2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——大氣規(guī)則能干涌度考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪個(gè)物理量是計(jì)算能干涌度的關(guān)鍵輸入?yún)?shù)？A.比濕B.位溫C.氣壓D.地形高度2.能干涌度主要用于描述哪種物理過(guò)程？A.大氣輻射傳輸B.水汽凝結(jié)過(guò)程C.大氣能量轉(zhuǎn)化和水平輸送D.大氣垂直運(yùn)動(dòng)3.在絕熱過(guò)程中，干空氣的位溫如何變化？A.總是增加B.總是減少C.可能增加也可能減少D.保持不變4.以下哪種情況下，大氣的能干涌度通常較高？A.穩(wěn)定大氣B.對(duì)流性不穩(wěn)定大氣C.邊界層內(nèi)有明顯的溫度遞減D.高空風(fēng)速較小5.能干涌度在天氣預(yù)報(bào)中主要用來(lái)預(yù)測(cè)什么現(xiàn)象？A.氣溫變化B.降水類型C.大氣波動(dòng)能量D.風(fēng)向轉(zhuǎn)變6.沿等熵線移動(dòng)的空氣，其位溫是否發(fā)生變化？A.是B.否C.有時(shí)是有時(shí)否D.無(wú)法確定7.能量守恒是理解能干涌度的哪個(gè)重要理論基礎(chǔ)？A.熱力學(xué)第一定律B.熱力學(xué)第二定律C.道爾頓分壓定律D.氣壓梯度力原理8.在實(shí)際大氣中，能干涌度與哪些因素有關(guān)？A.溫度層結(jié)B.水汽含量C.風(fēng)速和風(fēng)向D.以上所有9.能干涌度可以用來(lái)區(qū)分哪種類型的波動(dòng)？A.慣性波動(dòng)B.渦度波動(dòng)C.熱力波動(dòng)D.引力波動(dòng)10.能干涌度較大的地區(qū)，通常與哪種天氣現(xiàn)象相關(guān)？A.晴朗天氣B.持續(xù)性強(qiáng)降水C.大氣波動(dòng)活躍D.靜穩(wěn)少變天氣二、填空題（每題2分，共20分）1.能干涌度通常用符號(hào)________表示。2.計(jì)算能干涌度需要用到空氣的________和________數(shù)據(jù)。3.位溫是衡量大氣垂直穩(wěn)定性的重要參數(shù)，其物理意義是________相同的干空氣的________。4.能干涌度反映了大氣中________能量向________能量的轉(zhuǎn)化效率。5.在絕熱調(diào)整過(guò)程中，干空氣的位溫________。6.影響能干涌度的主要因素包括大氣________、________和地形等。7.能干涌度在數(shù)值上等于單位質(zhì)量空氣在絕熱調(diào)整過(guò)程中________的最大值。8.能干涌度是大氣動(dòng)力學(xué)中一個(gè)重要的________量。9.能干涌度較大的區(qū)域，通常對(duì)應(yīng)著________活躍的區(qū)域。10.能干涌度的研究對(duì)于理解大氣環(huán)流________和________變化具有重要意義。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述能干涌度的物理意義。2.解釋為什么能干涌度與大氣波動(dòng)能量有關(guān)。3.簡(jiǎn)述影響能干涌度的主要因素及其影響機(jī)制。4.簡(jiǎn)述如何利用位溫計(jì)算能干涌度。5.簡(jiǎn)述能干涌度在天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某氣塊初始狀態(tài)為：溫度T1=300K，壓力P1=1000hPa。氣塊絕熱上升，到達(dá)高度上的溫度T2=280K，壓力P2=800hPa。計(jì)算該氣塊的能干涌度。2.假設(shè)某地區(qū)高空存在一個(gè)位溫為350K的急流帶，風(fēng)速為50m/s，急流帶寬度為200km。估算該急流帶的能干涌度。五、論述題（10分）結(jié)合實(shí)際案例，論述能干涌度在理解大氣環(huán)流和水汽輸送中的作用。試卷答案一、選擇題1.B解析：能干涌度計(jì)算的核心是位溫，它是衡量大氣穩(wěn)定性和能量的重要參數(shù)。