2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——大氣動力與氣候變化考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空2分，共20分）1.在地轉(zhuǎn)平衡條件下，高空風(fēng)向始終與等壓線________，風(fēng)速的大小與壓力梯度力的大小成正比，與地球自轉(zhuǎn)角速度和風(fēng)向與子午線夾角的正弦值的乘積成________。2.大氣靜力穩(wěn)定度判據(jù)是________，其值大于零表示大氣層結(jié)________，有利于垂直對流發(fā)展；小于零表示大氣層結(jié)________，不利于垂直對流發(fā)展。3.大氣邊界層的高度通常隨近地面風(fēng)速的增大而________，隨太陽輻射強度的增大而________。4.全球能量分布的主要差異是由地球的________和________引起的。5.溫室效應(yīng)的主要物理機制是某些氣體（如CO2,CH4）能夠吸收________輻射，并向所有方向再輻射，其中一部分輻射返回地球表面。6.厄爾尼諾現(xiàn)象是指太平洋中東部海水異常________，并伴隨著全球氣候出現(xiàn)異常的現(xiàn)象。7.全球變暖對水循環(huán)的主要影響包括降水分布的________和極端降水事件的________。8.大氣波動按水平方向是否具有相速可分為________波和________波。9.地轉(zhuǎn)風(fēng)是指在高空，空氣在________力和________力平衡作用下的水平運動。10.氣候變化指的是在________時間尺度上，大氣圈、海洋圈、cryosphere、陸地表面和生物圈系統(tǒng)中的平均狀態(tài)或狀態(tài)分布發(fā)生的持久變化。二、名詞解釋（每題3分，共15分）1.絕熱過程2.地轉(zhuǎn)平衡3.湍流4.全球變暖5.羅斯貝波三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述地球自轉(zhuǎn)對大氣運動的影響。2.簡述大氣垂直運動的兩種基本形式及其產(chǎn)生的條件。3.簡述溫室氣體的主要種類及其對地球輻射平衡的影響。4.簡述觀測到的全球變暖的主要證據(jù)。四、論述題（每題10分，共30分）1.試述大氣邊界層中近地面風(fēng)廊線和溫度廊線的典型特征及其影響因素。2.試述大氣波動的主要類型及其在大氣運動中的作用。3.試論述人類活動對氣候變化的主要影響途徑及其潛在后果。---試卷答案一、填空題1.垂直，反比2.Brunt-V?is?l?頻率（或N2），穩(wěn)定，不穩(wěn)定3.增大，增大4.赤道半徑，地球自轉(zhuǎn)5.中紅外（或紅外）6.暖7.改變，增多8.地方性，行星性（或長波，短波）9.氣壓梯度，地轉(zhuǎn)10.多年（或十年以上）二、名詞解釋1.絕熱過程：指系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的過程。大氣上升或下降時，由于氣壓變化導(dǎo)致體積變化而進行的膨脹或壓縮，如果沒有熱量交換，就屬于絕熱過程。絕熱過程會引起氣溫變化，干絕熱過程和濕絕熱過程是常見的兩種。2.地轉(zhuǎn)平衡：指在水平方向上，作用在空氣微團上的氣壓梯度力與地轉(zhuǎn)偏向力大小相等、方向相反，處于平衡狀態(tài)。在地轉(zhuǎn)平衡條件下，空氣做地轉(zhuǎn)運動。這是高空大尺度運動的重要特征。3.湍流：指流體運動狀態(tài)的一種，其特征是流場中存在隨機脈動的速度分量和壓力分量，表現(xiàn)為不規(guī)則、混亂的運動。與層流相比，湍流具有更大的能量耗散和混合能力。大氣邊界層中的風(fēng)切變和地表摩擦是產(chǎn)生湍流的重要原因。