2025年大学《应用气象学》专业题库- 气象物理学：大气的探秘

2025年大学《应用气象学》专业题库——气象物理学：大气的探秘考试时间：______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括号内）1.下列哪种波长范围的电磁波对大气吸收最强？()A.可见光B.红外线C.微波D.紫外线2.地球大气主要的直接热源是？()A.太阳辐射B.地面辐射C.大气辐射D.地球内能3.当空气块在绝热过程中上升时，其内部水汽达到饱和并发生凝结，这种绝热过程称为？()A.干绝热过程B.湿绝热过程C.等温过程D.假绝热过程4.大气边界层的高度通常取决于？()A.大气静力稳定度B.地表粗糙度C.大气纬度D.太阳活动周期5.下列哪种云的微物理过程与冰晶的沉降有关？()A.混合云的碰并增长B.薄云的蒸发增长C.雾滴的凝结增长D.冰雹的碰并增长6.反射率（α）、吸收率（α）和透射率（τ）之间的关系是？()A.α+α=1B.α+τ=1C.ατ=1D.1/α+1/τ=17.根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，一个物体的辐射能力与其绝对温度的关系是？()A.成正比B.成反比C.平方成正比D.平方成反比8.在大气垂直方向上，温度随高度增加而递减的层称为？()A.对流层B.平流层C.中层D.热层9.地表对太阳辐射的返回到大气或空间的分数称为？()A.吸收率B.透射率C.反射率D.发射率10.产生大气水平运动的基本原因是？()A.大气静力平衡B.地球自转C.气压梯度力D.大气辐射加热二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.大气对太阳辐射的选择性吸收导致了大气窗口现象，其中______波段允许大部分太阳辐射通过。2.大气温度随高度升高而降低的平均规律称为______递减率。3.影响近地面风速的主要阻力是______阻力。4.水汽在空气中达到饱和时的空气温度称为______。5.大气中水汽含量最少的气层是______。6.根据朗伯-比尔定律，光通过介质时的透射率与介质层的______成负指数关系。7.大气边界层内的湍流交换现象使得近地面层的______、温度和湿度等气象要素水平分布趋于均匀。8.云滴增长的主要方式包括______和______过程。9.大气中的臭氧层主要吸收太阳辐射中的______辐射，对地球生命起到保护作用。10.地转风是指在不考虑摩擦力的情况下，空气沿等压线吹动形成的风，其风向在北半球是______。三、名词解释（每小题3分，共15分。请给出简洁、准确的定义）1.辐射平衡2.绝对湿度3.大气稳定度4.云凝结核5.降水效率四、简答题（每小题5分，共20分。请简明扼要地回答问题）1.简述大气对太阳辐射的削弱作用有哪几种形式。2.解释为什么晴朗无云的夜晚地面降温比有云的夜晚快。3.简述大气边界层内风、温、湿场的主要特征。4.比较干绝热过程和湿绝热过程的温度变化率。五、计算题（每小题10分，共20分。请列出公式、代入数据并计算出结果）1.已知地面温度为25°C（298K），空气以6m/s的速率绝热上升，求其到达2000米高度时的温度（假设干绝热递减率为9.8K/km）。2.某大气层的温度廓线为T(z)=T0-Lz，其中T0=280K，L=6.5K/km。求该大气层1000米高度处的气温，并判断该层是否处于绝对稳定状态（提供判据即可，无需计算）。六、论述题（15分。请结合所学知识，阐述你的理解）试述水汽在大气辐射过程和大气环流中所扮演的重要角色。试卷答案一、选择题1.B2.B3.B4.B5.D6.B7.C8.A9.C10.C解析思路：1.大气对太阳辐射的吸收具有选择性，水汽、CO2等主要吸收红外线，臭氧吸收紫外线，而可见光大部分透过。红外线波长范围较长，B选项红外线符合。2.地面通过吸收太阳辐射和内部热源加热，再向大气辐射热量，成为大气最主要的直接热源。3.湿绝热过程是指包含水汽相变的绝热过程，当上升空气达到饱和后，水汽凝结释放潜热，改变空气的绝热温标。4.大气边界层的高度受地表摩擦阻力影响显著，地表越粗糙，边界层越低。5.冰雹的形成涉及冰晶与过冷水滴或冰晶的碰并过程，属于碰并增长。6.辐射能量守恒，入射辐射等于反射、吸收、透射之和，即α+τ=1。7.斯蒂芬-玻尔兹曼定律指出，黑体辐射的总能量与其绝对温度的四次方成正比，即E∝T^4。选项C平方成正比描述的是迈尔定律（理想气体定容比热容与绝对温度成正比）。8.对流层是地球大气层最底层，其特征是温度随高度升高而降低。9.反射率定义为地表反射的太阳辐射能与入射太阳辐射能之比。10.