2025年大學(xué)《大氣科學(xué)》專業(yè)題庫——?dú)庀罂茖W(xué)中的大氣數(shù)據(jù)分析方法考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種數(shù)據(jù)通常具有空間相關(guān)性？A.某地每日最高氣溫B.不同經(jīng)緯度位置的海平面氣壓C.某城市每小時交通流量D.某站點(diǎn)風(fēng)速的風(fēng)向頻率2.在進(jìn)行時間序列分析時，檢測并剔除數(shù)據(jù)中的趨勢成分，通常采用的方法是：A.移動平均法B.指數(shù)平滑法C.差分法D.相關(guān)分析法3.對于包含缺失值的大氣數(shù)據(jù)集，以下哪種方法是常用的插補(bǔ)技術(shù)？A.線性回歸插補(bǔ)B.多項(xiàng)式擬合插補(bǔ)C.最鄰近插補(bǔ)D.以上都是4.若要分析兩個氣象要素（如氣溫和降水量）之間是否存在線性關(guān)系，最常用的統(tǒng)計(jì)量是：A.方差B.標(biāo)準(zhǔn)差C.相關(guān)系數(shù)D.回歸系數(shù)5.在處理氣象觀測數(shù)據(jù)時，識別并剔除因儀器故障或極端天氣事件導(dǎo)致的異常讀數(shù)，屬于：A.數(shù)據(jù)平滑B.數(shù)據(jù)變換C.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制D.數(shù)據(jù)降維6.使用地理信息系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析時，以下哪個概念是核心？A.時間序列模型B.集中趨勢度量C.空間自相關(guān)D.線性回歸分析7.大氣科學(xué)研究中常用的再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品，其主要特點(diǎn)是：A.僅由地面站點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)構(gòu)成B.僅由衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)構(gòu)成C.基于觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀分析，填補(bǔ)數(shù)據(jù)空白D.通過數(shù)值天氣預(yù)報模型直接模擬得到8.對一組氣象要素的空間分布圖進(jìn)行可視化，目的是：A.計(jì)算其平均值B.分析其時間變化C.揭示其空間格局和分布特征D.建立其統(tǒng)計(jì)模型9.在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)時，假設(shè)檢驗(yàn)的原假設(shè)（H?）通常表示：A.現(xiàn)象存在顯著差異B.樣本來自的總體不存在系統(tǒng)性偏差C.觀察到的差異僅由隨機(jī)因素引起D.研究假設(shè)成立10.以下哪種方法不屬于非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法？A.符號檢驗(yàn)B.Mann-Kendall趨勢檢驗(yàn)C.線性回歸分析D.Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)二、填空題（每空2分，共20分）1.大氣數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制流程通常包括數(shù)據(jù)清洗、______和最終確認(rèn)等步驟。2.描述數(shù)據(jù)集中各數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離其平均值的平均程度，常用的統(tǒng)計(jì)量是______。3.時間序列分析中，ARIMA模型（p,d,q）中的參數(shù)p代表______項(xiàng)自回歸，d代表差分階數(shù)，q代表______項(xiàng)移動平均。4.在空間數(shù)據(jù)分析中，用來衡量一個區(qū)域內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)值相似程度的統(tǒng)計(jì)量是______。5.對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)變換（如log(x)）屬于一種______，常用于處理數(shù)據(jù)偏態(tài)分布問題。6.某地近50年夏季平均氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢，這種變化趨勢的檢測通常使用______檢驗(yàn)。7.氣象數(shù)據(jù)插值方法有多種，如反距離加權(quán)插值、克里金插值等，選擇哪種方法取決于數(shù)據(jù)的______和空間分布特征。8.統(tǒng)計(jì)分析中，衡量兩個變量線性相關(guān)強(qiáng)度和方向的標(biāo)準(zhǔn)量是______。