4.全球變暖：指在長時間尺度（通常是幾十年以上）上，地球氣候系統(tǒng)（包括大氣、海洋、冰凍圈、陸地表面等）的平均溫度持續(xù)上升的現(xiàn)象。觀測表明，過去一個世紀(jì)以來，地球平均氣溫顯著增加，主要由人類活動引起的溫室氣體排放增加導(dǎo)致。5.羅斯貝波：又稱行星波，是一種在地球大氣中存在的長波波動。它是在地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)（地轉(zhuǎn)偏向力）存在的情況下形成的。羅斯貝波沿波導(dǎo)（通常是大氣層結(jié)的穩(wěn)定層結(jié)區(qū)域）向東傳播，對大型天氣系統(tǒng)的形成和演變（如氣旋、反氣旋的活動）起著重要作用。三、簡答題1.地球自轉(zhuǎn)對大氣運動的影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一是產(chǎn)生地轉(zhuǎn)偏向力（又稱科里奧利力），二是引起太陽輻射在地球表面的緯度分布不均。*地轉(zhuǎn)偏向力：由于地球自轉(zhuǎn)，在水平運動的空氣微團上會感受到一個垂直于運動方向的力，稱為地轉(zhuǎn)偏向力。它的大小與地球自轉(zhuǎn)角速度、空氣運動速度成正比，與風(fēng)向與子午線夾角的正弦值成正比。地轉(zhuǎn)偏向力是形成風(fēng)的重要因子，它使得風(fēng)向在北半球偏向運動方向的右側(cè)，南半球偏向左側(cè)。沒有地轉(zhuǎn)偏向力，風(fēng)將直接從高壓吹向低壓，且風(fēng)向與等壓線平行（地轉(zhuǎn)風(fēng)）。地轉(zhuǎn)偏向力的大小隨緯度的增加而增大，赤道處為零，兩極處最大。*太陽輻射緯度分布不均：太陽輻射能主要集中在赤道附近，向兩極逐漸減少。這種能量分布的不均導(dǎo)致了高低緯度之間的熱量差異。為了補償熱量虧缺，熱量從低緯向高緯輸送，大氣運動（風(fēng)）是主要的輸送機制。因此，地球自轉(zhuǎn)不僅影響風(fēng)的偏轉(zhuǎn)，也是驅(qū)動大氣全球環(huán)流，實現(xiàn)熱量再分配的重要因素。2.大氣垂直運動的兩種基本形式是絕熱上升運動和絕熱下沉運動。*絕熱上升運動：空氣微團在水平力（如正壓梯度力或斜壓力）的驅(qū)動下向上抬升，體積膨脹，外界對其做負功。如果沒有熱量交換，空氣微團會對外做功而消耗自身內(nèi)能，導(dǎo)致溫度下降，這種過程稱為絕熱冷卻。絕熱上升運動是云和降水形成的主要條件。當(dāng)大氣層結(jié)不穩(wěn)定時（即干絕熱逆溫線或濕絕熱逆溫線位于抬升空氣的初始高度之上），空氣就會進行強烈的絕熱上升運動。*絕熱下沉運動：空氣微團在水平力作用下向下運動，體積壓縮，空氣對環(huán)境做正功。如果沒有熱量交換，空氣微團對外做功需要消耗內(nèi)能，導(dǎo)致溫度升高，這種過程稱為絕熱增溫。絕熱下沉運動會抑制云和降水的形成。當(dāng)大氣層結(jié)穩(wěn)定時，空氣傾向于進行絕熱下沉運動。3.溫室氣體的主要種類包括水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧化亞氮（N2O）、甲烷（CH4）、氧化乙烯（C2H4）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）和六氟化硫（SF6）等。它們對地球輻射平衡的影響是：地球表面吸收太陽短波輻射后升溫，并向大氣發(fā)射長波（主要是中紅外）輻射。溫室氣體能夠強烈吸收地球發(fā)射的長波輻射，并在大氣中向各個方向再輻射，其中一部分向下返回地表，對地表起保溫作用，即溫室效應(yīng)。人類活動（如燃燒化石燃料、毀林、農(nóng)業(yè)活動等）排放了大量的溫室氣體，導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度增加，增強了溫室效應(yīng)，使得地球平均溫度升高，即全球變暖。