2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣科學(xué)中的季節(jié)性氣候預(yù)測考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.季節(jié)性氣候預(yù)測主要解決的問題是（）。A.幾小時后某地的氣溫和降水B.未來一周某地的天氣變化趨勢C.未來幾個月甚至一年內(nèi)某地或某區(qū)域的大氣環(huán)流和氣候態(tài)的預(yù)測D.未來幾年全球平均氣溫的變化2.以下哪一項不是導(dǎo)致季節(jié)性氣候預(yù)測具有挑戰(zhàn)性的根本原因？（）A.大氣系統(tǒng)內(nèi)部存在著混沌特性B.預(yù)測時間尺度較長，初始誤差的累積效應(yīng)顯著C.大氣系統(tǒng)受到外部強迫（如太陽活動、火山噴發(fā)）的影響復(fù)雜D.可用的觀測資料在時空分辨率上已非常完善3.厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）現(xiàn)象主要對哪個區(qū)域的季節(jié)性氣候產(chǎn)生顯著影響？（）A.北太平洋中北部B.北大西洋東部C.西太平洋和印度洋地區(qū)D.南極洲4.在季節(jié)性氣候預(yù)測中，集合數(shù)值預(yù)報方法的主要目的是（）。A.提高模式對初始條件的敏感性模擬能力B.直接提供精確的單個預(yù)報結(jié)果C.完全替代統(tǒng)計預(yù)測方法D.減少模式物理參數(shù)的調(diào)試工作5.下列哪種統(tǒng)計方法通常依賴于尋找過去氣候態(tài)與未來預(yù)測場之間的統(tǒng)計關(guān)系？（）A.集合成員平均法B.基于氣候態(tài)的統(tǒng)計方法（如回歸模型）C.隨機天氣生成法D.模式輸出統(tǒng)計降尺度6.季節(jié)性氣候預(yù)測的可預(yù)報性極限主要受限于（）。A.模式分辨率的高低B.計算資源的充足程度C.大氣系統(tǒng)自身內(nèi)在的隨機性和混沌特性D.觀測資料的精確度7.某種季節(jié)性預(yù)測指數(shù)（如Nino3.4指數(shù)）被用來指示ENSO狀態(tài)，這種做法屬于（）。A.動力學(xué)模式預(yù)測B.集合預(yù)報應(yīng)用C.基于指數(shù)的統(tǒng)計預(yù)測D.模式降尺度技術(shù)8.評估季節(jié)性氣候預(yù)測技巧常用的指標(biāo)除了均方根誤差（RMSE）外，還包括（）。A.相關(guān)系數(shù)（CorrelationCoefficient）B.偏差（Bias）C.預(yù)測技巧評分（TSScore）D.以上所有9.季節(jié)性氣候預(yù)測在農(nóng)業(yè)方面的主要應(yīng)用包括（）。A.短期作物病蟲害預(yù)警B.確定最佳播種和收獲時間C.預(yù)測未來幾天的天氣變化D.精確預(yù)測單株作物的產(chǎn)量10.與統(tǒng)計方法相比，動力學(xué)方法在季節(jié)性氣候預(yù)測中的主要優(yōu)勢在于（）。A.能更好地模擬物理過程B.對初始場要求較低C.計算成本相對較低D.更容易建立和調(diào)整二、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題。）1.簡述海溫異常（如厄爾尼諾）如何影響大氣環(huán)流，進(jìn)而對下游地區(qū)造成季節(jié)性氣候影響。2.簡要說明集合數(shù)值預(yù)報方法在提高季節(jié)預(yù)測可靠性方面相比確定性預(yù)報有哪些優(yōu)勢。3.解釋什么是氣候態(tài)統(tǒng)計方法，并舉例說明其在季節(jié)性預(yù)測中的應(yīng)用。4.列舉至少三個影響季節(jié)性氣候預(yù)測準(zhǔn)確性的主要因素。三、論述題（每題10分，共30分。請圍繞下列問題展開論述。）1.比較分析動力學(xué)方法（如GCM集合預(yù)報）和統(tǒng)計方法在季節(jié)性氣候預(yù)測中的基本原理、優(yōu)缺點和適用場景。2.以某個具體的應(yīng)用領(lǐng)域（如水資源管理、防災(zāi)減災(zāi)）為例，論述季節(jié)性氣候預(yù)測提供的信息價值及其面臨的挑戰(zhàn)。3.討論當(dāng)前季節(jié)性氣候預(yù)測領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)，并設(shè)想可能的未來發(fā)展方向。四、分析題（10分。請根據(jù)要求進(jìn)行分析。）假設(shè)某研究團隊利用統(tǒng)計方法建立了基于歷史ENSO指數(shù)和海溫場預(yù)測未來夏季亞洲季風(fēng)降水量的模型。