9.從地面氣象觀測站獲取的氣壓、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，屬于______數(shù)據(jù)。10.在使用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行大氣數(shù)據(jù)分析時，進(jìn)行數(shù)據(jù)排序、篩選等基本操作通常利用______庫（以Python為例）。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述大氣數(shù)據(jù)質(zhì)量控制中，“異常值”的識別常用方法有哪些？2.簡述移動平均法在時間序列分析中的主要用途和局限性。3.簡述在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析時，為何需要考慮數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)性？四、計(jì)算題（共25分）1.（10分）現(xiàn)有某氣象站連續(xù)5天的每日最高氣溫（℃）數(shù)據(jù)：30,32,31,33,34。請計(jì)算：a)該5天氣溫數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。b)若將氣溫數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù)（Z=(X-mean)/std），請計(jì)算轉(zhuǎn)換后的第一個數(shù)據(jù)點(diǎn)（30℃）的Z分?jǐn)?shù)。2.（15分）假設(shè)某研究者收集了某地1960年至2010年（共51年）年平均降水量（mm）數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)降水量存在明顯的線性上升趨勢。為分析這一趨勢，研究者進(jìn)行了線性回歸分析，得到回歸方程為：`降水量=800+5*年份`（其中年份以1960年為0年）。請解釋：a)回歸系數(shù)“5”的物理意義是什么？b)根據(jù)該回歸方程，估計(jì)該地1970年（年份為10）和2020年（年份為60）的年平均降水量分別是多少？c)如果該研究者的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果顯示回歸系數(shù)“5”通過p<0.05的顯著性水平，請簡要說明這代表什么科學(xué)含義。五、分析題（共30分）1.（15分）假設(shè)某研究分析了兩個相鄰氣象站（A站和B站）連續(xù)10年的年平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩站風(fēng)速數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.92。請分析：a)該高相關(guān)系數(shù)可能說明了什么現(xiàn)象或問題？b)在沒有其他信息的情況下，僅憑這個相關(guān)系數(shù)，能否判斷兩站的風(fēng)速變化完全由同一個大尺度因素驅(qū)動？為什么？c)如果要進(jìn)一步探究兩站風(fēng)速變化的關(guān)系及其驅(qū)動因素，除了相關(guān)系數(shù)，還可以考慮使用哪些數(shù)據(jù)分析方法或進(jìn)行哪些補(bǔ)充分析？2.（15分）假設(shè)某研究者獲取了某區(qū)域格點(diǎn)化的月平均氣溫數(shù)據(jù)（單位：℃），并繪制了該月氣溫的空間分布圖。圖中顯示，氣溫值在區(qū)域中心較高，向四周逐漸降低，呈現(xiàn)出明顯的中心冷、四周暖的空間格局。請分析：a)這種氣溫的空間分布格局可能反映了什么大尺度天氣或氣候特征（例如，氣壓場、海陸分布、地形等）？b)如果研究者想定量評估這種空間格局的強(qiáng)度或變化，可以考慮使用哪些空間統(tǒng)計(jì)量或分析方法？c)在進(jìn)行這種空間格局分析時，需要注意哪些潛在的問題或假設(shè)條件？試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.C5.C6.C7.C8.C9.C10.C二、填空題1.校正/修正2.標(biāo)準(zhǔn)差3.自回歸；移動平均4.空間自相關(guān)系數(shù)/Moran'sI5.數(shù)據(jù)變換6.Mann-Kendall7.質(zhì)量與密度8.相關(guān)系數(shù)9.站點(diǎn)觀測/地面觀測10.Pandas三、簡答題1.識別異常值常用方法包括：基于統(tǒng)計(jì)量法（如計(jì)算均值加減幾倍標(biāo)準(zhǔn)差）、基于箱線圖法（識別箱外點(diǎn)）、基于距離法（如DBSCAN算法）、基于密度法（如LOF算法）以及專家經(jīng)驗(yàn)判斷等。2.移動平均法主要用于時間序列平滑，濾除短期隨機(jī)波動，揭示數(shù)據(jù)長期趨勢。