2025年大学《大气科学》专业题库- 大气湍流对空气湿度的影响

2025年大学《大气科学》专业题库——大气湍流对空气湿度的影响考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.大气湍流的主要特征包括随机性、三维性和__________。2.描述大气垂直方向上水汽混合强度的物理量是__________。3.湍流垂直输送水汽的同时，也会对近地表层的__________产生影响。4.大气混合层的发展与地表加热、大气层结稳定性以及__________密切相关。5.湍流强度通常用湍动能或__________等参数来表征。6.相对湿度的定义是空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的__________。7.在不稳定大气条件下，湍流活动通常__________，并促进近地面水汽向高层输送。8.地表蒸发和蒸腾过程向大气输送水汽，湍流，特别是__________分量，对这一过程的效率有重要影响。9.涡度相关法是测量大气__________的常用湍流观测技术之一。10.湍流混合不仅影响湿度场，也显著影响着近地面污染物浓度和__________的分布。二、简答题（每题5分，共25分）1.简述大气湍流是如何产生的主要机制。2.解释湍流扩散如何影响近地面层空气的温度和湿度水平。3.阐述地表性质（如裸地、植被覆盖）如何影响湍流及其对空气湿度的影响。4.描述大气混合层在一天中的发展过程及其对边界层湿度结构的意义。5.说明湍流输送在云滴增长过程中的作用。三、论述题（每题10分，共30分）1.详细论述湍流垂直混合对近地面层相对湿度时空分布的影响机制。2.结合热力不稳定条件，分析湍流活动如何增强地表蒸散发对大气湿度的影响。3.讨论大气湍流对大气边界层湿度结构及其对天气现象（如雾、霾）形成可能产生的影响。试卷答案一、填空题（每空2分，共20分）1.时变性2.湿度廓线（或混合比廓线、比湿廓线）3.温度4.湍流5.摩擦风速（或摩擦层厚度）6.比值7.增强（或加剧）8.垂直速度（或w分量）9.湍流通量（或湍流水汽通量）10.大气边界层二、简答题（每题5分，共25分）1.简述大气湍流是如何产生的主要机制。解析思路：大气湍流的产生根源在于大气的非层结性和非定常性。主要机制包括：①地表不均匀加热导致温度梯度产生，进而引发近地表层的动量、热量和水汽的垂直混合；②风切变，即风速随高度的变化，也会在风速梯度大的区域产生湍流；③山脉等大地形阻挡会迫使气流变形，产生湍流；④大气内部不稳定能量释放（如对流）也会加剧湍流活动。核心是流体微团在惯性力、浮力、摩擦力等作用下的随机脉动。答案要点：主要机制包括地表不均匀加热产生的温度梯度、风切变、大地形阻挡以及大气内部不稳定能量释放等。这些因素导致流体微团随机脉动，形成湍流。2.解释湍流扩散如何影响近地面层空气的温度和湿度水平。解析思路：湍流扩散是湍流混合的体现。湍流使得近地面不同高度、不同温度和湿度的空气发生混合。如果混合的是来自更高、更暖、更湿的空气，则近地面温度和湿度会增加；反之，如果混合的是来自更低、更冷、更干的空气，则近地面温度和湿度会降低。湍流强度越大，混合越强烈，对近地面温度和湿度水平的影响也越显著，使得近地面层垂直方向上的温度和湿度梯度减小。答案要点：湍流通过混合不同温度和湿度的空气来影响近地面水平。混合暖湿或冷干空气分别导致近地面温度湿度升高或降低。湍流越强，混合越剧烈，近地面层垂直梯度越小。3.阐述地表性质（如裸地、植被覆盖）如何影响湍流及其对空气湿度的影响。解析思路：地表性质通过改变地表粗糙度、反照率、蒸散发能力等来影响近地表湍流。例如，植被覆盖通常比裸地粗糙度大，会抑制近地表湍流发展，减小摩擦风速，但植被通过蒸腾作用向大气输送大量水汽，即使湍流较弱，也能维持较高的近地面湿度。裸地通常粗糙度小，湍流相对较强，对近地面湿度场的影响（如混合干空气）更显著。不同地表的蒸散发能力也直接决定了通过湍流输送到大气中的水汽通量大小。