4.觀測到的全球變暖的主要證據(jù)包括：*地表溫度記錄：全球地表平均氣溫觀測數(shù)據(jù)顯示，過去一個世紀(jì)以來，尤其是近50-70年來，地球表面溫度顯著上升。北極和山地地區(qū)的升溫幅度通常更大。*海洋變暖：海洋吸收了大部分由溫室氣體增加引起的額外熱量，導(dǎo)致全球海洋平均溫度升高，特別是上層1000米深度的海洋溫度顯著增加。*冰川和冰蓋融化：全球范圍內(nèi)的冰川（山岳冰川和格陵蘭、南極冰蓋）都在加速融化，導(dǎo)致海平面上升。*海平面上升：海平面上升的主要原因是冰川融水和海水熱膨脹。衛(wèi)星測高和驗潮站觀測數(shù)據(jù)均顯示海平面在持續(xù)上升。*極端天氣事件變化：觀測到一些極端天氣事件（如熱浪、強降水、干旱、強臺風(fēng)/颶風(fēng)）的頻率和強度發(fā)生改變，與全球變暖有關(guān)。*大氣水汽含量增加：隨著氣溫升高，大氣能夠容納的水汽量增加，導(dǎo)致大氣整體水汽含量有所增加。四、論述題1.大氣邊界層（ABL）是指緊貼地表、受地表物理特性（如溫度、濕度、粗糙度）和氣象強迫（如風(fēng)、輻射）直接影響的一個薄層大氣層，其高度通常在幾百米到幾千米之間，受天氣條件和地表類型影響。近地面風(fēng)廊線和溫度廊線的典型特征及其影響因素如下：*風(fēng)廊線：*典型特征：在地表附近，由于摩擦力作用，風(fēng)速迅速減小至零，之后隨高度增加，風(fēng)速逐漸增大，直到達到地轉(zhuǎn)風(fēng)速。在近地面層（通常指0-10-20米高度），風(fēng)速隨高度的變化近似指數(shù)規(guī)律（風(fēng)切變隨高度增加而減小）；在行星邊界層（通常指10-20米到ABL頂部），風(fēng)速隨高度增加近似線性規(guī)律（風(fēng)切變隨高度增加而增大）。*影響因素：主要受地表粗糙度、近地面風(fēng)速、摩擦層高度、行星邊界層高度、大氣穩(wěn)定度等因素影響。地表粗糙度越大，近地面風(fēng)速越小，摩擦層越厚；大氣越不穩(wěn)定，垂直混合越強，風(fēng)廊線越“胖”，即低層風(fēng)速受高層影響越大；行星邊界層高度決定了高空風(fēng)影響的下限。*溫度廊線：*典型特征：在地表附近，氣溫受地表熱量收支直接影響，通常與地表溫度差異較小。隨高度升高，氣溫逐漸下降，直到達到大氣層的平均溫度遞減率（約6.5K/km），即逆溫層頂。在近地面層，溫度梯度可能較大且變化劇烈，尤其在夜間無太陽輻射時；在夜間，近地面可能出現(xiàn)逆溫層；在白天，受太陽加熱和湍流混合影響，近地面溫度梯度較小。在穩(wěn)定大氣條件下，低層溫度受高層影響明顯，形成所謂的“逆溫”，即溫度隨高度升高而升高。*影響因素：主要受地表性質(zhì)（如類型、顏色、水分）、太陽輻射（日變化、季節(jié)變化）、大氣穩(wěn)定度、空氣濕度、湍流混合強度等因素影響。白天晴朗無風(fēng)時，地面受熱強烈，近地面溫度高，形成弱的逆溫；有云或夜間，地面冷卻快，近地面溫度低，易形成輻射逆溫。地表性質(zhì)不同，熱量吸收和釋放能力不同，導(dǎo)致近地面溫度差異。大氣穩(wěn)定度決定了垂直混合的強弱，穩(wěn)定時混合弱，低層溫度場結(jié)構(gòu)維持時間長；不穩(wěn)定時混合強，低層溫度場迅速調(diào)整。濕度大時，水汽蒸發(fā)冷卻地面，且水汽本身也有冷卻效應(yīng)，影響溫度廊線。2.大氣波動是大氣運動的重要形式，是指大氣狀態(tài)（如溫度、壓力、風(fēng)速等）在時間和空間上發(fā)生周期性或準(zhǔn)周期性變化的現(xiàn)象。主要類型及其在大氣運動中的作用：*重力波（GravityWaves,GWs）：由大氣中的擾動（如山地對氣流的抬升、爆炸、噴發(fā)等）引起，是滿足重力作用下小擾動線性理論的波動。