2025年大学《应用气象学》专业题库- 大气环境模拟预测技术原理

2025年大学《应用气象学》专业题库——大气环境模拟预测技术原理考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共30分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.大气环流模式（AGCM）主要模拟的是（）。A.全球尺度的天气过程细节B.区域或局地尺度的天气现象C.全球或区域尺度的大气环流和水热输送D.地球表面与大气之间的能量交换过程2.数值天气预报（NWP）的核心思想是将描述大气运动的（）转化为可求解的差分方程组。A.微分方程组B.积分方程组C.代数方程组D.逻辑关系图3.在有限差分法中，为了提高空间精度，常采用（）。A.零阶格式B.一阶向前差分格式C.二阶中心差分格式D.三阶向前差分格式4.大气科里奥利参数主要影响（）。A.大气辐射传输B.大气热力过程C.大气水平动量变化D.大气垂直运动5.模式分辨率指的是（）。A.模型能模拟的最小天气系统尺度B.模型水平格点之间的距离C.模型时间步长的大小D.模型垂直层数的多少6.大气化学传输模型（CTM）主要解决的问题是（）。A.长期天气变化预测B.大气环流场模拟C.大气中污染物浓度分布预测D.地面热量平衡计算7.辐射传输模型需要考虑的主要过程包括（）。A.大气环流和水汽输送B.地面热量吸收与释放C.太阳短波辐射和地球长波辐射的吸收、散射和发射D.大气中的化学反应8.大气边界层指的是（）。A.平流层与对流层之间的过渡层B.地球表面到大气中湍流混合显著区域的垂直范围C.对流层与平流层之间的整个区域D.高空急流带附近区域9.模型参数化方案是为了（）。A.完全精确地模拟所有大气物理过程B.模拟那些由于网格尺度太小而无法直接解算的物理过程C.减少模型计算量D.增强模型的稳定性10.集合预报系统（EPS）产生的多个预报场之间的差异主要来源于（）。A.使用不同的初始观测资料B.采用不同的模式版本C.包含随机扰动D.使用不同的地理区域11.评估数值模式模拟结果好坏的常用指标不包括（）。A.平均绝对误差（MAE）B.均方根误差（RMSE）C.绝对湿度D.相关系数（R）12.在模式中，陆面过程模拟主要涉及（）。A.大气环流计算B.地表温度、湿度、蒸散发等与大气相互作用的物理过程C.辐射收支计算D.水汽输送计算13.数值格式的稳定性是指（）。A.模拟结果随时间步长增加而收敛B.模拟结果随空间步长减小而改善C.模拟结果不出现无物理意义的现象（如温度为负、风速过大等）D.模拟结果与实际观测完全一致14.气候模型（CGCM）与天气尺度数值模式的主要区别在于（）。A.模型物理过程的复杂程度B.模型水平和垂直分辨率C.模型是否包含海冰、海洋等下垫面过程D.模型主要研究的时间尺度15.模型嵌套技术的主要目的是（）。A.提高全球范围的模拟精度B.减少模型计算量C.提高区域或局地尺度的模拟精度和分辨率D.增加模型的物理过程种类二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.描述大气运动的基本物理定律包括牛顿运动定律、______定律和热力学定律。2.数值格式的空间离散方法主要有有限差分法、______法和谱方法。3.大气辐射中，波长小于0.76微米的辐射称为______辐射，波长大于4微米的辐射称为______辐射。4.大气边界层内的风速和风向通常与地面______密切相关。5.模式参数化方案的选择需要考虑______、参数敏感性以及与模式框架的兼容性。6.集合预报能够提供预报的不确定性范围，其优势在于______。7.评估模式模拟温度场准确性的常用指标是______和相关系数。8.大气环流模式通常需要与______模式或海冰模式进行耦合，以研究气候变化。9.在大气动力学中，地球自转引起的偏向力称为______力。10.大气化学传输模型需要输入______场、气象要素场和化学反应机制信息。三、名词解释（每题3分，共15分。请给出每个名词的简要定义）1.绝热过程2.模式分辨率3.数值格式4.大气边界层5.集合预报四、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题）1.简述数值天气预报（NWP）的基本流程。2.解释大气模型中“嵌套”技术的含义及其作用。3.为什么大气中的许多物理过程需要采用参数化方案进行模拟？4.简述影响数值天气预报模式模拟精度的主要因素。五、论述题（10分。请就下列问题展开论述）结合你所学的知识，论述大气环境模拟预测技术在现代气象和环境保护中的重要作用及其面临的挑战。试卷答案一、选择题1.C2.A3.C4.C5.B6.C7.C8.B9.B10.C11.C12.B13.C14.C15.C二、填空题1.热力学2.有限体积法3.可见光；红外4.风向风速5.物理合理性6.提供概率预报7.均方根误差8.海洋9.科里奥利10.污染物排放三、名词解释1.绝热过程：指系统与外界没有热量交换的过程。2.模式分辨率：指模型能分辨出的最小空间或时间尺度。3.数值格式：将偏微分方程转化为离散形式（代数方程组）的方法。4.大气边界层：地球表面到大气中湍流混合显著区域的垂直范围。5.集合预报：通过使用不同的初始条件或模型参数产生多个预报场，以表示预报不确定性。四、简答题1.数值天气预报（NWP）的基本流程：主要包括：①建立大气运动的基本方程组；②对初始时刻的大气状态进行客观分析，得到初始场；③选择合适的数值格式，将连续的偏微分方程离散化；④进行时间积分，从初始场开始，逐时推算未来一段时间内的大气状态；⑤对计算结果进行后处理和产品生成。2.大气模型中“嵌套”技术的含义及其作用：嵌套技术是指在小范围区域模型中，使用比大范围模型更细的网格，并将大范围模型的输出作为小范围模型的外边界条件的技术。其作用是提高小范围区域的模拟精度和分辨率。3.为什么大气中的许多物理过程需要采用参数化方案进行模拟？因为数值天气预报和气候模型的网格尺度（步长）远大于这些物理过程发生所依赖的微观尺度，无法在模型中直接进行精细模拟，因此需要采用参数化方案，用简化的数学表达式来描述这些宏观尺度上的平均效应。4.简述影响数值天气预报模式模拟精度的主要因素：主要包括：①初始场质量；②模式物理过程和参数化方案的准确性；③数值格式的精度和稳定性；④模式分辨率；⑤计算资源。五、论述题大气环境模拟预测技术在现代气象和环境保护中发挥着至关重要的作用。在气象领域，NWP为天气预报、灾害性天气预警（如台风、暴雨、寒潮）提供了关键的技术支撑，保障了人民生命财产安全，服务了农业生产、交通运输和日常生活。在气候变化研究中，气候模型（CGCM）用于预估未来全球和区域气候变化趋势、幅度和影响，为制定气候政策提供科学依据。在环境保护领域，大气化学传输模型（CTM）能够模拟和预测大气污染物（如PM2.5、O3）的浓度分布和迁移转化，为空气污染预警、溯源分析和区域联防联控提供支持。此外，该技术还广泛应用于农业气象（作物生长模拟）、水文气象（洪水预报）、林业和生态学等领域。然而，大气环境模拟预测技术也