气压梯度力是水平气压差引起的，它迫使空气由高气压区流向低气压区，是形成风的最基本动力。二、填空题1.可见光2.普遍3.摩擦4.露点温度5.平流层6.浓度（或厚度）7.水平梯度8.凝结增长；碰并增长9.紫外10.高于（或平行于）解析思路：1.大气窗口是指大气对某些波段太阳辐射吸收很小，允许其穿透大气到达地表，其中可见光波段是主要窗口。2.普遍递减率是指在对流层，气温随高度平均每升高1公里下降约6.5K，这是一个普遍规律。3.空气在接近地表时，受地面摩擦力影响显著，这种阻力改变了地转风的风向和风速。4.露点温度是空气达到饱和状态时的温度，此时继续降温水汽就会凝结成露。5.平流层由于臭氧吸收大量紫外线而温度升高，对流运动微弱，水汽含量极少。6.朗伯-比尔定律描述光通过均匀吸光介质时，透射光强度与介质浓度和路径长度的乘积成指数关系衰减。7.湍流混合作用使得边界层内近地面的风、温、湿度等要素的水平分布差异减小，趋于均匀。8.云滴增长主要通过两种方式：一是水汽在冰晶或凝结核上凝结；二是小水滴与小冰晶或大水滴与小冰晶碰撞合并。9.臭氧层主要吸收太阳辐射中波长较短的紫外线（特别是UV-B和UV-C），保护地球生物免受其伤害。10.地转风是在摩擦力可忽略的高空，风向平行于等压线，北半球向右偏，南半球向左偏。题目问风向，即高空风相对于等压线的方向。三、名词解释1.辐射平衡：指地表和大气系统在单位时间内吸收的太阳净辐射与向空间发射的地球辐射（包括感热和潜热）之差，通常接近于零，是地球能量平衡的基础。2.绝对湿度：单位体积湿空气中水汽的质量，常用克/立方米或毫巴表示，直接反映空气中水汽含量。3.大气稳定度：描述大气垂直运动状态的气象要素，通常由温度垂直递减率决定，分为不稳定、稳定和中性三种状态。4.云凝结核：能够吸附水汽并使水汽在其表面凝结成微小水滴或冰晶的悬浮粒子，如尘埃、盐粒、硫酸盐等。5.降水效率：云中包含的水汽或云滴转化为有效降水并到达地面的比率，是衡量云降水物理过程有效性的指标。四、简答题1.大气对太阳辐射的削弱作用主要有吸收、散射和反射三种形式。吸收是指大气成分（如水汽、CO2、臭氧等）选择性地吸收太阳辐射的某些波段；散射是指太阳辐射被大气中的气溶胶和分子无规则地向四面八方散射，使天空呈现蓝色或使物体可见；反射是指太阳辐射被云、雪、沙尘等地面物体或大气中的气溶胶表面反射回太空。2.晴朗无云的夜晚，大气对地面的逆辐射弱，且大气透明度高，地面热量主要通过辐射方式损失到太空中。而有云的夜晚，云层像毯子一样覆盖在地面上空，云体对地面的逆辐射强，能有效地将地面散失的热量重新辐射回地面，从而减缓地面降温速度。3.大气边界层内，由于摩擦力作用，风速随高度增加而减小，风向逐渐趋于与地面平行（地转风）。近地面气温受地面加热影响，日变化明显，垂直方向上存在温度梯度。湿度受地面蒸发和大气输送影响，近地面值较高，垂直混合使湿度梯度减小。湍流混合是边界层内重要的物理过程，影响风、温、湿的垂直和水平分布。4.干绝热过程是空气块在绝热上升或下降过程中，空气中的水汽未达到饱和且未发生相变。其温度变化率是固定的，即干绝热递减率（约9.8K/km），上升则降温，下降则升温。湿绝热过程是空气块绝热上升达到饱和后，水汽发生凝结，释放潜热，部分补偿了绝热冷却，使得湿绝热过程的温度下降率比干绝热过程小，即湿绝热递减率（约6K/km），上升降温幅度减小。五、计算题1.公式：T2=T1-L*Δz计算：T2=298K-9.8K/km*2km=298K-19.6K=278.4K结果：278.4K(或-(-19.6)°C=-19.6°C)解析思路：根据干绝热过程温度变化公式，已知初温T1=25°C=298K，干绝热递减率L=9.8K/km，高度变化Δz=2000m=2km，代入公式计算末温T2。2.计算1000米高度气温：T(1000m)=T0-L*z=280K-6.5K/km*1km=280K-6.5K=273.5K(或0.5°C)稳定性判断：公式：静力稳定度判据：若dT/dz<0(即温度随高度降低)，则大气层是稳定的。比较：给定温度廓线T(z)=T0-Lz的斜率dT/dz=-L。已知L=6.5K/km>0。因此，dT/dz=-6.5K/km<0。结论：该大气层（至少在所给廓线范围内）是稳定的。解析思路：第一步，利用给定的温度廓线公式和z=1000m，代入计算该高度的温度。第二步，根据静力稳定度的基本判据，温度随高度下降（dT/dz<0）的大气层是稳定的。计算出的斜率（-L）为负值，满足稳定条件。六、论述题水汽在大气辐射过程中扮演着至关重要的角色。它是大气中主要的红外吸收气体，吸收太阳辐射中的红外线（部分近红外和大部分中红外）以及地面发射的红外辐射，并对大气自身的红外发射起主导作用，是地球温室效应的主要贡献者之一。