導(dǎo)致水汽擴(kuò)散至冰晶）、過(guò)程結(jié)果（冰晶升華增長(zhǎng)、過(guò)冷水滴蒸發(fā)）、以及主要影響（促進(jìn)降水形成、改變粒子分布）。2.云對(duì)地球能量平衡的主要影響機(jī)制：*影響：云主要通過(guò)改變地球的輻射收支來(lái)影響能量平衡。*機(jī)制：*反射太陽(yáng)輻射（冷卻效應(yīng)）：云層（特別是低云）具有很高的反照率，能反射大部分入射的太陽(yáng)短波輻射，減少到達(dá)地表的太陽(yáng)能量，產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。*吸收和發(fā)射紅外輻射（增溫或冷卻效應(yīng)）：云（特別是中高云和厚云）能強(qiáng)烈吸收地表發(fā)射的紅外輻射，并將其向太空發(fā)射一部分，同時(shí)云頂也向太空發(fā)射紅外輻射。凈效應(yīng)取決于云層厚度、高度和組成。薄云可能讓更多地表紅外輻射逃逸，有冷卻作用；厚云則主要吸收和發(fā)射紅外輻射，對(duì)地表保溫作用更強(qiáng)。**解析思路：*考查對(duì)云輻射效應(yīng)基本原理的宏觀理解。答案需點(diǎn)明云對(duì)能量平衡的作用方式（改變輻射收支），并分別闡述其對(duì)太陽(yáng)輻射（反射、冷卻）和對(duì)紅外輻射（吸收、發(fā)射、增溫/冷卻）的影響機(jī)制。3.影響云物理過(guò)程的主要大氣環(huán)境因素：*溫度：決定水汽的飽和狀態(tài)、相態(tài)（水/冰）、以及水汽壓和飽和水汽壓的大小，影響凝結(jié)/凝華、蒸發(fā)、凍結(jié)等過(guò)程的發(fā)生。*水汽含量：提供凝結(jié)/凝華的原料，水汽含量越高，云的生成和發(fā)展越容易。*大氣穩(wěn)定度：影響垂直氣流的強(qiáng)弱，穩(wěn)定度決定上升氣流能否持續(xù)發(fā)展，是積云形成和發(fā)展的關(guān)鍵。*氣流速度和方向：影響云的宏觀形態(tài)、移動(dòng)方向和速度，以及水汽和云滴的混合。*碰撞參數(shù)：決定云滴之間發(fā)生碰撞合并的幾率。*云凝結(jié)核濃度：影響云滴的初始形成大小和濃度。**解析思路：*考查對(duì)影響云微觀過(guò)程環(huán)境因素的全面認(rèn)識(shí)。答案應(yīng)涵蓋影響相態(tài)、過(guò)程發(fā)生條件、過(guò)程速率、宏觀形態(tài)等多個(gè)方面的關(guān)鍵環(huán)境變量。4.云物理觀測(cè)中遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：*可達(dá)性：能從遠(yuǎn)距離、高空（甚至空間）對(duì)云進(jìn)行觀測(cè)，覆蓋范圍廣，不受地面地形限制。*連續(xù)性：可實(shí)現(xiàn)對(duì)云的連續(xù)、自動(dòng)化觀測(cè)，獲取時(shí)間序列數(shù)據(jù)。*多維度探測(cè)：不同類(lèi)型的遙感器（如雷達(dá)、激光雷達(dá)、衛(wèi)星）可以探測(cè)云的垂直結(jié)構(gòu)、粒子類(lèi)型與大小、速度場(chǎng)、輻射特性等不同信息。*成本效益：對(duì)于大范圍、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)而言，空間遙感（如衛(wèi)星）具有較好的成本效益。**解析思路：*考查對(duì)遙感技術(shù)在云觀測(cè)中作用的理解。答案需從探測(cè)范圍（空間、時(shí)間）、獲取信息維度（多物理量）、克服限制（地形）以及經(jīng)濟(jì)性等方面闡述其優(yōu)勢(shì)。五、論述題1.論述云物理過(guò)程在水循環(huán)和氣候變化中的重要作用：*水循環(huán)：云是水循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。