2025年大學(xué)《海洋科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——海洋環(huán)境預(yù)測(cè)與早期報(bào)警連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在海洋環(huán)境要素預(yù)測(cè)中，以下哪種模型主要基于歷史數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)？（）A.海洋動(dòng)力學(xué)模型B.時(shí)間序列模型C.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型D.機(jī)器學(xué)習(xí)模型（非基于統(tǒng)計(jì)）2.海洋環(huán)境早期報(bào)警系統(tǒng)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能是？（）A.解釋和發(fā)布預(yù)警信息B.建立預(yù)測(cè)模型C.長(zhǎng)期、連續(xù)地監(jiān)測(cè)環(huán)境要素變化D.負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罱K決策3.下列哪種設(shè)備通常用于測(cè)量海水的溫度和鹽度？（）A.聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP）B.水位計(jì)C.溫鹽深（CTD）剖面儀D.光學(xué)浮標(biāo)4.對(duì)于有害藻華（赤潮）的早期報(bào)警，哪項(xiàng)指標(biāo)的變化通常是關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)參數(shù)？（）A.海水密度B.葉綠素a濃度C.海水pH值D.溶解氧飽和度5.數(shù)據(jù)同化技術(shù)在海洋環(huán)境預(yù)測(cè)中的作用主要是？（）A.生成初始預(yù)測(cè)場(chǎng)B.直接進(jìn)行數(shù)值模擬C.結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)和模型預(yù)測(cè)，改進(jìn)模型狀態(tài)估計(jì)D.預(yù)測(cè)未來(lái)環(huán)境變化趨勢(shì)6.在設(shè)計(jì)海洋環(huán)境早期報(bào)警系統(tǒng)的傳感器布設(shè)時(shí)，首要考慮的因素通常是？（）A.傳感器的成本B.數(shù)據(jù)傳輸帶寬C.監(jiān)測(cè)區(qū)域關(guān)鍵環(huán)境要素的變化特征和范圍D.供電方式的便捷性7.以下哪項(xiàng)技術(shù)不屬于典型的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)處理范疇？（）A.噪聲濾除B.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制C.模型參數(shù)優(yōu)化D.異常值識(shí)別8.海洋動(dòng)力模型在預(yù)測(cè)海流和潮汐時(shí)，主要依賴(lài)的物理定律是？（）A.牛頓運(yùn)動(dòng)定律B.麥克斯韋電磁定律C.熱力學(xué)定律D.朗繆爾定理9.早期報(bào)警系統(tǒng)中，設(shè)定預(yù)警閾值的主要依據(jù)是？（）A.傳感器測(cè)量精度B.歷史環(huán)境要素的最大/最小值C.可能造成危害的環(huán)境要素臨界值D.數(shù)據(jù)傳輸延遲時(shí)間10.將遙感技術(shù)獲取的海洋參數(shù)（如海面溫度）與模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行融合，可以提高預(yù)測(cè)的？（）A.計(jì)算效率B.精度和可靠性C.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量D.模型復(fù)雜度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上）1.海洋環(huán)境預(yù)測(cè)常用的數(shù)值模型主要基于__________、__________和連續(xù)性方程等控制方程。2.早期報(bào)警連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分通常包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、__________、數(shù)據(jù)處理與報(bào)警決策模塊以及信息發(fā)布渠道。3.用于測(cè)量海洋深處水溫、鹽度和深度的標(biāo)準(zhǔn)儀器是__________。4.基于機(jī)器學(xué)習(xí)的海洋環(huán)境預(yù)測(cè)方法在處理__________和__________方面具有優(yōu)勢(shì)。5.為確保早期報(bào)警系統(tǒng)的有效性，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的__________和__________至關(guān)重要。6.設(shè)計(jì)海洋環(huán)境預(yù)測(cè)模型時(shí)，需要考慮模型的__________、__________和預(yù)測(cè)范圍。7.海洋有害藻華預(yù)警中，除了生物指標(biāo)，__________參數(shù)的變化也常作為重要參考。8.