2025年大学《应用气象学》专业题库- 高空大气层的探索与研究

2025年大学《应用气象学》专业题库——高空大气层的探索与研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.以下哪项不是对流层顶以上的主要大气层？A.平流层B.中间层C.对流层D.散逸层2.能够通过发射和接收无线电波来探测大气风场和温度廓线的设备是？A.探空气球B.风廓线雷达C.卫星D.激光雷达3.平流层中含量最高、对地球起重要保护作用的气体成分是？A.氮气B.氧气C.臭氧D.氩气4.利用不同波段的电磁辐射与大气相互作用原理来遥感大气参数的卫星是？A.气象雷达B.无线电探空C.卫星遥感D.系留气球5.以下哪种探测方法主要依靠气球携带探空仪器升空，获取沿途大气参数？A.气象卫星观测B.雷达探测C.探空气球探测D.无线电探空6.行星波在高空大气环流中主要扮演的角色是？A.直接产生急流B.引导和调制急流的位置与强度C.导致平流层温度急剧下降D.主要影响低层天气系统7.对无线电通信信号传播产生显著干扰的高空电离层主要分布在？A.对流层B.平流层C.中间层D.热层8.高空大气探测资料对于制作中长期天气预报，特别是分析高空引导气流的主要价值在于？A.提供地表温度信息B.提供近地面湿度场细节C.提供大尺度高空环流背景D.精确预报小时级降水强度9.以下哪项技术能够直接测量大气中的臭氧浓度垂直分布？A.激光雷达B.可见光云图分析C.气象雷达测风D.臭氧探空仪10.应用高空探测资料监测和分析大气成分变化，对于研究哪方面问题具有重要意义？A.短期数值天气预报的初始场设定B.全球气候变化趋势C.机场起降能见度预报D.城市热岛效应强度二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.高空大气层的温度随高度升高而增加的层次是________层。2.利用探空气球携带无线电探空仪升空，通过向地面发射编码的无线电信号来探测大气参数的技术称为________。3.臭氧层吸收大部分太阳________辐射，保护地球生物免受其伤害。4.卫星遥感大气参数时，常用的红外波段主要用来探测大气的________参数。5.高空急流是高空大气环流的重要组成部分，通常位于________层。6.________雷达利用激光与大气中的分子或粒子相互作用产生的散射信号来探测大气参数。7.高空风场信息对于分析天气系统的________和________非常关键。8.利用地球静止气象卫星获取的高空云图，可以追踪________的生消演变。9.空间天气预报需要利用高空探测资料监测________等空间环境要素的变化。10.高空探测资料的精度和时空分辨率直接影响着________模式的预报效果。三、名词解释（每小题3分，共15分）1.平流层2.探空气球3.臭氧层耗损4.风廓线雷达5.数值天气预报四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述探空气球与气象火箭在高空大气探测中各自的主要特点和适用范围。2.简要说明卫星遥感获取大气温度廓线的基本原理。3.解释什么是高空急流，并简述其对天气系统可能产生的影响。4.简述大气臭氧层耗损对地球环境和人类活动可能造成的主要危害。五、综合应用题（每小题10分，共20分）1.阐述利用多种高空探测手段（如探空气球、雷达、卫星）综合分析一次强天气系统（如台风或强对流天气）发展演变过程的思路和步骤。2.结合高空大气探测技术，论述如何为航空飞行提供安全保障服务（例如，涉及风切变、结冰层、雷暴、电离层干扰等方面的信息）。---试卷答案一、选择题1.C2.B3.C4.C5.C6.B7.D8.C9.A10.B二、填空题1.平流2.无线电探空3.紫外4.温度5.平流层6.激光7.形成发展；移动路径8.大气环流系统（或槽脊）9.电离层10.数值天气预报三、名词解释1.平流层：大气圈的一个层次，位于对流层之上，延伸至约50-85公里高度。其显著特征是温度随高度升高而增加，主要原因是臭氧吸收太阳紫外辐射。平流层含有大气中几乎所有的臭氧，能阻挡大部分有害紫外线；云层很少，天空通常晴朗。2.探空气球：一种充气（通常是氢气或氦气）的球状物体，用于携带气象仪器（探空仪）升至高空，以测量大气随高度变化的温度、湿度、气压等参数。它是进行常规高空探测最常用的手段之一。3.臭氧层耗损：指平流层臭氧浓度显著减少的现象，主要由人类活动排放的含氯和含溴的制冷剂（如氯氟烃，CFCs）等消耗臭氧的物质（ODS）造成。臭氧层耗损导致到达地面的紫外线辐射增强，对生态系统和人类健康构成威胁。4.风廓线雷达：一种专门用于探测大气垂直风切变廓线的雷达。