云通過(guò)凝結(jié)和凝華將大氣中的水汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)或固態(tài)水，形成降水（雨、雪、冰雹等），是大氣水汽返回地表的主要途徑。云的蒸發(fā)和升華則補(bǔ)充大氣水汽，影響局地乃至全球的水汽輸送。云的形態(tài)和分布影響蒸散發(fā)過(guò)程。云覆蓋改變了地表反照率，進(jìn)而影響局地水分平衡。*氣候變化：云是地球氣候系統(tǒng)中最主要的反饋機(jī)制之一。云通過(guò)改變地球的輻射收支影響能量平衡：低云因其高反照率主要產(chǎn)生冷卻效應(yīng)；中高云因其對(duì)紅外輻射的有效吸收和反射，其氣候效應(yīng)復(fù)雜，但總體上對(duì)地表有保溫作用。云的變化（如云量、云型、云頂高度、云的垂直分布）會(huì)顯著影響地表和大氣溫度，進(jìn)而通過(guò)正負(fù)反饋循環(huán)放大或減弱其他氣候強(qiáng)迫（如溫室氣體增加）的影響，對(duì)全球和區(qū)域氣候變化產(chǎn)生關(guān)鍵作用。云還通過(guò)影響大氣環(huán)流（如印度洋上的暖濕云對(duì)季風(fēng)的影響）進(jìn)一步影響氣候。**解析思路：*考查對(duì)云在兩個(gè)關(guān)鍵地球系統(tǒng)（水循環(huán)、氣候變化）中作用的理解深度和廣度。答案需分別論述云在水循環(huán)各環(huán)節(jié)（蒸發(fā)、凝結(jié)、降水、水汽輸送）的作用，以及云作為氣候反饋機(jī)制（輻射強(qiáng)迫、對(duì)能量平衡的影響、對(duì)大氣環(huán)流的影響）在氣候變化中的作用機(jī)制和重要性。2.論述云物理參數(shù)化方案在大氣科學(xué)模型中的地位和挑戰(zhàn)：*地位：云物理參數(shù)化是大氣科學(xué)（特別是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和氣候模擬）中至關(guān)重要的組成部分。由于計(jì)算資源限制，模型無(wú)法對(duì)云的每一個(gè)微物理過(guò)程進(jìn)行逐格點(diǎn)、逐尺度的高分辨率模擬，必須采用參數(shù)化方案來(lái)代表這些微觀過(guò)程。參數(shù)化方案將云的微物理特性與宏觀氣象變量（如溫度、水汽、風(fēng)速等）聯(lián)系起來(lái)，將局地微物理過(guò)程對(duì)宏觀場(chǎng)的影響累加起來(lái)，從而在模型中再現(xiàn)云的形成、演變、降水等特征。它是連接宏觀動(dòng)力學(xué)與微觀物理過(guò)程、實(shí)現(xiàn)大氣系統(tǒng)整體模擬的關(guān)鍵橋梁，直接影響模型的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性和對(duì)氣候變化的模擬能力。*挑戰(zhàn)：云物理過(guò)程極其復(fù)雜，涉及多尺度、多相流、復(fù)雜的粒子相互作用和湍流混合，目前對(duì)其許多過(guò)程的理解仍有不足。參數(shù)化方案面臨的主要挑戰(zhàn)包括：*復(fù)雜性與簡(jiǎn)化性的矛盾：需要在盡可能保留關(guān)鍵物理機(jī)制的同時(shí)，簡(jiǎn)化計(jì)算，這往往導(dǎo)致模型無(wú)法完全捕捉真實(shí)過(guò)程的細(xì)節(jié)和時(shí)空變率。*參數(shù)化不確定性：參數(shù)化方案中的許多參數(shù)（如增長(zhǎng)率、散射效率等）是基于觀測(cè)或理論推導(dǎo)的經(jīng)驗(yàn)性或半經(jīng)驗(yàn)性常數(shù)，存在固有的不確定性和依賴(lài)性，使得模型模擬結(jié)果存在偏差。*尺度轉(zhuǎn)換問(wèn)題：如何準(zhǔn)確地將局地微物理過(guò)程的結(jié)果（如云滴增長(zhǎng)）推廣到模型網(wǎng)格尺度上，并考慮不同尺度間的相互作用，是一個(gè)難題。*觀測(cè)約束的缺乏：高質(zhì)量、高時(shí)空分辨率的云物理觀測(cè)