傳感器數(shù)據(jù)在傳輸前，通常需要進(jìn)行濾波以去除__________，并識(shí)別剔除__________。9.早期報(bào)警系統(tǒng)的“早期”特性主要體現(xiàn)在能夠提供足夠的時(shí)間窗口以應(yīng)對(duì)潛在的__________。10.海洋環(huán)境預(yù)測(cè)與早期報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)從__________到__________的全程監(jiān)控和預(yù)警。三、名詞解釋?zhuān)款}3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.海洋環(huán)境預(yù)測(cè)模型2.早期報(bào)警閾值3.連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)4.數(shù)據(jù)同化5.有害藻華（赤潮）四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述統(tǒng)計(jì)模型和動(dòng)力模型在海洋環(huán)境預(yù)測(cè)中的主要區(qū)別。2.海洋環(huán)境早期報(bào)警系統(tǒng)相比僅有的連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)，具有哪些突出的優(yōu)勢(shì)？3.選擇海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器時(shí)，需要考慮哪些關(guān)鍵性能指標(biāo)？4.簡(jiǎn)述海洋環(huán)境預(yù)測(cè)模型中，模型驗(yàn)證與模型校準(zhǔn)的區(qū)別。5.描述一下利用連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)改進(jìn)短期海洋環(huán)境預(yù)測(cè)的可能途徑。五、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析并闡述下列問(wèn)題）1.分析影響海洋環(huán)境預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素有哪些？如何從技術(shù)和方法上提高預(yù)測(cè)精度？2.結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景（如漁業(yè)、航運(yùn)、海洋工程等），論述海洋環(huán)境早期報(bào)警系統(tǒng)的重要性及其面臨的挑戰(zhàn)。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.C6.C7.C8.A9.C10.B二、填空題1.牛頓運(yùn)動(dòng)定律海洋連續(xù)性方程2.數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)3.溫鹽深（CTD）剖面儀4.非線性關(guān)系大數(shù)據(jù)5.準(zhǔn)確性可靠性6.模型精度模型物理意義7.水體化學(xué)8.噪聲異常值9.海洋災(zāi)害（或環(huán)境事件）10.環(huán)境狀態(tài)異常發(fā)生發(fā)展演變?nèi)⒚~解釋1.海洋環(huán)境預(yù)測(cè)模型：基于對(duì)海洋環(huán)境要素變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)，運(yùn)用數(shù)學(xué)方程、統(tǒng)計(jì)方法或計(jì)算機(jī)模擬等方式，對(duì)未來(lái)一定時(shí)段內(nèi)海洋環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估的數(shù)學(xué)或計(jì)算工具。2.早期報(bào)警閾值：為識(shí)別海洋環(huán)境要素是否出現(xiàn)異?；蚣磳⑦M(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)而設(shè)定的臨界值或標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)或低于該閾值時(shí)，系統(tǒng)觸發(fā)報(bào)警。3.連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)：利用布設(shè)在海洋中或海洋邊緣的傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)特定的海洋環(huán)境要素進(jìn)行長(zhǎng)期、不間斷地自動(dòng)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，并可能提供實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)信息的系統(tǒng)。4.數(shù)據(jù)同化：一種將觀測(cè)數(shù)據(jù)有效地融入動(dòng)力模型或統(tǒng)計(jì)模型過(guò)程中，以改進(jìn)模型狀態(tài)估計(jì)和參數(shù)估計(jì)的技術(shù)。它旨在結(jié)合模型的預(yù)測(cè)能力和觀測(cè)數(shù)據(jù)的高精度，獲得比單一使用模型或觀測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確可靠的信息。5.