2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣科學(xué)研究中海洋環(huán)流與陸地氣候系統(tǒng)交互作用研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.Ekman泵力2.海氣熱力差異3.遙相關(guān)4.陸風(fēng)入侵5.混合層二、簡答題（每題5分，共25分）1.簡述風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)海洋表面環(huán)流的基本過程。2.描述海洋與陸地之間進(jìn)行感熱交換和潛熱交換的主要影響因素。3.解釋厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，太平洋中東部海氣相互作用的主要特征及其對全球大氣環(huán)流的影響。4.指出土地利用變化可能通過哪些途徑影響區(qū)域氣候系統(tǒng)。5.簡述衛(wèi)星遙感技術(shù)在觀測海氣交互過程中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。三、論述題（每題10分，共30分）1.詳細(xì)闡述海表溫度（SST）變化如何通過影響大氣行星波活動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域降水異常。2.分析上升流系統(tǒng)對區(qū)域氣候和生物地球化學(xué)循環(huán)的重要作用。3.探討在全球變暖背景下，海洋環(huán)流系統(tǒng)可能發(fā)生的變化及其對陸地氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生的遠(yuǎn)距離影響。試卷答案一、名詞解釋1.Ekman泵力：指在地轉(zhuǎn)平衡條件下，風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)海洋表層水體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于科里奧利力的作用，表層水流方向落后于風(fēng)矢方向（北半球向右，南半球向左），導(dǎo)致從海面向深海輸送的水量（體積通量）存在輻合的現(xiàn)象。這個(gè)驅(qū)動(dòng)深層海水垂直運(yùn)動(dòng)的力被稱為Ekman泵力。**解析思路：*理解Ekman泵力的核心在于抓住其產(chǎn)生機(jī)制（風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下的科里奧利力效應(yīng)）和物理意義（驅(qū)動(dòng)深層海水垂直運(yùn)動(dòng)的水量輻合）。需要知道它是由風(fēng)應(yīng)力引起的，并且其效果是向深層輸送水量。2.海氣熱力差異：指海洋和陸地在全球或區(qū)域尺度上存在的平均或變化的溫度特征及其差異。由于海洋具有高熱容量和巨大的水體體積，其溫度變化相對緩慢，對大氣有巨大的“熱慣性”；而陸地?zé)崛萘啃?，地表溫度變化快。這種熱力性質(zhì)的差異是驅(qū)動(dòng)海氣相互作用（如海風(fēng)、季風(fēng)、熱量交換）以及影響全球氣候系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本因素。**解析思路：*關(guān)鍵在于理解海洋和陸地的“熱力性質(zhì)”不同（熱容量、響應(yīng)速度），這種“差異”是相互作用和氣候現(xiàn)象的重要“驅(qū)動(dòng)力”或“背景”。3.遙相關(guān)：指大氣環(huán)流場上兩個(gè)不同地理位置之間存在顯著、同時(shí)的異常相關(guān)關(guān)系（通常表現(xiàn)為一種位相耦合，即一個(gè)地方的正異常對應(yīng)另一個(gè)地方的正異常，或一正一負(fù)）。這種相關(guān)關(guān)系通過行星波（如Rossby波）的遙相關(guān)型（TeleconnectionPattern）來體現(xiàn)，它揭示了大氣環(huán)流系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域間的非直接、長距離聯(lián)系，常與海洋熱力異常（如ENSO）等強(qiáng)迫有關(guān)。