其局限性在于：平滑后的數(shù)據(jù)會丟失原始數(shù)據(jù)點(diǎn)信息；對于存在明顯周期性或趨勢性的數(shù)據(jù)，移動窗口的選擇會影響平滑效果；它不能很好地處理數(shù)據(jù)序列兩端的值。3.在進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析時需要考慮數(shù)據(jù)的空間自相關(guān)性，因?yàn)椋嚎臻g自相關(guān)描述了鄰近位置的數(shù)據(jù)點(diǎn)傾向于相似或不相似的現(xiàn)象，這是許多地理和氣象現(xiàn)象的基本特征（如地形影響、大氣環(huán)流模式）；忽略空間自相關(guān)性可能導(dǎo)致錯誤的統(tǒng)計(jì)推斷（如低估相關(guān)性或錯誤推斷獨(dú)立性）；許多空間統(tǒng)計(jì)模型（如地理加權(quán)回歸、空間回歸模型、空間時間模型）都基于空間自相關(guān)的假設(shè)，考慮其能更準(zhǔn)確地建模和預(yù)測空間過程。四、計(jì)算題1.a)*平均值(mean)=(30+32+31+33+34)/5=160/5=32℃*總和平方和=302+322+312+332+342=900+1024+961+1089+1156=5120*方差(variance)=(5120-1602/5)/(5-1)=(5120-5120/5)/4=(5120-1024)/4=4096/4=1024*標(biāo)準(zhǔn)差(std)=√1024=32℃*答案：平均值=32℃，標(biāo)準(zhǔn)差=32℃b)*Z分?jǐn)?shù)=(X-mean)/std=(30-32)/32=-2/32=-0.0625*答案：Z分?jǐn)?shù)=-0.06252.a)*回歸系數(shù)“5”表示該地年平均降水量隨年份（以1960年為0年）每增加一年，平均增加5毫米。*答案：該回歸系數(shù)表示該地年平均降水量隨年份變化的年變化率（斜率），即每年平均增加5毫米。b)*1970年對應(yīng)的年份為10。降水量=800+5*10=800+50=850mm。*2020年對應(yīng)的年份為60。降水量=800+5*60=800+300=1100mm。*答案：1970年估計(jì)降水量為850mm，2020年估計(jì)降水量為1100mm。c)*p<0.05的顯著性水平意味著，如果研究假設(shè)（即降水量與年份之間存在線性關(guān)系）實(shí)際上是不成立的，那么觀察到當(dāng)前這樣大或更大的回歸系數(shù)（即線性趨勢）的概率小于5%。換句話說，這表明回歸系數(shù)“5”不太可能是偶然出現(xiàn)的，有一定的統(tǒng)計(jì)證據(jù)支持該地年平均降水量存在顯著的線性上升趨勢。*答案：這表示有95%的把握認(rèn)為該地年平均降水量存在顯著的線性上升趨勢，即回歸關(guān)系是統(tǒng)計(jì)顯著的，不太可能是偶然發(fā)生的。五、分析題1.a)*高相關(guān)系數(shù)（0.92）表明兩站年平均風(fēng)速在數(shù)值上高度同步變化，即當(dāng)一地風(fēng)速偏高時，另一地也傾向于偏高，反之亦然。*答案：該高相關(guān)系數(shù)表明兩站風(fēng)速變化在時間上有很強(qiáng)的同步性或一致性。b)*不能完全判斷。高相關(guān)只說明兩者變化模式相似，但不排除以下可能：兩站都受到同一個大尺度因素的影響，但影響路徑或程度不同；兩站存在局地因素導(dǎo)致風(fēng)速變化相關(guān)；存在共同的系統(tǒng)性誤差。需要結(jié)合地理位置、天氣系統(tǒng)分析、可能的影響因子分析等進(jìn)一步判斷。*答案：不能。高相關(guān)僅說明變化模式相似，不能排除其他可能性的存在，需進(jìn)一步分析驅(qū)動因素。c)*可以使用：計(jì)算偏相關(guān)系數(shù)（控制其他變量）、進(jìn)行氣象圖分析（如合成分析）、分析主導(dǎo)波動模態(tài)（如經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)EOF/PCA）、考慮地形影響分析等。*答案：可以使用偏相關(guān)系數(shù)、氣象圖合成分析、EOF/PCA分析、地形影響分析等方法。2.a)*中心冷、四周暖的氣溫空間格局通常反映了冷空氣（如高壓脊、冷鋒后部）控制區(qū)域中心，而暖空氣（如低壓槽、暖鋒前部）影響區(qū)域四周的天氣形勢。也可能與海陸分布有關(guān)（如內(nèi)陸冷卻快，沿海受海洋調(diào)節(jié)較暖）或地形有關(guān)（如山地阻擋，盆地對流不暢）。*答案：可能反映了區(qū)域中心受冷空氣控制，四周受暖空氣影響的天氣系統(tǒng)；或與海陸分布、地形等因素有關(guān)，導(dǎo)致中心區(qū)域氣溫相對較低，四周相對較高。b)*可以使用：空間自相關(guān)系數(shù)（如Moran'sI）衡量整體空間格局的顯著性、空間標(biāo)準(zhǔn)差衡量中心與四周的差異程度、局部指標(biāo)（如Getis-OrdGi*）識別高值或低值聚集區(qū)域、