2025年大學《空間科學與技術》專業(yè)題庫——行星氣象與天氣預測技術考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的代表字母填涂在答題卡相應位置。）1.在類地行星中，大氣最為稀薄且以二氧化碳為主的是：A.地球B.火星C.金星D.水星2.以下哪種遙感技術主要利用行星大氣對紅外輻射的選擇性吸收來探測大氣溫度和成分？A.可見光相機B.微波輻射計C.紅外光譜儀D.激光雷達3.行星大氣環(huán)流的基本驅動力是：A.行星自轉B.太陽輻射加熱不均C.大氣成分差異D.行星磁場作用4.用來定量描述大氣中水汽含量或云的液態(tài)水含量常用的單位是：A.毫巴（mb）B.百分比（%）C.克每立方米（g/m3）D.毫米水柱（mm）5.在行星數值天氣預報模型中，初始條件通常指的是：A.模型停止運行時的天氣狀態(tài)B.未來時刻的預測天氣狀態(tài)C.模型開始運行時，行星大氣各物理量（如溫度、壓力、風速）的空間分布D.模型設計參數6.木星大紅斑被認為是一種持續(xù)了數百年的巨大：A.溫帶氣旋B.絕對寧靜區(qū)C.反氣旋風暴D.等溫線閉合7.以下哪項技術通常不用于行星大氣成分的直接采樣？A.探空氣球B.穿透式探測器C.空間探測器上的質譜儀D.遠距離遙感光譜分析8.行星氣象衛(wèi)星的軌道選擇通常會考慮：A.軌道高度越高，觀測分辨率越高B.能夠實現對特定行星進行連續(xù)覆蓋C.軌道周期必須等于行星自轉周期D.僅限于極地軌道以觀測全球9.影響行星天氣系統(tǒng)移動速度和路徑的主要因素之一是：A.行星表面重力加速度B.行星大氣的總質量C.行星科里奧利參數的大小D.行星表面平均溫度10.將衛(wèi)星遙感數據轉化為可用于氣象分析或模型輸入的產品的過程通常被稱為：A.數據壓縮B.數據傳輸C.數據預處理D.數據加密二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填寫在答題卡相應位置。）1.行星大氣的________是指大氣中各種氣體的垂直分布情況。2.________是指行星大氣中溫度隨高度變化的平均規(guī)律。3.衛(wèi)星氣象觀測中，被動遙感是指利用傳感器接收________發(fā)射或反射的電磁波。4.行星上的________是由大氣中的水汽凝結物（如云、霧）或固態(tài)水（如霜、雪）組成的天氣現象。5.數值天氣預報模型通?；赺_______方程組來描述大氣運動和變化。6.火星大氣的主要成分是________和二氧化碳。7.________是指利用攜帶探測儀器的飛行器（如火箭、氣球）進入行星大氣進行探測的技術。8.影響行星云層物理特性（如厚度、溫度）的關鍵因素包括________和水汽含量。9.在行星氣象學中，________是指一個地區(qū)的風向和風速隨時間的變化狀況。10.空間技術的發(fā)展為行星氣象________和________提供了強大的技術支撐。三、簡答題（每小題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述行星大氣與地球大氣的異同點。2.解釋什么是行星的熱力學層和動力學層。3.簡述利用衛(wèi)星遙感數據反演行星大氣溫度的方法原理。4.列舉三種常用的行星數值天氣預報模型，并簡述其基本應用場景。四、計算題（共15分。請寫出計算過程和結果。）假設某火星探測器測得大氣壓力為500帕斯卡（Pa），溫度為-50攝氏度（°C）。已知火星大氣主要成分是二氧化碳（CO?），其平均摩爾質量為44克/摩爾（g/mol）。請計算此時火星該高度處大氣的密度（ρ）。（空氣密度計算公式：ρ=P/(R*T)，其中P為壓力，R為特定氣體常數，T為絕對溫度（K）。