2025年大學(xué)《氣象技術(shù)與工程》專業(yè)題庫(kù)——大氣物理模擬技術(shù)在氣象學(xué)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在大氣物理模擬中，描述大氣輻射傳輸過程的核心方程是？(A)熱力學(xué)方程組(B)累積方程(C)輻射傳輸方程(D)容積含水量方程2.以下哪種數(shù)值格式通常被認(rèn)為是無(wú)散的，并且在模擬可壓縮流時(shí)具有較好的物理一致性？(A)有限差分格式(B)有限體積格式(C)有限元素格式(D)譜格式3.大氣邊界層中近地面層的湍流混合主要通過對(duì)流和哪種機(jī)制起作用？(A)輻射傳導(dǎo)(B)分子擴(kuò)散(C)湍流擴(kuò)散(D)浴旋破裂4.在云物理模擬中，描述云滴增長(zhǎng)的核心過程是？(A)凝華(B)液態(tài)水蒸發(fā)(C)水汽擴(kuò)散(D)凝結(jié)增長(zhǎng)5.以下哪款大氣模型通常被認(rèn)為是研究所需，而非業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)？(A)WRF模型(B)GFS模型(C)MM5模型(D)ECMWF模型6.評(píng)估數(shù)值模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的一個(gè)重要指標(biāo)是？(A)模擬模式的分辨率(B)模擬時(shí)間步長(zhǎng)(C)均方根誤差（RMSE）(D)模擬軟件的內(nèi)存需求7.大氣輻射傳輸模擬中，需要考慮的主要路徑是？(A)地表到衛(wèi)星的路徑(B)太陽(yáng)到地面的路徑(C)氣象衛(wèi)星到地面的路徑(D)地面到平流層的路徑8.數(shù)值模擬中，網(wǎng)格點(diǎn)上的物理量在時(shí)間上的更新通常采用哪種方法？(A)插值法(B)數(shù)值積分法(C)時(shí)間積分方案（如歐拉法、龍格-庫(kù)塔法）(D)參數(shù)化方案9.大氣中的水汽主要直接影響大氣運(yùn)動(dòng)的物理過程是？(A)輻射過程(B)對(duì)流過程(C)湍流過程(D)以上都是10.將大尺度物理過程（如水汽輸送）簡(jiǎn)化為依賴于小尺度變量（如下墊面溫度）的函數(shù)的方法稱為？(A)統(tǒng)計(jì)方法(B)參數(shù)化方法(C)半分析方法(D)數(shù)值方法二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.大氣輻射模擬中，描述地表與大氣相互作用的參數(shù)是__________。2.數(shù)值模擬中，為了保證穩(wěn)定性，時(shí)間步長(zhǎng)需要滿足__________條件。3.云滴的凝結(jié)和蒸發(fā)過程主要受__________和__________的影響。4.大氣邊界層高度通常用__________廊線來(lái)表征。5.氣象衛(wèi)星的輻射定標(biāo)是大氣輻射模擬中__________的關(guān)鍵步驟。6.輻射傳輸模擬中，路徑彎曲效應(yīng)對(duì)__________波段的輻射影響顯著。7.大氣水汽含量可以通過模擬計(jì)算得到，其單位常用__________或__________表示。8.模擬結(jié)果的驗(yàn)證通常需要與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行__________和__________比較。9.云物理參數(shù)化方案的主要任務(wù)是模擬云中微物理過程，如__________、__________和降水形成。10.大氣物理模擬技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)包括更高的__________、更準(zhǔn)確的__________和更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述大氣輻射傳輸模擬的主要步驟。2.解釋大氣物理模擬中參數(shù)化方案的作用及其面臨的挑戰(zhàn)。3.簡(jiǎn)述數(shù)值模擬在天氣預(yù)報(bào)中對(duì)流云預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。4.說(shuō)明大氣物理模擬技術(shù)在空氣質(zhì)量研究中的主要應(yīng)用方式。四、計(jì)算題（共15分）假設(shè)在一個(gè)簡(jiǎn)化的模擬區(qū)域中，某時(shí)刻地面氣溫為288K，大氣水汽混合比值為0.01kg/kg，大氣壓力為1000hPa。請(qǐng)使用簡(jiǎn)化的輻射傳輸公式估算地表接收到的總太陽(yáng)輻射量（假設(shè)太陽(yáng)天頂角為30°，忽略大氣散射），并說(shuō)明計(jì)算中涉及的關(guān)鍵物理參數(shù)及其含義。已知斯武藩常數(shù)σ=5.67×10??W/(m2·K?)，太陽(yáng)常數(shù)S?=1361W/m2，大氣透明度τ=0.7。注意，此處要求進(jìn)行簡(jiǎn)化估算，無(wú)需考慮復(fù)雜的輻射過程。五、論述題（共25分）論述大氣物理模擬技術(shù)在氣候變化研究中的作用、面臨的挑戰(zhàn)以及未來(lái)的發(fā)展方向。