2.C解析：能干涌度描述的是絕熱調(diào)整過(guò)程中，大氣從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化所釋放的潛能，即動(dòng)能和勢(shì)能的總和，體現(xiàn)能量在水平方向上的輸送。3.A解析：干絕熱過(guò)程中，空氣上升冷卻或下降增溫，由于水汽凝結(jié)釋放的潛熱（干絕熱過(guò)程不考慮），空氣的溫度變化率小于干空氣的溫度變化率，導(dǎo)致位溫總是增加。4.C解析：邊界層內(nèi)有明顯的溫度遞減（逆溫）時(shí)，大氣不穩(wěn)定，有利于波動(dòng)能量的發(fā)展和維持，從而能干涌度較高。5.C解析：能干涌度反映了大氣波動(dòng)能量的水平輸送效率，高能干涌度區(qū)域往往對(duì)應(yīng)著天氣系統(tǒng)活動(dòng)頻繁、能量轉(zhuǎn)換劇烈的區(qū)域，易于出現(xiàn)降水等天氣現(xiàn)象。6.B解析：沿等熵線移動(dòng)的空氣，由于干絕熱過(guò)程位溫不變，且假相當(dāng)位溫沿等熵線變化，因此位溫保持不變。7.A解析：能干涌度的計(jì)算基于絕熱調(diào)整過(guò)程，該過(guò)程遵循熱力學(xué)第一定律，即能量守恒。8.D解析：能干涌度受溫度層結(jié)（影響絕熱調(diào)整的幅度）、水汽含量（影響潛熱釋放）和風(fēng)速風(fēng)向（決定能量輸運(yùn)）等多種因素共同影響。9.A解析：能干涌度主要用于描述慣性波（或其他稱為“重力波”的內(nèi)部波動(dòng)）的能量，慣性波是地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)下大氣運(yùn)動(dòng)的基本波動(dòng)形式。10.C解析：能干涌度較大的地區(qū)，通常大氣波動(dòng)活躍，能量轉(zhuǎn)換頻繁，有利于天氣系統(tǒng)的發(fā)展和維持，因此與大氣波動(dòng)活躍相關(guān)。二、填空題1.E2.位溫，風(fēng)速風(fēng)向（或壓力、溫度梯度）3.假定比熱容和氣壓隨溫度的垂直變化率相同，干空氣的熵4.熱力，機(jī)械5.不變6.環(huán)流，溫度層結(jié)7.位能8.慣性9.波動(dòng)10.變化，異常三、簡(jiǎn)答題1.能干涌度是指在一個(gè)絕熱、干空氣調(diào)整過(guò)程中，單位質(zhì)量空氣所能獲得的最大動(dòng)能。它反映了大氣中不穩(wěn)定能量（以位能形式存在）轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的潛力，以及這種能量在水平方向上輸運(yùn)的效率。2.能干涌度與大氣波動(dòng)能量密切相關(guān)。大氣波動(dòng)是能量在空間和時(shí)間上傳播的主要方式。能干涌度描述了波動(dòng)在絕熱調(diào)整過(guò)程中能量轉(zhuǎn)換的效率，即不穩(wěn)定能量轉(zhuǎn)化為波動(dòng)能量的最大可能值。高能干涌度意味著大氣波動(dòng)（特別是慣性波）能夠有效地集中和輸運(yùn)能量，反之則波動(dòng)能量難以有效集中。3.主要影響因素及其影響機(jī)制：*溫度層結(jié)：大氣垂直方向上的溫度分布。不穩(wěn)定層結(jié)（溫度遞減率大）有利于能干涌度的增加，因?yàn)楦蟮牟环€(wěn)定能量可以轉(zhuǎn)化為波動(dòng)能量。*風(fēng)速和風(fēng)向：風(fēng)速越大，空氣parcel在上升或下降過(guò)程中受到的慣性力越大，絕熱調(diào)整越劇烈，能干涌度通常越高。風(fēng)向決定了能量輸運(yùn)的方向。*水汽含量：水汽凝結(jié)釋放的潛熱可以增加氣塊絕熱調(diào)整的效率，從而影響能干涌度的大小。*地形：地形可以強(qiáng)迫大氣運(yùn)動(dòng)，改變風(fēng)速風(fēng)向，進(jìn)而影響能干涌度的分布。4.計(jì)算能干涌度通常需要沿著氣流的軌跡（或等熵線）進(jìn)行絕熱調(diào)整計(jì)算。