2025年大学《应用气象学》专业题库- 气象环境监测技术及数据分析方法

2025年大学《应用气象学》专业题库——气象环境监测技术及数据分析方法考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.下列哪种气象要素的测量主要依赖于水汽的蒸发和凝结过程？A.气压B.风速C.湿度D.辐射2.自动气象站（AWS）中，负责采集传感器数据并将其打包、传输的核心部件是？A.传感器B.采集器C.通信模块D.数据存储单元3.在气象数据处理中，对于时间序列数据中突然出现的、偏离正常范围的数值，通常称为？A.趋势值B.周期值C.异常值D.平均值4.气象探空仪通过测量温度、气压和相对湿度随高度的变化，来确定大气的哪一重要属性？A.水汽含量B.空气密度C.温度层结D.风向5.卫星遥感获取气象数据的主要优点不包括？A.覆盖范围广B.时间分辨率高C.数据获取实时性好（指地面接收）D.能穿透云层进行探测6.用以表示风向和风速大小组合的图形是？A.风玫瑰图B.折线图C.等值线图D.散点图7.对两个变量之间线性关系的密切程度进行量度的统计量是？A.相关系数B.回归系数C.偏差D.标准差8.将离散的观测点数据，插值生成连续的网格数据，常用的空间分析方法之一是？A.移动平均法B.Kriging插值C.趋势面分析D.主成分分析9.在进行时间序列分析时，若数据呈现明显的周期性变化，常用的分析方法是？A.移动平均法B.指数平滑法C.傅里叶分析D.ARIMA模型10.下列哪种技术主要用于获取大范围、高时间分辨率的大气成分（如水汽、CO2）探测数据？A.气象雷达B.气象卫星C.普通地面自动站D.气溶胶采样器二、填空题（每空1分，共15分。请将正确答案填在题号后的横线上）1.气象要素的测量通常需要使用专门的______，其性能指标包括精度、分辨率和量程。2.自动气象站数据传输常用的标准协议有SY/T3210-2018和______。3.处理气象观测数据时，发现并修正错误或不合理的数据值的过程称为______。4.利用飞机作为平台进行高空气象探测的方法称为______。5.卫星云图上，白色或灰白色区域通常表示______。6.统计分析中，衡量数据离散程度的指标有方差、标准差和______。7.地理信息系统（GIS）在气象环境数据应用中，可以用于数据______、分析和可视化。8.相关系数的取值范围通常在______之间。9.气象要素的时间变化规律，如日变化、年变化等，称为______。10.气象雷达通过发射和接收______波来探测大气中的降水粒子和其他目标。三、名词解释（每题3分，共15分）1.气象要素2.数据质量控制3.回归分析4.遥感5.时间序列分析四、简答题（每题5分，共20分）1.简述自动气象站的主要组成部分及其功能。2.描述一次气象要素的观测数据从采集到获取分析结果的基本流程。3.说明为什么在气象数据分析中需要剔除异常值？4.简述地理信息系统（GIS）在气象环境监测中的应用价值。五、论述题（10分）结合你所学的知识，论述气象卫星遥感技术在现代气象与环境监测中的作用及面临的主要挑战。试卷答案一、选择题1.C*解析：湿度是表示空气中水汽含量的物理量，其测量直接依赖于水汽的蒸发和凝结过程（如使用干湿球温度计测量相对湿度）。2.B*解析：自动气象站的核心是采集器，它负责连接各个传感器，读取数据，进行初步处理（如转换、校准），并存储、打包、准备传输。3.C*解析：异常值是指数据集中与其他数据显著不同的数值，它们可能由测量误差、数据传输错误或真实突发事件引起，需要特别关注和处理。4.C*解析：探空仪通过自上而下或自下而上测量温度、气压、湿度随高度的变化，主要用于确定大气垂直结构，特别是温度层结（如判断不稳定层）。5.D*解析：卫星遥感的主要缺点是无法直接穿透云层进行探测，云层会遮挡地表或大气信息。