**解析思路：*核心是“不同地點(diǎn)”、“同時(shí)異常相關(guān)”、“通過行星波”。要能理解這是大氣內(nèi)部的一種聯(lián)系方式，并且常與海洋異常有關(guān)聯(lián)。4.陸風(fēng)入侵：指在夜間或無風(fēng)條件下，陸地冷卻快于海洋，導(dǎo)致陸地近地面氣壓高于海洋，空氣從陸地吹向海洋（陸風(fēng)）。當(dāng)這種陸風(fēng)足夠強(qiáng)時(shí)，可以越過海岸線，向海洋內(nèi)部發(fā)展，稱為陸風(fēng)入侵。它伴隨著近地面層的空氣下沉和干燥空氣的輸入，可能抑制近海區(qū)域的云和降水。**解析思路：*關(guān)鍵在于理解其觸發(fā)條件（陸海冷卻差異、無風(fēng)）、風(fēng)向（陸到海）以及可能的影響（下沉、干燥）。這是局地海陸交互的一個(gè)典型過程。5.混合層：指海洋表面附近的一個(gè)混合層，其垂直結(jié)構(gòu)特征是溫度和鹽度（密度）在垂直方向上相對均勻，或者垂直梯度較小?；旌蠈又饕ㄟ^與大氣（風(fēng)應(yīng)力、波浪）、海流以及內(nèi)部波動(dòng)（如內(nèi)波）的混合作用形成和維持?；旌蠈拥纳疃群托再|(zhì)對海氣熱量交換、海洋初級(jí)生產(chǎn)等過程有重要影響。**解析思路：*核心是“表面附近”、“混合層”、“溫鹽均勻或梯度小”。要理解其形成機(jī)制（混合）及其重要性（影響熱交換、初級(jí)生產(chǎn)等）。二、簡答題1.風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動(dòng)海洋表面環(huán)流的基本過程：風(fēng)應(yīng)力是驅(qū)動(dòng)海洋表面水體運(yùn)動(dòng)的主要外力。風(fēng)作用于海面，通過摩擦力將動(dòng)量傳遞給表層水，使表層水開始流動(dòng)。由于地球的自轉(zhuǎn)，受到科里奧利力的作用，北半球表層水流向偏離風(fēng)矢方向右側(cè)，南半球則向左側(cè)。在水流偏離風(fēng)向的過程中，由于質(zhì)量守恒（在水平方向上），水流會(huì)在其后方產(chǎn)生補(bǔ)償流，形成一個(gè)螺旋狀的結(jié)構(gòu)，即Ekman螺旋。從水平方向上看，Ekman輻合帶（北半球流向右偏，輻合；南半球流向左偏，輻合）將表層水輸送到深層，而Ekman輻散帶（北半球流向左偏，輻散；南半球流向右偏，輻散）則從深層將水輸送到表層，共同構(gòu)成了風(fēng)生洋流的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。**解析思路：*需要描述出風(fēng)應(yīng)力如何起作用，引入科里奧利力的效應(yīng)（改變流向），解釋Ekman螺旋的形成，并說明Ekman輻合/輻散對深層/表層水的輸送作用，最終形成宏觀洋流。2.海洋與陸地之間進(jìn)行感熱交換和潛熱交換的主要影響因素：感熱交換（顯熱交換）是指大氣與地表之間通過熱量傳遞方式進(jìn)行的能量交換，主要形式是大氣對地表的輻射加熱和地表對大氣的熱量傳導(dǎo)與對流。其大小主要受以下因素影響：①大氣與地表之間的溫度差（差值越大，交換越強(qiáng)）；②地表性質(zhì)（如風(fēng)速、粗糙度、反照率、熱容量）影響地表熱量傳導(dǎo)和對流；③大氣穩(wěn)定度（不穩(wěn)定大氣有利于對流，增強(qiáng)感熱交換）；④云量和日照（白天日照強(qiáng)，地表受熱增強(qiáng)，感熱交換也相應(yīng)增強(qiáng)）。潛熱交換是指水汽蒸發(fā)（從地表到大氣）和凝結(jié)（從大氣到地表）伴隨的相變潛熱交換。其大小主要受以下因素影響：①水面飽和差（即水汽壓差，差值越大，蒸發(fā)越強(qiáng)，潛熱通量越大）；②溫度（溫度越高，蒸發(fā)越強(qiáng)）；③大氣濕度（濕度越大，蒸發(fā)越弱）；④風(fēng)速（風(fēng)速越大，空氣流動(dòng)越快，水汽擴(kuò)散越快，通常有利于蒸發(fā)，增強(qiáng)潛熱通量）；⑤地表性質(zhì)（如植被覆蓋影響蒸騰）；⑥大氣穩(wěn)定度（不穩(wěn)定大氣有利于對流發(fā)展，可能伴隨水汽向上輸送和凝結(jié)）。