模型預(yù)測結(jié)果顯示，在當(dāng)前ENSO指數(shù)處于“暖位相”且海溫場呈現(xiàn)特定配置時，未來夏季亞洲季風(fēng)降水將偏多。請分析這個預(yù)測結(jié)果的可靠性可能受到哪些因素的影響？試卷答案一、選擇題（每題2分，共20分。）1.C解析：季節(jié)性氣候預(yù)測關(guān)注的是未來數(shù)月到一年內(nèi)的大氣環(huán)流和氣候態(tài)變化，這與選項C的描述一致。選項A、B是短期天氣預(yù)報范疇，選項D是長期氣候變化研究范疇。2.D解析：季節(jié)性氣候預(yù)測的挑戰(zhàn)主要源于大氣系統(tǒng)的混沌特性、初始誤差的累積、外部強迫的復(fù)雜性以及觀測資料的局限性。觀測資料的不完善是重要因素，但并非根本原因，現(xiàn)代觀測手段已相當(dāng)發(fā)達(dá)。3.C解析：ENSO現(xiàn)象是發(fā)生在熱帶太平洋海氣相互作用的一個關(guān)鍵氣候現(xiàn)象，對全球氣候，特別是西太平洋和印度洋地區(qū)的季節(jié)性天氣具有廣泛而顯著的影響。4.A解析：集合數(shù)值預(yù)報通過運行多個具有微小不同初始條件或/和物理參數(shù)變化的模式模擬，旨在模擬大氣系統(tǒng)的內(nèi)在隨機性，從而提供概率性的預(yù)報，提高預(yù)報的可靠性，特別是對于季節(jié)尺度這種受隨機性影響顯著的預(yù)報。5.B解析：基于氣候態(tài)的統(tǒng)計方法，如回歸模型、時間序列分析等，其核心是利用歷史數(shù)據(jù)中氣候態(tài)（如某個預(yù)測量與已知因子）之間的統(tǒng)計關(guān)系來預(yù)測未來的狀態(tài)。6.C解析：大氣系統(tǒng)本身的混沌特性和內(nèi)在隨機性決定了存在一個不可逾越的預(yù)測時間極限，即信息無法被無限期地精確傳遞，這是季節(jié)性氣候預(yù)測可預(yù)報性極限的根本原因。7.C解析：使用統(tǒng)計指數(shù)（如Nino3.4）作為預(yù)測因子或預(yù)測指標(biāo)，是基于歷史統(tǒng)計關(guān)系的一種簡化統(tǒng)計預(yù)測方法。8.D解析：評估季節(jié)性氣候預(yù)測效果時，常用指標(biāo)包括衡量絕對誤差的RMSE、衡量系統(tǒng)偏差的Bias，以及綜合考慮準(zhǔn)確性和偏差的TSScore等。9.B解析：季節(jié)性氣候預(yù)測可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者提供未來幾個月降水、溫度趨勢的信息，幫助他們做出關(guān)于播種、灌溉、施肥、收獲時間的決策。選項A是短期預(yù)警，選項C是短期預(yù)報，選項D是產(chǎn)量預(yù)測，精度要求更高。10.A解析：動力學(xué)方法基于大氣運動的基本方程，通過模式模擬物理過程來預(yù)測未來狀態(tài)，理論上能更全面地描述大氣系統(tǒng)，這是其相比統(tǒng)計方法的主要優(yōu)勢。統(tǒng)計方法依賴于歷史統(tǒng)計關(guān)系，可能無法完全捕捉物理機制的變化。二、簡答題（每題5分，共20分。）1.解析：海溫異常（如厄爾尼諾的暖位相）會改變海氣相互作用的熱力平衡，導(dǎo)致海洋上空大氣溫度升高、對流活動增強，產(chǎn)生更多的水汽和動量向大氣輸送。這會擾動大氣環(huán)流，例如可能改變信風(fēng)帶的位置和強度，影響副熱帶高壓的強度和位置，進(jìn)而導(dǎo)致遠(yuǎn)距離的遙相關(guān)型（如ENSO模態(tài)）被觸發(fā)或增強。當(dāng)這些改變的環(huán)流模式影響到下游地區(qū)時，就會導(dǎo)致這些地區(qū)出現(xiàn)異常的氣溫和降水，例如，某些地區(qū)可能變得異常干燥，而另一些地區(qū)則異常濕潤。2.解析：集合數(shù)值預(yù)報通過提供多個可能的未來狀態(tài)（集合成員），能夠更好地反映大氣系統(tǒng)的不確定性。對于季節(jié)預(yù)測這種時間尺度長、受隨機性影響大的問題，集合預(yù)報可以給出預(yù)測量的概率分布，而不僅僅是單一的確定性數(shù)值。這使得決策者能了解到預(yù)測的不確定性范圍，從而做出更穩(wěn)健的決策。此外，通過分析集合成員之間的差異，還可以診斷影響預(yù)測結(jié)果的關(guān)鍵物理過程。3.解析：氣候態(tài)統(tǒng)計方法是指利用歷史氣候數(shù)據(jù)中不同變量之間或同一變量在不同時間上的統(tǒng)計關(guān)系來構(gòu)建預(yù)測模型的方法。