重力波向上傳播時，會不斷消耗動能，轉(zhuǎn)化為勢能，導(dǎo)致波源上方的氣團做垂直振動，氣溫隨高度呈波動變化。重力波在垂直方向上的能量傳輸對大氣層結(jié)的混合和加熱有重要作用。當(dāng)重力波向下傳播到不穩(wěn)定層結(jié)時，可能發(fā)生破碎，釋放能量，激發(fā)小尺度對流，甚至產(chǎn)生云和降水。*慣性波（InertialWaves,IWs）：主要發(fā)生在地轉(zhuǎn)平衡的海洋或大氣邊界層內(nèi)，由水平風(fēng)切變或科里奧利參數(shù)的垂直梯度驅(qū)動。當(dāng)水平流動遇到障礙物或進入科里奧利參數(shù)變化的區(qū)域時，會激發(fā)慣性波。慣性波主要在水平方向上傳播，引起風(fēng)速矢量繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)振動。慣性波在海洋混合、大氣邊界層動力學(xué)以及極地渦旋動力學(xué)等方面扮演重要角色。*羅斯貝波（RossbyWaves,RWs）：又稱行星波，是存在于地球大氣中的一種長波波動，其波長很長（數(shù)千公里），振幅較小，傳播速度慢（相對于地面，向東傳播）。羅斯貝波是在存在地轉(zhuǎn)偏向力（即存在科里奧利參數(shù)梯度）的行星（如地球）大氣中形成的。它們是大氣環(huán)流的重要成員，連接著不同的緯度帶。例如，中緯度的阻塞高壓（blockinghigh）就與羅斯貝波的異?；顒佑嘘P(guān)。羅斯貝波對大型天氣系統(tǒng)（如氣旋、反氣旋）的生成、維持和移動有重要影響，是導(dǎo)致天氣變化和季節(jié)轉(zhuǎn)換的重要因素之一。它們在經(jīng)向和緯向的熱量、動量傳輸中起著關(guān)鍵作用。3.人類活動對氣候變化的影響主要通過改變大氣中溫室氣體的濃度、改變地表反照率（albedo）和改變大氣氣溶膠（aerosols）等途徑實現(xiàn)，其潛在后果是顯著的全球變暖及其引發(fā)的一系列環(huán)境和社會問題。*改變溫室氣體濃度：這是人類活動影響氣候變化最主要的方式。*二氧化碳（CO2）：主要來源于燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）發(fā)電、供暖和交通運輸，以及毀林（減少了碳匯）。CO2在大氣中的壽命很長，是主要的長期氣候強迫因子。*甲烷（CH4）：主要來源于稻田種植、livestock（牲畜）腸道發(fā)酵、垃圾填埋場和化石燃料開采與運輸。*氧化亞氮（N2O）：主要來源于農(nóng)業(yè)活動（特別是氮肥的使用）、化石燃料燃燒和工業(yè)過程。*其他強效溫室氣體：如氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）等，雖然濃度低，但溫室效應(yīng)潛能非常高，主要來源于制冷空調(diào)、化工生產(chǎn)和電力行業(yè)。人類活動導(dǎo)致這些溫室氣體濃度顯著增加，增強了地球的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球平均氣溫上升。*改變地表反照率：人類活動通過改變地表覆蓋類型影響地表反照率。*城市化和土地開發(fā)：將植被覆蓋或裸地轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘薪ㄖ汉偷缆?，通常?dǎo)致地表反照率降低（尤其是對太陽短波輻射），吸收更多熱量；同時，城市熱島效應(yīng)也會導(dǎo)致局部氣溫升高。*森林砍伐：減少了植被覆蓋，不僅減少了碳匯，還可能改變地表反照率和蒸散發(fā)，影響區(qū)域氣候。*冰雪覆蓋變化：全球變暖導(dǎo)致冰川和極地冰蓋融化，減少了高反照率的冰