**解析思路：*分別解釋感熱和潛熱的定義和影響因素。對于每個(gè)影響因素，要能說明其對感熱或潛熱通量的具體影響方向（增強(qiáng)或減弱）。3.厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，太平洋中東部海氣相互作用的主要特征及其對全球大氣環(huán)流的影響：厄爾尼諾期間，太平洋中東部海表溫度（SST）顯著異常增暖。這種海溫異常導(dǎo)致：①海氣熱力不平衡，大氣向上感熱通量增加；②增暖的海面加劇了大氣對流活動(dòng)，導(dǎo)致對流層低層水汽含量增加；③削弱了正常狀態(tài)下的信風(fēng)，甚至出現(xiàn)反信風(fēng)。這些變化進(jìn)一步引起大氣環(huán)流異常：①中東太平洋上升氣流增強(qiáng)，西太平洋下沉氣流減弱；②印度尼西亞地區(qū)經(jīng)向風(fēng)（季風(fēng)）增強(qiáng)或爆發(fā)；③赤道東太平洋地區(qū)對流活動(dòng)中心（ITCZ）位置異常偏東；④副熱帶高壓（如南太平洋副高）強(qiáng)度和位置發(fā)生變化。這些大氣環(huán)流異常通過遙相關(guān)型，進(jìn)而影響全球其他地區(qū)的降水和氣溫分布，例如導(dǎo)致南美西部干旱、澳大利亞東部和印度尼西亞等地降水異常增多。**解析思路：*需要描述ENSO的核心（SST增暖），解釋SST增暖如何改變大氣（熱力、對流、風(fēng)），進(jìn)而描述大氣環(huán)流的異常（上升/下沉、風(fēng)場、ITCZ、副高），最后點(diǎn)明這些大氣異常如何通過遙相關(guān)影響全球其他區(qū)域。4.土地利用變化可能通過哪些途徑影響區(qū)域氣候系統(tǒng)：土地利用變化通過改變地表反照率、蒸散發(fā)、粗糙度、熱容量等下墊面參數(shù)，進(jìn)而影響區(qū)域能量平衡和大氣環(huán)流，最終改變區(qū)域氣候。具體途徑包括：①改變反照率：城市擴(kuò)張、森林砍伐（若為裸地或草地替代森林）通常使地表反照率降低（變暗），吸收更多太陽輻射，導(dǎo)致地表增溫；而植樹造林、增加冰雪覆蓋則使反照率升高，地表降溫。②改變蒸散發(fā)：城市硬化（水泥、瀝青）大大減少了蒸散發(fā)，增加了地表蒸發(fā)熱量排放和近地面濕度；而恢復(fù)濕地、增加植被則增加了蒸散發(fā)，有冷卻效果。③改變粗糙度：城市地區(qū)建筑物使地表粗糙度增大，可能減弱近地面風(fēng)速，影響污染物擴(kuò)散和局地環(huán)流；森林砍伐使粗糙度減小，可能增強(qiáng)風(fēng)。④改變熱容量和熱慣性：城市下墊面熱容量小，熱慣性低，升溫降溫快；而植被和水體熱容量大，熱慣性高，溫度變化緩慢。這些改變共同作用，可能導(dǎo)致局地氣溫、降水、濕度、風(fēng)場等氣候要素發(fā)生改變，并可能通過大氣環(huán)流的變化產(chǎn)生區(qū)域乃至全球尺度的間接影響。**解析思路：*需要列舉土地利用變化影響氣候的幾個(gè)主要物理參數(shù)（反照率、蒸散發(fā)、粗糙度、熱容），并分別說明每個(gè)參數(shù)改變?nèi)绾斡绊懩芰科胶饣虼髿鈩?dòng)力，最終導(dǎo)致氣候（溫度、降水等）的變化。5.衛(wèi)星遙感技術(shù)在觀測海氣交互過程中的主要應(yīng)用領(lǐng)域：衛(wèi)星遙感為大規(guī)模、長時(shí)序觀測海氣交互過程提供了獨(dú)特優(yōu)勢。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：①海表溫度（SST）監(jiān)測：通過紅外和微波遙感技術(shù)，衛(wèi)星可提供全球范圍、高時(shí)間分辨率的SST場，是研究ENSO、海氣熱量交換、洋流特征及其對氣候的影響的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。