其基本思想是，當(dāng)前或過去的某些氣候因子（預(yù)測因子）的狀態(tài)與未來要預(yù)測的氣候變量（預(yù)測量）之間存在統(tǒng)計上的聯(lián)系。例如，可以建立回歸方程，用厄爾尼諾指數(shù)預(yù)測未來季風(fēng)的強度。其應(yīng)用廣泛，可用于當(dāng)動力學(xué)模式預(yù)測能力不足或計算成本過高時，提供一種快速、經(jīng)濟的預(yù)測手段。4.解析：影響季節(jié)性氣候預(yù)測準(zhǔn)確性的因素主要包括：①初始場的質(zhì)量和完整性；②模式的物理過程參數(shù)化方案的準(zhǔn)確性；③模式分辨率對關(guān)鍵物理過程（如海氣相互作用）的模擬能力；④大氣系統(tǒng)本身內(nèi)在的隨機性和混沌特性（即可預(yù)報性極限）；⑤外部強迫因素（如太陽活動、火山噴發(fā)）的準(zhǔn)確表征；⑥預(yù)測因子與預(yù)測量之間統(tǒng)計關(guān)系的變化（對于統(tǒng)計方法）。三、論述題（每題10分，共30分。）1.解析：動力學(xué)方法基于大氣運動的基本物理定律（質(zhì)量、動量、能量守恒）和化學(xué)方程，通過數(shù)值模式模擬大氣演變過程。其優(yōu)點是理論上能全面描述物理過程，預(yù)測結(jié)果物理意義清晰，尤其適用于理解機制。缺點是模式需要復(fù)雜的參數(shù)化方案來描述小尺度過程，存在參數(shù)不確定性；計算成本高昂，特別是對于長時效預(yù)測；對初始場精度要求高，誤差累積快。統(tǒng)計方法主要基于歷史數(shù)據(jù)尋找變量間的統(tǒng)計關(guān)系，優(yōu)點是計算簡單、快速，能捕捉到復(fù)雜非線性關(guān)系，對模式依賴性較小。缺點是物理機制不明確，預(yù)測結(jié)果的可解釋性差，且當(dāng)統(tǒng)計關(guān)系隨時間變化時，預(yù)測效果可能下降。適用場景上，動力學(xué)方法適用于對物理過程理解深入、需要高質(zhì)量初始場、且計算資源允許的場景；統(tǒng)計方法適用于快速預(yù)報、模式能力有限或作為動力學(xué)預(yù)報的補充/驗證場景。2.解析：例如在水資源管理中，季節(jié)性降水預(yù)測至關(guān)重要。準(zhǔn)確的降水預(yù)測可以幫助水資源管理者預(yù)測水庫來水量，合理安排蓄水、供水計劃，優(yōu)化灌溉策略，減輕干旱或洪澇災(zāi)害的風(fēng)險。預(yù)測提供的信息價值體現(xiàn)在能夠提前做出應(yīng)對措施，減少經(jīng)濟損失，保障糧食安全和社會穩(wěn)定。面臨的挑戰(zhàn)包括預(yù)測本身的不確定性（精度問題），預(yù)測信息傳遞和用戶理解的難點，以及將預(yù)測結(jié)果轉(zhuǎn)化為有效管理決策的復(fù)雜性（如需要考慮經(jīng)濟成本、社會影響等）。此外，氣候變化導(dǎo)致的氣候態(tài)變化本身也給基于歷史經(jīng)驗的預(yù)測帶來了新的不確定性。3.解析：當(dāng)前季節(jié)性氣候預(yù)測面臨的主要挑戰(zhàn)包括：①長期存在的可預(yù)報性極限，大氣系統(tǒng)的內(nèi)在隨機性和混沌特性限制了預(yù)測時效和精度；②模式對復(fù)雜物理過程（如云、陸面-大氣相互作用、極地過程）的模擬能力仍有限，導(dǎo)致系統(tǒng)性偏差；③觀測系統(tǒng)在時空分辨率、覆蓋范圍和精度上仍有不足，難以提供高質(zhì)量的初始場和約束信息；④極端天氣事件（如熱浪、強降水）的季節(jié)預(yù)測技巧仍然較低；⑤將預(yù)測信息有效轉(zhuǎn)化為用戶可用的決策支持產(chǎn)品，并實現(xiàn)跨學(xué)科、跨部門的協(xié)同應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。未來發(fā)展方向可能包括：①發(fā)展更先進(jìn)的數(shù)值模式，改進(jìn)參數(shù)化方案，提高模擬能力；②融合多源數(shù)據(jù)（衛(wèi)星、地面、遙感等）改進(jìn)初始場和同化技術(shù)；③發(fā)展更有效的集合預(yù)報策略和不確定性量化方法；④結(jié)合人工智能等技術(shù)改進(jìn)統(tǒng)計方法和模式降尺度；⑤加強對極端事件季節(jié)預(yù)測的理論和應(yīng)用研究；⑥構(gòu)建用戶友好型的預(yù)測信息服務(wù)平臺，促進(jìn)預(yù)測應(yīng)用。四、分析題（10分。）解析：該預(yù)測結(jié)果的可靠性可能受到以下因素的影響：①ENSO指數(shù)和海溫場歷史數(shù)據(jù)的質(zhì)量和代表性，如果數(shù)據(jù)存在偏差或不足，會影響統(tǒng)計模型的建立；②所使用的統(tǒng)計模型的