假設(shè)氣塊從一個(gè)狀態(tài)(P1,T1)絕熱調(diào)整到另一個(gè)狀態(tài)(P2,T2)，其位能變化為ΔEp=gM(T1-T2)/RT1，其中g(shù)是重力加速度，M是空氣摩爾質(zhì)量，R是氣體常數(shù)。氣塊獲得的動(dòng)能為K=0.5*M*V^2，其中V是調(diào)整后的風(fēng)速。能干涌度E是ΔEp的最大可能值，當(dāng)調(diào)整過(guò)程達(dá)到最大動(dòng)能時(shí)取得。實(shí)際計(jì)算中常使用位溫θ的概念，因?yàn)棣仍诟山^熱過(guò)程中守恒，E=gθ/RV^2，其中V是氣塊在絕熱調(diào)整過(guò)程中的最大（或平均）風(fēng)速。5.能干涌度在天氣預(yù)報(bào)中可用于：*評(píng)估大氣環(huán)流的能量狀態(tài)和波動(dòng)活躍程度。*預(yù)測(cè)天氣系統(tǒng)（如急流、鋒面）的發(fā)展和移動(dòng)，因?yàn)閺?qiáng)天氣系統(tǒng)通常與高能干涌度區(qū)域相關(guān)。*理解水汽輸送過(guò)程，高能干涌度區(qū)域往往伴隨著強(qiáng)烈的水汽垂直運(yùn)動(dòng)和輸送。*評(píng)估大氣對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)能力，能干涌度高的區(qū)域更容易產(chǎn)生劇烈天氣變化。四、計(jì)算題1.解：*計(jì)算氣塊絕熱調(diào)整后的假相當(dāng)位溫θ2'。假設(shè)濕空氣絕熱調(diào)整，θ2'=θ2=(T2/P2^(R/cp))*(T1/P1^(R/cp))=(280K/800hPa)*(1000hPa/300K)^(R/cp)=280/800*(1000/300)^(287/1004)≈0.35K*(10/3)^0.287≈0.35*2.22≈0.78K*計(jì)算氣塊絕熱調(diào)整前的位溫θ1=(T1/P1^(R/cp))=(300K/1000hPa)^(287/1004)≈0.3K*計(jì)算氣塊絕熱調(diào)整后的位溫θ2=(T2/P2^(R/cp))=(280K/800hPa)^(287/1004)≈0.35K*計(jì)算氣塊絕熱調(diào)整過(guò)程中的位溫差Δθ=θ2-θ1'≈0.35K-0.78K=-0.43K*計(jì)算氣塊絕熱調(diào)整過(guò)程中的位能差ΔEp=gMΔθ/RT≈9.8m/s^2*0.43K≈4.2m^2/s^2*能干涌度E≈4.2m^2/s^2*(注：此計(jì)算為簡(jiǎn)化示意，實(shí)際計(jì)算需更精確的公式和單位轉(zhuǎn)換)*2.解：*能干涌度E與急流帶的總動(dòng)能有關(guān)。急流帶的總動(dòng)能近似為E≈0.5*ρ*∫(V^2)dz，其中ρ是空氣密度，V是風(fēng)速，z是高度。在風(fēng)速和寬度不變的情況下，能干涌度與高度積分成正比。*估算：E≈0.5*ρ*V^2*(高度范圍)。高度范圍難以精確估計(jì)，但可以假設(shè)與急流帶厚度或?qū)挾扔幸欢P(guān)系。若假設(shè)高度范圍大致等于寬度（200km），則E≈0.5*ρ*(50m/s)^2*200,000m≈2.5*10^9ρJ/m^2。*若取一個(gè)典型的大氣密度ρ≈1.2kg/m^3，則E≈3*10^9J/m^2。*將單位換算為J/m^2（即帕斯卡*米），即E≈3*10^6Pa*m。*(注：此計(jì)算為非常粗略的估算，僅用于示例)*五、論述題能干涌度是理解大氣環(huán)流和水汽輸送的重要指標(biāo)。它反映了大氣中不穩(wěn)定能量轉(zhuǎn)化為波動(dòng)能量的潛力以及這種能量的水平輸運(yùn)效率。在大氣環(huán)流中，高能干涌度區(qū)域通常對(duì)應(yīng)著急流帶、鋒面等活躍天氣系統(tǒng)。例如，西太平洋副熱帶高壓的急流帶區(qū)域能干涌度很高，這表明該區(qū)域大氣波動(dòng)能量集中，是臺(tái)風(fēng)等熱帶天氣系統(tǒng)發(fā)展和向西傳遞的關(guān)鍵區(qū)域。能干涌度梯度驅(qū)動(dòng)著大氣波動(dòng)能量的輸運(yùn)，影響著天氣系統(tǒng)的強(qiáng)度和移動(dòng)路徑。在水汽輸送方面，能干涌度大的