請(qǐng)結(jié)合具體的物理過程或模擬應(yīng)用進(jìn)行闡述。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.D5.C6.C7.B8.C9.D10.B二、填空題1.地表反照率2.C馮·諾依曼（CFL）或穩(wěn)定性3.水汽濃度（或水汽壓）、溫度4.梯度5.定量化6.中紅外7.克分子數(shù)、混合比8.統(tǒng)計(jì)、定性9.凝華、凝結(jié)增長(zhǎng)（或冰晶增長(zhǎng)）10.分辨率、物理過程參數(shù)化三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：回答輻射傳輸模擬的基本流程。首先需要設(shè)定模擬區(qū)域和邊界條件。然后定義光源（如太陽(yáng)）參數(shù)。接著，設(shè)定大氣組成（氣體分子、氣溶膠等）及其參數(shù)。選擇合適的輻射傳輸模型（如Beer-Lambert定律或更復(fù)雜的模型）。進(jìn)行積分計(jì)算，求解輻射在不同路徑上的吸收、散射和透射。最后，輸出計(jì)算得到的輻射場(chǎng)分布（如地表、大氣不同層級(jí)的輻射值）。步驟需包含設(shè)定、建模、計(jì)算、輸出。2.解析思路：解釋參數(shù)化方案的定義和目的。說(shuō)明其在模擬中是將大尺度上不可解的小尺度過程（如云微物理）用簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)函數(shù)表示，以連接大尺度模式與局地過程。強(qiáng)調(diào)其作用是使模式能夠模擬出包含這些微物理過程的影響。接著，闡述挑戰(zhàn)：參數(shù)化方案依賴于參數(shù)化系數(shù)，這些系數(shù)往往基于有限的觀測(cè)和理論，存在不確定性；參數(shù)化方案本身的簡(jiǎn)化會(huì)引入誤差；參數(shù)化方案對(duì)不同尺度和條件的適用性有限。3.解析思路：說(shuō)明對(duì)流云模擬的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確捕捉其快速發(fā)展和釋放潛熱的特性。解釋模擬如何通過網(wǎng)格點(diǎn)上的溫度、水汽、水凝物的變化來(lái)體現(xiàn)對(duì)流的發(fā)生和發(fā)展。指出模擬中需要考慮的對(duì)流觸發(fā)機(jī)制（如抬升凝結(jié)高度）、對(duì)流組織結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等。強(qiáng)調(diào)模擬結(jié)果可用于預(yù)報(bào)對(duì)流云的位置、強(qiáng)度、伴隨的降水和惡劣天氣（如雷暴）。簡(jiǎn)述其對(duì)短臨預(yù)報(bào)的重要性。4.解析思路：闡述大氣物理模擬技術(shù)如何支持空氣質(zhì)量研究。說(shuō)明模擬可以用于預(yù)報(bào)污染物（如O?,PM?.?）的濃度分布和遷移輸送?？梢阅M特定污染事件的形成機(jī)制和演變過程?？捎糜谠u(píng)估不同下墊面（如城市、工業(yè)區(qū)）或氣象條件（如逆溫層）對(duì)空氣質(zhì)量的影響。還可以結(jié)合排放清單，研究不同源對(duì)空氣質(zhì)量的影響程度，為制定空氣質(zhì)量管理策略提供科學(xué)依據(jù)。四、計(jì)算題解析思路：首先明確題目要求進(jìn)行簡(jiǎn)化估算。根據(jù)題意，總太陽(yáng)輻射量Q可以用太陽(yáng)常數(shù)S?乘以大氣透明度τ來(lái)估算，即Q=S?×τ。將給定數(shù)值代入公式：Q=1361W/m2×0.7=952.7W/m2。然后，解釋計(jì)算中涉及的關(guān)鍵物理參數(shù)：太陽(yáng)常數(shù)S?是指到達(dá)地球大氣層頂部的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度；大氣透明度τ是指大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的透過能力，值越小表示大氣吸收散射越強(qiáng)；地表溫度T是影響地表發(fā)射輻射的參數(shù)（在此簡(jiǎn)化計(jì)算中未直接用于計(jì)算入射輻射）；大氣水汽混合比V是影響大氣吸收（特別是紅外輻射）的參數(shù)（在此簡(jiǎn)化計(jì)算中未直接用于計(jì)算入射輻射）；大氣壓力P與τ有關(guān)，但在此簡(jiǎn)化公式中未體現(xiàn)。最后，指出此計(jì)算非常粗略，未考慮太陽(yáng)天頂角的影響和大氣本身對(duì)可見光的吸收散射。五、論述題解析思路：從宏觀和微觀角度論述。首先，說(shuō)明大氣物理模擬技術(shù)（如全球或區(qū)域氣候模型GCMs/RCMs）是研究氣候變化的主要工具，能夠模擬過去、現(xiàn)在和未來(lái)的氣候變化情景，揭示氣候變化的驅(qū)動(dòng)因素（如溫室氣體排放、自然強(qiáng)迫）、時(shí)空分布特征和趨勢(shì)。其次，指出其在氣候變化研究面臨的挑戰(zhàn)：模型對(duì)某些物理過程（如云、冰雪圈）