②海洋表面風(fēng)場遙感：利用微波高度計(jì)（測風(fēng)衛(wèi)星）或散射計(jì)（如QuikSCAT,ASCAT）反演海面風(fēng)場，用于研究風(fēng)生洋流、Ekman泵力、海氣能量交換以及影響臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)對流天氣發(fā)展的大氣邊界層風(fēng)場。③大氣水汽和云量觀測：利用紅外、微波輻射計(jì)和云雷達(dá)/激光雷達(dá)等遙感手段，監(jiān)測大氣柱水汽含量、云的分布和性質(zhì)，用于研究大氣水汽來源（海洋蒸發(fā)）、水汽輸送路徑、云對海氣熱量和輻射平衡的影響，以及水汽在潛熱交換中的作用。④海表鹽度監(jiān)測：利用微波輻射計(jì)反演海表鹽度，對于理解海洋環(huán)流、水團(tuán)混合、海洋生物地球化學(xué)循環(huán)（如碳循環(huán)）以及其對氣候系統(tǒng)的影響至關(guān)重要。⑤陸地表面溫度、蒸散發(fā)、植被指數(shù)監(jiān)測：通過紅外遙感測地表溫度，利用被動(dòng)微波或活躍微波遙感估算蒸散發(fā)，通過光學(xué)遙感監(jiān)測植被指數(shù)（NDVI）評(píng)估陸地蒸騰和初級(jí)生產(chǎn)力，這些都直接關(guān)系到海陸間水熱交換的強(qiáng)度和特征。⑥觀測大氣邊界層結(jié)構(gòu)：利用激光雷達(dá)等探測近地面風(fēng)速、氣溫、水汽廓線，以及邊界層高度，了解海風(fēng)、陸風(fēng)、城市熱島等局地環(huán)流特征。**解析思路：*需要說明衛(wèi)星遙感能“觀測”哪些海氣交互相關(guān)的物理量（SST、風(fēng)、水汽、云、鹽度、地表參數(shù)、邊界層），并點(diǎn)明這些觀測對于研究哪些具體的交互過程或現(xiàn)象（熱量、水分、動(dòng)量交換，ENSO，洋流，水汽輸送等）是“重要”的或“基礎(chǔ)”的。三、論述題1.詳細(xì)闡述海表溫度（SST）變化如何通過影響大氣行星波活動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域降水異常。海表溫度（SST）是影響大氣環(huán)流的重要邊界強(qiáng)迫。當(dāng)某個(gè)區(qū)域的SST異常升高時(shí)，該區(qū)域近地面氣壓降低，形成一個(gè)熱低壓。這個(gè)熱低壓會(huì)吸引周圍區(qū)域的高空氣流輻合，導(dǎo)致對流層低層空氣受熱、膨脹、上升，形成加強(qiáng)的對流活動(dòng)。同時(shí)，由于地面受熱，近地面氣壓進(jìn)一步降低，低層氣流也趨向輻合。這種海氣相互作用導(dǎo)致該區(qū)域低層大氣具有更強(qiáng)的正渦度。根據(jù)波動(dòng)理論，行星波（特別是Rossby波）在通過正渦度區(qū)時(shí)，會(huì)經(jīng)歷共振放大，波能增強(qiáng)，波幅增大。Rossby波的傳播路徑和強(qiáng)度受到其上傳播動(dòng)（包括地轉(zhuǎn)風(fēng)和渦度）的影響。在行星波共振放大的區(qū)域，波導(dǎo)通量增加，導(dǎo)致波引導(dǎo)的氣流和水汽輸送發(fā)生改變。例如，某個(gè)區(qū)域的SST增暖可能導(dǎo)致該區(qū)域上游的副熱帶高壓增強(qiáng)或西伸，或者使得行星波引導(dǎo)的暖濕氣流在某個(gè)區(qū)域堆積，或者引導(dǎo)干冷空氣流向另一個(gè)區(qū)域。這些大氣環(huán)流的變化最終導(dǎo)致區(qū)域降水分布的異常：原來降水偏多的區(qū)域可能因暖濕氣流減弱或干冷空氣入侵而變干，而原來降水偏少的區(qū)域可能因暖濕氣流增強(qiáng)或水汽輻合而變濕。這種通過SST變化→大氣渦度變化→行星波活動(dòng)變化→大氣環(huán)流（風(fēng)場、水汽輸送）變化→區(qū)域降水異常的機(jī)制，是解釋海溫異常（如ENSO）導(dǎo)致全球多地降水異常的重要理論框架。**解析思路：*需要構(gòu)建一個(gè)完整的因果鏈：SST變化→大氣（低層氣壓、渦度）變化→行星波活動(dòng)（共振放大、路徑/強(qiáng)度）變化→大氣環(huán)流（風(fēng)場、水汽輸送）變化→區(qū)域降水異常。