其优点是覆盖范围广、时间分辨率相对较高（取决于卫星过境频率）、数据获取实时性好（指卫星接收到数据）。6.A*解析：风玫瑰图是一种专门用于表示某一地点风向频率、风力等级和风速分布的图形，能直观展示风向和风速的组合状况。7.A*解析：相关系数是衡量两个变量之间线性关系强度和方向的标准统计量，其值介于-1和1之间，绝对值越接近1表示线性关系越强。8.B*解析：Kriging是一种常用的地统计插值方法，能在已知数据点之间进行加权估计，生成连续的空间分布场，考虑了空间自相关性。9.C*解析：傅里叶分析是一种将周期性时间序列信号分解为一系列不同频率正弦和余弦分量之和的方法，适用于分析具有明显固定周期的数据。10.B*解析：气象卫星能够从空间平台对大范围区域进行持续观测，获取高时间分辨率（如每几分钟到半小时）的大气成分信息，如水汽分布、云顶温度、温室气体浓度等。二、填空题1.传感器*解析：气象要素的测量离不开传感器，它是直接接触被测对象并转换物理量或化学量为可用信号的装置。2.GB/T2887-2011*解析：GB/T2887-2011是中国气象自动观测系统地面气象自动观测站（地面气象观测规范自动站部分）中关于数据传输的相关标准，与SY/T3210-2018共同构成常用标准。3.数据清洗*解析：数据清洗是指识别并纠正（或删除）数据文件中错误或不一致的过程，目的是提高数据质量，是数据处理的重要环节。4.高空气象探测*解析：探空是指利用气球携带探空仪升空，进行大气垂直探测的方法，是获取高空大气参数最常用的手段，属于高空气象探测范畴。5.云层*解析：卫星云图上，白色或灰白色区域表示云层存在，颜色越白通常表示云层越厚、含水量越大或云顶温度越低。6.极差*解析：极差是衡量数据离散程度的最简单指标，等于最大值减最小值，反映了数据的波动范围。7.管理*解析：GIS在气象环境数据中不仅用于空间分析和可视化，也承担着对地理空间和相关属性数据进行有效管理的重要功能。8.-1到1*解析：皮尔逊相关系数的取值范围理论上是[-1,1]，-1表示完全负相关，0表示无线性相关，1表示完全正相关。9.时间变化规律*解析：时间序列分析关注的就是数据随时间变化的模式或趋势，包括周期性、趋势性、随机波动等。10.微波*解析：气象雷达通过发射和接收电磁波中的微波信号来探测大气中的云、雨、雪、冰雹等降水粒子以及风场等信息。三、名词解释1.气象要素:指大气中各种物理现象和物理量，如气温、气压、湿度、风、降水、蒸发、辐射、能见度、大气成分等，是大气状态的基本描述指标。2.数据质量控制:指在数据收集、传输、处理、分析等各个环节中，为识别、评估、修正或剔除数据中的错误、误差和不一致性，以保证数据质量符合要求所采取的一系列技术和方法。3.回归分析:指研究一个或多个自变量与一个因变量之间相关关系，并建立数学模型（回归方程）来描述、预测或解释这种关系的统计学方法。4.遥感:指不直接接触物体本身，通过探测、记录、处理和解释物体所辐射或反射的电磁波信息，以获取该物体属性信息的综合技术。5.时间序列分析:指对按时间顺序排列的数据序列进行统计分析和建模，以揭示其内在规律（如趋势、周期、季节性）、进行预测或诊断的研究方法。四、简答题1.简述自动气象站的主要组成部分及其功能。*答：自动气象站的主要组成部分包括：*传感器阵列:用于测量各种气象要素，如温度、湿度、气压、风向、风速、雨量、太阳辐射等。*数据采集器:作为站点的“大脑”，负责采集来自各个传感器的信号，进行初步处理（如单位转换、格式化）、质量检查和存储，并按约定格式打包数据。*通信系统:负责将采集器处理好的数据通过有线（如RS485、以太网）或无线（如GPRS/4G、LoRa、卫星）方式传输到后方处理中心。*电源系统:为站点的各个部件提供稳定电力，通常包括太阳能电池板、蓄电池和充放电控制器，实现供电的自主性和可靠性。