有害藻華（赤潮）：指在特定海域內(nèi)，某些微型藻類(lèi)、原生動(dòng)物或藍(lán)細(xì)菌等生物異常增殖，導(dǎo)致在時(shí)間和空間上超出正常范圍，可能對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、人類(lèi)健康或沿海經(jīng)濟(jì)活動(dòng)造成有害影響的現(xiàn)象（通常顏色改變的現(xiàn)象稱(chēng)為“赤潮”，但成因復(fù)雜的也可稱(chēng)有害藻華）。四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比統(tǒng)計(jì)模型和動(dòng)力模型的根本區(qū)別在于其理論基礎(chǔ)和預(yù)測(cè)依據(jù)。統(tǒng)計(jì)模型主要基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)中要素之間的相關(guān)性或時(shí)間序列模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，不涉及物理過(guò)程的模擬。動(dòng)力模型則基于描述海洋物理、化學(xué)或生物過(guò)程的基本物理定律（如動(dòng)量守恒、質(zhì)量守恒、能量守恒等）和方程組進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)求解這些方程來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)狀態(tài)。簡(jiǎn)答：統(tǒng)計(jì)模型主要依據(jù)歷史數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)關(guān)系（如相關(guān)性、時(shí)間序列模式）進(jìn)行預(yù)測(cè)，無(wú)需考慮物理機(jī)制；動(dòng)力模型則基于描述海洋環(huán)境變化的物理、化學(xué)或生物定律和方程組進(jìn)行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)。因此，前者是經(jīng)驗(yàn)性的，后者是機(jī)理性的。2.解析思路：早期報(bào)警系統(tǒng)的核心在于“報(bào)警”，這意味著它不僅提供環(huán)境狀態(tài)的連續(xù)信息，更重要的是能夠識(shí)別出潛在的危險(xiǎn)狀態(tài)并提前發(fā)出警告。相比僅有的連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)，早期報(bào)警系統(tǒng)增加了報(bào)警決策和閾值判斷等環(huán)節(jié)，能夠主動(dòng)向用戶(hù)傳遞風(fēng)險(xiǎn)信息，具有預(yù)警功能，而連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)通常只提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)本身。簡(jiǎn)答：早期報(bào)警系統(tǒng)不僅具有連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)環(huán)境要素的功能，更關(guān)鍵的是具備判斷環(huán)境狀態(tài)是否達(dá)到預(yù)設(shè)危險(xiǎn)閾值并主動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息的能力。這使得它能提前告知用戶(hù)潛在風(fēng)險(xiǎn)，為應(yīng)對(duì)行動(dòng)爭(zhēng)取時(shí)間，這是單純的連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)所不具備的主動(dòng)預(yù)警功能。3.解析思路：選擇傳感器時(shí)需確保其能準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)參數(shù)。關(guān)鍵指標(biāo)包括：①測(cè)量范圍和量程，需覆蓋預(yù)期環(huán)境變化；②精度和分辨率，決定數(shù)據(jù)質(zhì)量；③響應(yīng)時(shí)間和采樣頻率，滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)時(shí)效性要求；④穩(wěn)定性，保證長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性；⑤抗干擾能力，適應(yīng)海洋惡劣環(huán)境；⑥功耗和續(xù)航能力，影響布設(shè)方式和成本；⑦數(shù)據(jù)傳輸接口和兼容性，便于系統(tǒng)集成。簡(jiǎn)答：選擇海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器時(shí)，關(guān)鍵性能指標(biāo)包括：測(cè)量范圍和量程（確保覆蓋度）、精度和分辨率（決定數(shù)據(jù)質(zhì)量）、響應(yīng)時(shí)間和采樣頻率（滿(mǎn)足時(shí)效性）、穩(wěn)定性（保證長(zhǎng)期可靠）、抗干擾能力（適應(yīng)海洋環(huán)境）、功耗和續(xù)航能力（影響布設(shè)和成本），以及數(shù)據(jù)傳輸接口和兼容性（便于系統(tǒng)集成）。4.解析思路：模型驗(yàn)證側(cè)重于評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的符合程度，判斷模型的“預(yù)測(cè)能力”是否足夠好，通常使用獨(dú)立于模型構(gòu)建的數(shù)據(jù)進(jìn)行。