對于混合氣體，R可近似視為單一氣體的摩爾氣體常數R=8.31焦耳/(摩爾·開爾文)）。請將結果以千克/立方米（kg/m3）為單位表示。五、論述題（共25分。請圍繞下列問題展開論述。）結合空間探測技術的特點，論述衛(wèi)星遙感數據在行星天氣預報中的應用優(yōu)勢、面臨的挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.C5.C6.C7.A8.B9.C10.C二、填空題1.垂直結構2.大氣垂直溫度分布3.行星自身（或：目標行星）4.云5.熱力學（或：流體力學和熱力學）6.氮氣7.直接探測（或：原位探測）8.溫度9.氣象要素（或：天氣狀況）10.觀測；預測三、簡答題1.解析思路：對比類地行星和地球大氣。同：都是由氣體組成，受太陽輻射影響。異：主要成分（地球氮氧，火星二氧化碳），大氣密度（火星稀?。?，大氣層厚度（火星薄），極端溫度（火星溫差大）。2.解析思路：區(qū)分兩層功能和結構。熱力學層：主要進行熱量交換和相變，與天氣現象（云、輻射）密切相關。動力學層：主要表現大氣的宏觀運動，如風、環(huán)流。3.解析思路：闡述核心原理。利用紅外輻射的吸收定律（如水汽、二氧化碳吸收特定波段的紅外輻射）。通過測量大氣發(fā)射或反射的紅外輻射強度，結合大氣窗口和吸收特性，反推出大氣溫度。4.解析思路：列舉模型并說明應用。例1：全球大氣模型（GCM），用于全球或大范圍天氣預報。例2：區(qū)域大氣模型（RAM），用于中小尺度天氣過程預報。例3：專門行星模型（如火星氣象模型），針對特定行星進行精細化預報。應用場景：為行星探測任務提供天氣支持，科學研究。四、計算題計算過程：1.將溫度轉換為絕對溫度：T(K)=T(°C)+273.15=>T=-50+273.15=223.15K2.確定計算公式：ρ=P/(R*T)3.確定各參數值：*P=500Pa*R=8.31J/(mol·K)（通用氣體常數，注意題目中摩爾質量單位是g/mol，此處R直接使用）*T=223.15K4.代入公式計算：ρ=500Pa/(8.31J/(mol·K)*223.15K)ρ≈500/1853.8ρ≈0.269kg/m3結果：ρ≈0.27kg/m3五、論述題解析思路：1.應用優(yōu)勢：*宏觀與全球覆蓋：衛(wèi)星可從空間對行星進行大范圍、連續(xù)的觀測，克服地面觀測的局限性和片面性，獲取全球或大區(qū)域天氣信息。*高頻次與實時性：衛(wèi)星可相對高頻次地獲取數據，有助于捕捉快速變化的天氣系統(tǒng)，為短期預報提供依據。*多維探測能力：不同類型的衛(wèi)星傳感器（光學、紅外、微波）可探測不同物理量（溫度、濕度、云層、風場等），提供多維度的觀測數據。*節(jié)省成本與效率：相對于大量地面探測站或探空，衛(wèi)星觀測成本效益高，覆蓋范圍廣。2.面臨的挑戰(zhàn)：*數據定標與校正：衛(wèi)星遙感數據需要復雜的定標和校正，以消除傳感器誤差和大氣影響，保證數據質量。*時空分辨率限制：衛(wèi)星觀測的時空分辨率受傳感器技術和軌道參數限制，可能無法滿足精細化預報或小尺度天氣分析的需求。*數據處理與分析復雜性：海量衛(wèi)星數據的處理、傳輸、存儲和分析需要強大的計算能力和專業(yè)算法。*云層覆蓋遮擋：微波窗口之外的可見光和紅外觀測常被行星云層遮擋，導致部分區(qū)域信息缺失。*行星環(huán)境特殊性：不同行星大氣成分、溫度、輻射環(huán)境差異大，對遙感技術和數據處理方法提出特殊要求。3.未來發(fā)展方向：*多平臺、多傳感器融合：整合不同類型衛(wèi)星（如氣象、成像、專用探測衛(wèi)星）的數據，以及地面觀測數據，實現信息互補。*提高觀測精度與分辨率：發(fā)展更先進的傳感器技術，提高空間、時間和光譜分辨率。*發(fā)展智能數據處理算法：應用人工智能、機