它通过发射短脉冲雷达波，并接收从不同高度大气介质（如分子、气溶胶、云滴）散射回来的回波信号，通过信号处理技术反演得出垂直风速分布。5.数值天气预报：一种现代天气预报方法。它利用计算机求解描述大气运动和状态的基本物理方程（如流体力学方程、热力学方程、辐射传输方程等），以大气初始状态和边界条件为输入，预测未来一段时间内大气状态的变化。高空探测资料是提供高精度初始状态的关键。四、简答题1.探空气球主要依靠自身浮力缓慢上升，可探测到平流层中下部，成本相对较低，可进行常规探空。其优点是连续性好，覆盖范围广；缺点是探测高度有限，受风影响漂移。气象火箭则依靠火箭发动机推力快速将探测仪器（探空头）射入高空，可探测到平流层顶部甚至热层，获取高分辨率、大范围的空间数据。其优点是探测高度高，速度快；缺点是成本昂贵，无法连续探测，每次发射时间窗口有限。2.卫星遥感获取大气温度廓线主要利用大气对电磁波（特别是红外线）的吸收特性。不同大气成分（如水汽、二氧化碳、臭氧）在不同温度下对特定波段的红外辐射具有选择性吸收。卫星上的红外分光计等传感器测量大气辐射通过不同路径（自上而下或自下而上）时的强度变化，根据已知的辐射传输模型和大气窗口信息，反演计算出不同高度的气温。通常采用差分吸收激光雷达（DIAL）等技术，通过选择对温度敏感的“温度计”气体（如氧气）的特定吸收线，精确测量温度廓线。3.高空急流是指高空（通常指700毫巴以上，尤其在200-300毫巴层）水平风速很大（常大于50-70米/秒）的狭窄气团。它通常沿急流轴呈波状起伏，称为急流轴。高空急流是大型天气系统（如温带气旋、副热带高压）的重要特征，对天气系统的发展、移动和强度变化有重要影响。它可以引导冷空气或暖空气快速东移，激发或加强波动，其位置和强度变化往往预示着天气的转折。4.大气臭氧层耗损的主要危害包括：*增强紫外线辐射：臭氧层吸收大部分对生物有害的太阳紫外线辐射（尤其是UV-B）。耗损导致通过臭氧层的紫外线辐射增加，到达地面的UV-B强度升高。*危害人类健康：增强的UV-B辐射会提高皮肤癌和白内障的发病率，削弱免疫系统，增加晒伤风险。*损害生态系统：强烈的紫外线会损伤植物叶片，影响光合作用，降低农作物产量；损害浮游植物（海洋食物链的基础），影响海洋生态系统；对动物（特别是水生生物）和微生物也有不利影响。*影响材料：加速塑料、橡胶等材料的老化和降解。*干扰大气化学过程：可能影响平流层化学成分和温度结构。五、综合应用题1.综合分析强天气系统发展演变过程思路：*数据收集：收集覆盖该天气系统影响区域和高度层（从低空到高空）的多种探测资料，包括探空气球、气象雷达（测风雷达、降水雷达）、风廓线雷达、卫星（红外云图、水汽云图、微波辐射计等）、气象卫星（GOES/COMS等）图像和数传产品。*资料整理与预处理：对不同来源、不同格式的数据进行格式统一、坐标转换、质量控制、订正等预处理，确保数据可用性和一致性。例如，将探空数据插值到统一网格，校准雷达数据。*初步分析：*利用卫星云图追踪系统的位置、强度、形态演变。*利用探空和雷达数据分析系统垂直结构，如云顶高度、含水量、风场垂直分布、是否存在强上升气流或急流带。*利用风廓线雷达或雷达风场产品分析近地面和上空的水平风切变、急流位置和强度变化。*利用卫星微波辐射计等产品反演大气水汽含量和温度场。*综合分析与解释：结合地面观测资料，综合分析高空和低空环境场的演变（如高空冷槽、暖脊、急流引导、低空不稳定能量积累等），解释系统发展、移动和加强或减弱的原因。例如，分析急流是否为系统提供了有利的水汽和能量，是否存在正负涡度平流影响系统强度。*产品制作与预报：基于综合分析结果，制作相应的分析图、预报产品（如未来几小时系统移动路径、强度变化趋势、影响区域等），为气象服务提供依据。2.高空探测为航空飞行提供安全保障服务：*风切变预警：风廓线雷达、气象雷达（特别是机载气象雷达）可以探测到机场附近低空（甚至地面）急性的风切变（垂直风速变化大），为飞机起降提供重要预警信息。高空风场信息有助于理解产生风切变的大尺度背景。*结冰层监测：卫星（如搭载微波辐射计的卫星）可以监测到高空云中或云底的过冷水滴区域，这些区域是飞机飞行中结冰的可能区域。气象雷达也可以探测到含有过冷水滴的云层。高空温度廓线探测有助于判断结冰层的大致高度范围。*雷暴探测与预警：气象雷达（特别是多普勒雷达）是探测雷暴的核心工具，可以识别雷暴的位置、强度、移动速度、是否含有强回波（提示可能产生大冰雹、强风）等。卫星云图可提供大范围雷暴系统的宏观信息。高空探测有助于分析雷暴产生发展的环境条件（如高空湿度、风垂直切变）。*电离层干扰监测：电离层异常（如太阳活动剧烈时产生的电离层骚扰）会干扰飞机上的无线电导航