答案要点：地表通过改变粗糙度影响湍流强度（植被通常增大粗糙度，抑制湍流；裸地反之）。植被通过蒸腾强烈影响近地面湿度，即使湍流较弱。不同地表的蒸散发能力也决定了水汽通量大小。4.描述大气混合层在一天中的发展过程及其对边界层湿度结构的意义。解析思路：大气混合层（边界层）的发展受地表加热驱动。白天，太阳辐射加热地表，近地面空气受热膨胀上升，形成热力对流，湍流活动增强，混合层垂直发展高度逐渐增加。夜间，地表冷却，对流减弱甚至消失，混合层高度降低。混合层的发展伴随着湍流对近地面和低层大气的水汽进行混合。发展良好的混合层有利于近地面水汽向上输送，并使低层湿度相对均匀。答案要点：白天受地表加热发展，高度逐渐增加；夜间冷却，高度降低。混合层发展过程是湍流混合作用的结果，有利于近地面水汽向上输送和低层湿度均匀化。5.说明湍流输送在云滴增长过程中的作用。解析思路：云滴增长（如碰撞-凝聚过程）需要小云滴与较大云滴或大分子水汽发生碰撞或通过水汽扩散。湍流输送在两个关键方面发挥作用：一是湍流垂直混合可以将含有较大云滴的气流输送到含有较多小云滴的区域，增加碰撞机会；二是湍流输送可以将近地面的水汽或较暖湿的空气输送到高空，有利于云滴增长和云的发展。湍流增强可以显著提高云内粒子浓度和增长效率。答案要点：湍流通过垂直输送将不同尺度云滴或水汽混合，增加碰撞凝聚机会。输送近地面水汽或暖湿空气至高空，促进云滴增长。三、论述题（每题10分，共30分）1.详细论述湍流垂直混合对近地面层相对湿度时空分布的影响机制。解析思路：论述需涵盖湍流混合如何改变近地面层的温度和湿度。首先，明确湍流混合是动量、热量和水汽的混合过程。其次，分析混合对温度的影响：混合暖空气使近地面温度升高，混合冷空气使近地面温度降低。再次，分析混合对湿度的影响：混合湿空气使近地面湿度升高，混合干空气使近地面湿度降低。然后，结合近地面层的温度湿度特性（如常存在逆温层，湿度常在近地面达到最大），重点分析湍流混合如何破坏或维持这种分布。例如，白天湍流混合将低层暖湿空气与高层冷空气混合，可能导致近地面相对湿度下降；夜间混合可能将低层较干空气与近地面湿空气混合，也可能改变湿度分布。最后，强调湍流强度和混合层高度对湿度时空分布的影响。答案要点：湍流混合通过交换不同温度和湿度的空气影响近地面相对湿度。混合暖湿空气使湿度升高，混合冷干空气使湿度降低。混合作用破坏近地面温度和湿度的垂直梯度。近地面湿度通常最大，湍流混合会将低层湿空气与高层干冷空气混合，或反之，改变近地面湿度。混合层发展高度和湍流强度影响混合范围和程度，进而影响湿度时空分布。2.结合热力不稳定条件，分析湍流活动如何增强地表蒸散发对大气湿度的影响。解析思路：首先明确热力不稳定条件下大气对流活动强烈。地表蒸散发为大气提供了源源不断的水汽。在热力不稳定条件下，湍流活动（对流）更为旺盛，能够更有效地将地表附近富含水汽的空气向上输送。更强的垂直湍流输送意味着更快的蒸散发水汽进入大气过程。同时，湍流活动本身也加剧了地表附近空气的混合，使得从地表蒸散出的水汽能够更快地扩散到更广阔的区域。因此，热力不稳定条件下的强湍流活动，显著增强了地表蒸散发对大气湿度（特别是低层大气湿度）的贡献和影响范围。答案要点：热力不稳定条件下，对流性湍流活动增强。强湍流能更有效地将地表蒸散出的水汽向上输送，同时加剧近地面混合，加速水汽扩散。因此，强湍流显著增强不稳定条件下地表蒸散发对大气湿度的贡献和影响。3.讨论大气湍流对大气边界层湿度结构及其对天气现象（如雾、霾）形成可能产生的影响。解析思路：首先说明大气边界层（ABL）的湿度结构通常表现为近地面湿度最高，向上逐渐减小（除非有逆湿层）。湍流是维持这种结构的关键机制。湍流混合将低层的湿空气向上输送，同时将高层的干空气向下输送，塑造了湿度的垂直分布。其次，讨论湍流对近地面湿度的维持和影响。例如，在晴朗无风或微风条件下，地表蒸散发提供水汽，弱湍流有助于水汽在近地面积累，可能形成雾。强风和强湍流则可能将低层湿空气与高层干空气混合，稀释近地面湿度，抑制雾的形成。最后，结合霾的形成机制（气溶胶粒子吸湿增长