2025年大學《大氣科學》專業(yè)題庫——氣候變化對氣象預測的影響考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項字母填涂在答題卡相應位置）1.以下哪一項不是導致近現(xiàn)代全球變暖的主要人為因素？A.工業(yè)革命以來的化石燃料燃燒B.森林砍伐與土地利用變化C.平流層臭氧的消耗D.氣候系統(tǒng)對自然內部變率的響應2.數(shù)值天氣預報（NWP）模式的核心是求解描述大氣運動的哪組方程？A.牛頓運動定律B.電磁學定律C.大氣動力學和熱力學方程組D.量子力學方程組3.氣候變化背景下，溫室氣體濃度的增加主要導致哪種類型的天氣預報不確定性增大？A.初始條件不確定性B.模式參數(shù)化不確定性C.模式結構不確定性D.大氣系統(tǒng)對強迫的響應不確定性4.哪種大氣現(xiàn)象的預測顯著受到海冰覆蓋變化的影響？A.西太平洋副熱帶高壓位置B.北美大平原的季風降水C.北極地區(qū)阻塞高壓的形成頻率D.南半球極地渦旋的穩(wěn)定性5.氣候變化導致的大氣濕度增加，通常會對哪類天氣預報模型參數(shù)化方案提出更高要求？A.輻射傳輸參數(shù)化B.積云對流參數(shù)化C.邊界層物理參數(shù)化D.大氣環(huán)流參數(shù)化二、簡答題（每小題5分，共25分。請將答案寫在答題紙相應位置）6.簡述溫室效應的基本原理及其與氣候變化的關系。7.簡要說明數(shù)值天氣預報（NWP）模式中“模式分辨率”的概念及其對預測的影響。8.解釋“混沌理論”對短期天氣預報精度設置的理論極限。9.氣候變化如何改變厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）現(xiàn)象的預測？10.描述氣候變化背景下，極端降水事件預測面臨的額外挑戰(zhàn)。三、論述題（每小題10分，共30分。請將答案寫在答題紙相應位置）11.論述海洋變暖對熱帶大氣環(huán)流模式及其下游區(qū)域天氣預報可能產生的影響機制。12.分析全球變暖背景下，預測員在進行長期天氣預報（如季節(jié)預測）時面臨的主要新挑戰(zhàn)及其應對思路。13.結合大氣科學原理，闡述為什么氣候變化會系統(tǒng)性增加某些極端天氣事件（如熱浪、強臺風）的預測難度，并提出可能的緩解方法。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.D4.C5.B二、簡答題6.答案：溫室效應是指大氣中的溫室氣體（如CO2、水汽、甲烷等）能夠吸收并重新輻射紅外輻射，導致地球表面和低層大氣的溫度升高的現(xiàn)象。太陽短波輻射到達地球，部分被地表吸收，地表再以長波紅外輻射形式向外釋放。溫室氣體吸收這些紅外輻射后，向各個方向再輻射，一部分向下輻射回地表，使地表溫度高于無大氣情況。氣候變化是溫室氣體濃度顯著增加，增強了溫室效應，導致全球平均氣溫升高等氣候現(xiàn)象。解析思路：考察對溫室效應基本定義和作用機制的理解。需要答出關鍵氣體、吸收和再輻射過程、對地表溫度的影響。同時要聯(lián)系到溫室效應增強與氣候變化（全球變暖）的直接因果關系。7.答案：模式分辨率指數(shù)值天氣預報模型能夠分辨和處理的最小空間尺度（通常用網(wǎng)格距表示，如公里或經(jīng)緯度）。更高的分辨率意味著模型能夠更精細地模擬大氣物理過程發(fā)生的位置和細節(jié)，理論上可以提高對中小尺度天氣系統(tǒng)（如鋒面、雷暴、臺風）的捕捉能力和預測精度，尤其是在靠近地形復雜區(qū)域或需要高精度預報的區(qū)域。但更高的分辨率也意味著計算量急劇增加，對計算資源要求更高。解析思路：考察對模式分辨率概念及其影響的理解。需要答出定義（空間尺度），并說明其對模擬細節(jié)、中小尺度系統(tǒng)、預測精度的潛在積極影響，同時也要提及計算資源的代價。8.答案：混沌理論指出，確定性非線性系統(tǒng)對初始條件具有極端敏感性，即所謂的“蝴蝶效應”。大氣系統(tǒng)是一個復雜的非線性動力系統(tǒng)。即使數(shù)值天氣預報模式能夠精確地初始化大氣狀態(tài)，但微小的初始擾動（難以完全精確捕捉的觀測誤差）隨著時間的推移，會通過非線性相互作用被不斷放大，導致預報結果與實際大氣狀態(tài)產生巨大的偏差。這限制了模式對短期天氣（通常指幾天到一周左右）的預測能力，構成了理論上的精度極限。解析思路：考察對混沌理論和其在大氣預測中應用的理解。需要答出混沌核心概念（對初始條件的敏感性/蝴蝶效應），說明大氣系統(tǒng)的非線性特性，解釋初始誤差如何在非線性系統(tǒng)中放大，并最終導致短期預報精度的限制。9.答案：氣候變化改變了海表溫度（SST）的空間分布和季節(jié)變化模式，這會影響ENSO海氣相互作用的關鍵環(huán)節(jié)。例如，全球變暖可能增強東太平洋的SST異常，改變ENSO事件的發(fā)展強度和持續(xù)時間；可能改變ENSO事件與其他大氣遙相關型（如太平洋-大西洋跨赤道模態(tài)）的耦合關系，進而影響ENSO對下游區(qū)域（如北美、亞洲季風區(qū)）氣候異常模式的影響路徑和強度；也可能導致ENSO事件頻率或位相發(fā)生變化，使得基于歷史ENSO模式的預測技巧下降。