模型校準(zhǔn)則是在模型結(jié)構(gòu)確定后，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整模型中的參數(shù)（如系數(shù)、常數(shù)），使模型的模擬結(jié)果更接近實(shí)際觀測(cè)值，目的是優(yōu)化模型的“狀態(tài)估計(jì)”，使其更“準(zhǔn)確”。簡(jiǎn)答：模型驗(yàn)證是評(píng)價(jià)模型整體預(yù)測(cè)效果，看其模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的符合程度，判斷預(yù)測(cè)能力好壞，常使用獨(dú)立數(shù)據(jù)。模型校準(zhǔn)是在模型結(jié)構(gòu)固定后，利用觀測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整模型參數(shù)，使模擬結(jié)果更接近實(shí)際觀測(cè)值，目的是優(yōu)化模型狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性。5.解析思路：連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以為模型提供實(shí)時(shí)或高頻的“初始條件”或“背景場(chǎng)”，有助于提高初始狀態(tài)的可信度。數(shù)據(jù)可以用于“在線校準(zhǔn)”或“參數(shù)優(yōu)化”，使模型參數(shù)更符合當(dāng)前環(huán)境狀況。通過(guò)對(duì)比模型預(yù)測(cè)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以“檢驗(yàn)”模型的有效性并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。監(jiān)測(cè)到的異常事件可用于“改進(jìn)”模型，增加新知識(shí)或驗(yàn)證模型極限。這些都有助于提高短期預(yù)測(cè)的精度和可靠性。簡(jiǎn)答：利用連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)改進(jìn)短期預(yù)測(cè)途徑：一是提供實(shí)時(shí)初始條件/背景場(chǎng)，提高初始狀態(tài)可信度；二是在線校準(zhǔn)或優(yōu)化模型參數(shù)，使其更符合當(dāng)前狀況；三是實(shí)時(shí)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差；四是利用監(jiān)測(cè)到的異常事件改進(jìn)或驗(yàn)證模型，增強(qiáng)其適應(yīng)性和可靠性。五、論述題1.解析思路：影響預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的因素是多方面的。首先，模型本身是關(guān)鍵，包括其物理機(jī)制的準(zhǔn)確性、數(shù)學(xué)方程的適定性、邊界和初始條件的給定等。其次，數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要，包括觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度、時(shí)空分辨率、覆蓋范圍、一致性和可用性。第三，計(jì)算資源（如計(jì)算機(jī)性能、網(wǎng)格分辨率）也限制著模型復(fù)雜度和精度。第四，海洋環(huán)境本身的混沌性和非線性特性，使得長(zhǎng)期精確預(yù)測(cè)非常困難。提高精度的技術(shù)方法包括：改進(jìn)模型物理方案、采用更優(yōu)的數(shù)據(jù)同化技術(shù)融合數(shù)據(jù)與模型、提高計(jì)算分辨率、發(fā)展考慮海洋環(huán)境非線性和混沌特性的預(yù)測(cè)方法（如集合預(yù)報(bào)）。論述：影響海洋環(huán)境預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的主要因素有：①模型因素：物理機(jī)制簡(jiǎn)化、數(shù)學(xué)方程假設(shè)、參數(shù)化方案精度等；②數(shù)據(jù)因素：觀測(cè)精度、時(shí)空分辨率、覆蓋范圍、數(shù)據(jù)質(zhì)量等；③計(jì)算因素：計(jì)算資源、網(wǎng)格分辨率等；④環(huán)境自身因素：海洋系統(tǒng)的混沌性和非線性。提高預(yù)測(cè)精度的方法包括：改進(jìn)模型物理方案、采用先進(jìn)數(shù)據(jù)同化技術(shù)、提高計(jì)算分辨率、發(fā)展集合預(yù)報(bào)等非定常預(yù)測(cè)方法。2.解析思路：論述重要性需強(qiáng)調(diào)其保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)、保障經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、服務(wù)科學(xué)決策的作用。結(jié)合場(chǎng)景說(shuō)明：對(duì)漁業(yè)，可預(yù)警有害藻華、惡劣天氣，保障漁船安全，指導(dǎo)捕撈；對(duì)航運(yùn)，可預(yù)警風(fēng)暴潮、海霧、結(jié)冰，確保船舶航行安全；對(duì)海洋工程，可預(yù)警海水入侵、海岸侵蝕、極端海浪，保障平臺(tái)和結(jié)構(gòu)物安全。論述