*结构支撑与外壳:为传感器和设备提供物理支撑和防护，使其能在户外恶劣环境下稳定运行。2.描述一次气象要素的观测数据从采集到获取分析结果的基本流程。*答：气象要素观测数据从采集到分析结果的基本流程通常如下：*数据采集:传感器实时监测气象要素，并将物理量转换为电信号。*数据传输:信号传输到数据采集器，经过初步处理和格式化后，通过通信系统发送到数据汇集中心或地面站。*数据接收与存储:数据汇集中心接收来自多个站点的数据，进行统一存储，通常存入数据库或数据文件中。*数据质量控制:对接收到的原始数据进行检查，识别并处理异常值、缺失值，进行坐标变换、数据融合等，生成质量保证后的数据集。*数据加工与处理:根据分析需求，对数据进行必要的处理，如计算平均值、最大/最小值、进行插值、平滑、趋势分析等。*数据分析与建模:应用统计方法、时间序列分析、空间分析方法等，对处理后的数据进行分析，揭示要素变化规律、成因或进行预测。*结果输出与可视化:将分析结果以报表、图表（如时间序列图、空间分布图）等形式展现出来，供用户使用或决策。3.说明为什么在气象数据分析中需要剔除异常值？*答：在气象数据分析中剔除异常值是必要的，主要原因包括：*错误数据:异常值往往是由于传感器故障、数据传输错误、测量环境突变或操作失误等产生的错误数据，包含虚假信息，会误导分析结果。*非代表性数据:有些异常值虽然不是错误，但可能代表了极端罕见但并非普遍规律的现象，将其纳入整体分析可能会扭曲对主要趋势和规律的认识。*影响统计结果:异常值具有较大的离群特性，会显著影响均值、标准差等描述性统计量的数值，降低统计结果的稳健性和可靠性。*干扰模型拟合:在建立回归模型或进行时间序列预测时，异常值可能导致模型参数估计偏差增大，降低模型的拟合精度和预测能力。*保证分析准确性:通过剔除或修正异常值，可以使分析结果更真实地反映大多数情况下的气象要素特征和变化规律，提高分析的准确性和可信度。4.简述地理信息系统（GIS）在气象环境监测中的应用价值。*答：地理信息系统（GIS）在气象环境监测中具有广泛的应用价值，主要体现在：*空间数据管理:GIS能够有效地存储、管理和组织具有地理坐标属性的气象观测数据（站点信息、监测值）、环境背景数据（地形、水系、污染源分布）等，方便查询和调用。*空间可视化:GIS可以将各种气象要素（如温度、风速、降水、污染浓度）及其监测数据以地图形式直观地展现出来，便于用户理解空间分布特征和变化。*空间分析:GIS提供了丰富的空间分析工具，如缓冲区分析（评估污染下风向影响）、叠置分析（评估地形对局地环流的影响）、空间插值与制图（生成气象要素分布图）、网络分析（规划监测站点布局）等，为深入分析气象与环境问题提供支持。*模型集成与应用:GIS可以作为平台，集成气象模型、环境模型，进行模拟预测，并将结果可视化，支持环境评价、灾害预警和应急响应等应用。五、论述题结合你所学的知识，论述气象卫星遥感技术在现代气象与环境监测中的作用及面临的主要挑战。*作用:*大范围、宏观监测:卫星能够覆盖广阔的地域，从局部区域到全球尺度进行观测，为气象预报、气候变化研究、环境监测提供连续、大范围的基础数据。*高时间分辨率观测:许多气象卫星（如静止卫星、极轨卫星）具有相对较短的重访周期，能够提供高时间分辨率的数据，捕捉天气系统的生消演变过程，对短临预报至关重要。*多维、多要素探测:卫星不仅探测大气状态参数（温度、湿度、云量、云顶高度等），还能监测地表参数（海表温度、植被指数、地表温度等）和大气成分（如水汽、臭氧、温室气体浓度），实现气象与环境要素的综合监测。*气候变化研究:长期序列的卫星遥感数据是研究全球气候变化趋势（如全球变暖、海平面上升、极地冰盖变化、臭氧层恢复等）的重要依据。*灾害监测与预警:卫星遥感在监测台风、暴雨、大雾、沙尘暴、森林火灾、干旱、洪水等自然灾害方面发挥着重要作用，可用于灾害发生初