要涉及到具體的物理過程（熱低壓、對流、渦度、Rossby波共振、波導(dǎo)通量）和大氣環(huán)流要素。2.分析上升流系統(tǒng)對區(qū)域氣候和生物地球化學(xué)循環(huán)的重要作用。上升流系統(tǒng)是指海洋中深層冷、咸、營養(yǎng)鹽豐富的水因密度較大而沿海底上涌至表層的過程。上升流對區(qū)域氣候和生物地球化學(xué)循環(huán)具有多重重要作用：①對區(qū)域氣候的影響：上升流將深層的冷水和熱量輸送到表層，導(dǎo)致上升流區(qū)域的表層海水溫度降低。這會(huì)改變海氣之間的熱量交換，通常使得上升流區(qū)域的近地面氣溫也相應(yīng)偏低。同時(shí)，上升流區(qū)域的冷水和上升流帶來的水汽蒸騰可能導(dǎo)致低層大氣濕度較低，并可能抑制云的形成和發(fā)展，導(dǎo)致區(qū)域降水減少。例如，秘魯沿岸的上升流與該地區(qū)干燥少雨的氣候密切相關(guān)。此外，上升流區(qū)域形成的冷水鋒和鋒面不穩(wěn)定可能有利于發(fā)展對流天氣，但總體上因冷水抑制了感熱和潛熱交換，使得該區(qū)域氣候相對涼爽且干燥。②對生物地球化學(xué)循環(huán)的影響：上升流將深層儲(chǔ)存的大量營養(yǎng)鹽（如硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽）帶到表層，極大地豐富了表層水的營養(yǎng)狀況。這為表層浮游植物的光合作用提供了充足的“養(yǎng)料”，通常導(dǎo)致上升流區(qū)域出現(xiàn)大規(guī)模的、高密度的浮游植物爆發(fā)（漁場）。浮游植物是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，其大量繁殖支撐著豐富的魚類、磷蝦等海洋生物資源，形成著名的“上升流漁場”。同時(shí)，浮游植物通過光合作用吸收大氣中的CO2，釋放氧氣，上升流區(qū)域的高生產(chǎn)力對全球碳循環(huán)和氧循環(huán)具有重要作用。此外，上升流區(qū)域還涉及氮循環(huán)的特殊過程，如“氮循環(huán)再生”，即微生物分解有機(jī)物時(shí)釋放的氮被浮游植物重新吸收利用，提高了氮的利用效率。**解析思路：*需要分別論述上升流對“氣候”（溫度、濕度、降水）和“生物地球化學(xué)”（營養(yǎng)鹽、浮游植物、食物鏈、碳循環(huán)、氮循環(huán)）的影響。對于氣候，要解釋冷水如何影響海氣熱量交換和大氣環(huán)流。對于生物地球化學(xué)，要強(qiáng)調(diào)營養(yǎng)鹽上涌對初級(jí)生產(chǎn)力的作用，并提及相關(guān)的生態(tài)和全球循環(huán)效應(yīng)。3.探討在全球變暖背景下，海洋環(huán)流系統(tǒng)可能發(fā)生的變化及其對陸地氣候系統(tǒng)可能產(chǎn)生的遠(yuǎn)距離影響。全球變暖導(dǎo)致海洋普遍增溫，這不僅改變了海洋的溫鹽結(jié)構(gòu)，也深刻影響著全球海洋環(huán)流系統(tǒng)，進(jìn)而可能通過大氣遙相關(guān)等方式對陸地氣候系統(tǒng)產(chǎn)生遠(yuǎn)距離影響。主要變化及其影響包括：①溫躍層深度變化與混合層增厚：全球變暖導(dǎo)致海水溫度升高，特別是高緯度地區(qū)海洋增溫更顯著。這使得溫躍層（溫度差異最大的水體層）的位置上移，厚度增加。同時(shí)，表層海水增溫也導(dǎo)致混合層（表層溫度均勻或梯度小的水體層）增厚。溫躍層加深和混合層增厚意味著表層到深層的水體交換減弱，海洋向大氣的感熱和潛熱通量減少，海洋對大氣降水的貢獻(xiàn)（通過水汽蒸發(fā)）可能減少。這可能導(dǎo)致海洋變暖區(qū)域上空的大氣對流活動(dòng)減弱，進(jìn)而影響區(qū)域降水。②副熱帶環(huán)流（如環(huán)流）的調(diào)整：海洋增暖可能改變副熱帶地區(qū)海氣相互作用，例如可能削弱副熱帶高壓，導(dǎo)致其位置偏移或強(qiáng)度變化。這會(huì)改變經(jīng)向熱量輸送，并可能影響行星波的引導(dǎo)，進(jìn)而通過遙