因此，氣候變化使得ENSO現(xiàn)象本身及其預測變得更加復雜。解析思路：考察分析氣候變化如何通過改變SST等關鍵因素，間接或直接影響ENSO機制、強度、頻率及其與外強迫的耦合，并最終體現(xiàn)為ENSO對下游區(qū)域預測的影響。10.答案：氣候變化導致大氣濕度增加，使得大氣中可用的水汽量增大。水汽是形成降水（尤其是對流性降水和極端降水）的關鍵因子，其含量增加會顯著提高極端降水事件的潛在強度。同時，氣候變化可能改變大氣環(huán)流模式和水汽輸送路徑，導致極端降水事件發(fā)生的頻率、地理位置和持續(xù)時間發(fā)生變化，形成新的極端降水“熱點”。此外，模式在準確參數(shù)化這種更強的水汽含量和更復雜的降水形成機制（如更強的對流組織）方面面臨挑戰(zhàn)，導致預測不確定性增大。解析思路：考察分析氣候變化（增濕）對極端降水兩個主要影響因素（水汽含量、大氣環(huán)流模式）的作用，以及模式在模擬這種變化時的困難。需要點出增濕對降水強度的潛在影響，氣候變化對環(huán)流和水汽路徑的影響，以及模式參數(shù)化的挑戰(zhàn)。三、論述題11.答案：海洋變暖對熱帶大氣環(huán)流的影響主要通過改變海氣相互作用的熱力強迫和動力反饋機制。首先，海洋表層變暖導致海氣溫差減小，可能削弱熱帶輻合帶（ITCZ）的熱力驅動力，使其位置和強度發(fā)生調整，影響區(qū)域降水。其次，海洋變暖改變的熱力梯度可能影響信風的強度和穩(wěn)定性。例如，西太平洋暖池的增暖可能改變對流輻散區(qū)的位置和強度，進而影響季風系統(tǒng)的建立和爆發(fā)。此外，海洋變暖還可能通過改變大尺度洋流（如厄爾尼諾海流）影響跨赤道氣流，進而調整熱帶對流活動。這些變化會傳遞到大氣環(huán)流模式中，導致模式模擬的西太平洋副熱帶高壓、熱帶渦旋等系統(tǒng)位置、強度發(fā)生改變，從而影響其下游區(qū)域（如東亞、北美）的天氣預報。解析思路：考察對海氣相互作用基本原理及其在氣候變化背景下變化的深入理解。需要從熱力強迫（ITCZ、海氣溫差）、動力反饋（信風、對流輻散）、洋流影響等多個角度分析海洋變暖如何通過改變能量分布和梯度驅動大氣環(huán)流模式的變化，并闡述這種變化如何傳導至下游區(qū)域。12.答案：全球變暖背景下，長期天氣預報（季節(jié)預測）面臨的主要新挑戰(zhàn)包括：1）氣候系統(tǒng)狀態(tài)的變化：全球平均狀態(tài)的變化（如氣溫升高、極地變暖更快）本身就會引入系統(tǒng)性偏差，使得基于歷史氣候態(tài)進行模式校準和驗證的傳統(tǒng)方法效果下降。2）氣候變率的變化：某些氣候變率現(xiàn)象（如ENSO、MJO）的統(tǒng)計特性可能發(fā)生改變（強度、頻率、位相），破壞了模式對這些現(xiàn)象模擬的準確性，進而影響季節(jié)預測技巧。3）反饋機制的增強：例如云反饋、冰凍圈反饋對全球變暖的響應變化，增加了模式模擬的復雜性。4）極端事件增多：未來氣候更可能出現(xiàn)極端氣候事件，如何準確預測其發(fā)生概率和強度是巨大挑戰(zhàn)。應對思路包括：改進模式，更好地Representation氣候變率現(xiàn)象和反饋機制；利用人工智能等技術提高模式降尺度能力和數(shù)據(jù)同化效果；發(fā)展基于多模式集合和統(tǒng)計降尺度的預測系統(tǒng)；加強多學科交叉研究，理解物理過程。解析思路：考察分析氣候變化對長期天氣預報（季節(jié)預測）帶來的系統(tǒng)性挑戰(zhàn)（氣候態(tài)變化、變率變化、反饋變化、極端事件）的理解，并能夠提出針對性的應對策略（模式改進、技術應用、方法論創(chuàng)新、跨學科研究）。13.答案：氣候變化系統(tǒng)性增加極端天氣事件預測難度的原因在于：1）物理過程增強：全球變暖導致大氣可感熱和潛熱通量增加，大氣能量狀態(tài)改變，為強對流、強降水、強風等極端事件的發(fā)生提供了更強的“燃料”。同時，海溫異常（如厄爾尼諾）本身強度和頻率變化，也直接提升了相關極端天氣（如強臺風、特定區(qū)域洪水/干旱）的強度和發(fā)生概率，使得模式難以精確捕捉這種增強趨勢。2）大氣環(huán)流模式調整：氣候變化導致的大氣環(huán)流系統(tǒng)（如急流、阻塞高壓、副高）的位置、強度和穩(wěn)定性發(fā)生長期變化，這些系統(tǒng)是許多極端天氣事件的重要引導或調制因子。模式對這些環(huán)流調整的模擬存在滯后和不確定性，從而影響了依賴這些系統(tǒng)預測的極端天氣。3）模式分辨率限制：更強的極端事件需要更高的模式分辨率來捕捉其精細結構，而現(xiàn)有模式分辨率仍有不足。4）初始條件和預測技巧的普遍下降：氣候變化可能使整個氣候系統(tǒng)對初始擾動的敏感性增加，或改變某些極端事件的統(tǒng)計特性，導致模式預測技巧普遍下降。緩解方法包括：發(fā)展