2025年大学《应用气象学》专业题库- 火山喷发、地震等自然灾害气象特征分析

2025年大学《应用气象学》专业题库——火山喷发、地震等自然灾害气象特征分析考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题后括号内）1.火山喷发导致的大气降温主要机制是（）。A.火山灰反射太阳辐射B.火山灰吸收红外辐射C.火山气体吸收可见光D.地震波与大气摩擦生热2.火山喷发后，平流层臭氧含量可能出现的显著变化是（）。A.持续增加B.持续减少C.短期内显著增加，随后缓慢减少D.短期内显著减少，随后缓慢恢复3.地震波（特别是S波）主要通过哪种方式对大气电离层产生影响？（）A.直接加热大气B.引起电离层中离子成分的变化C.通过与大气分子的碰撞激发电离D.产生强大的声波扰动4.以下哪种现象通常被认为是火山冬天的主要原因？（）A.强烈的火山喷发性降水B.大量火山灰遮蔽阳光C.火山气体引发的地面温室效应D.地震活动导致的全球风场紊乱5.在火山灰云的影响下，大气的能见度通常（）。A.显著提高B.保持不变C.显著降低D.先降低后提高6.地震引发次生气象灾害的主要途径之一是（）。A.直接改变大气环流模式B.导致大规模火山喷发C.引发山体滑坡堵塞河道，进而改变局部水汽蒸发条件D.产生强烈的局地热浪7.火山喷发的地理位置对其气象影响范围和持续时间（）。A.无明显影响B.影响较小，主要取决于喷发量C.影响较大，高纬度地区影响更显著D.影响较大，低纬度地区影响更显著8.大气中的硫酸盐气溶胶主要是由哪种火山气体在大气中转化形成的？（）A.CO2B.H2OC.SO2D.Cl29.关于地震前大气异常现象的描述，以下哪项最为普遍和肯定？（）A.气压持续大幅度波动B.地面温度异常升高或降低C.出现反常天气现象（如奇特的云、霞光等）D.风向、风速发生显著且持续的变化10.在评估大型火山喷发或地震的潜在气象风险时，应用气象学的主要关注点包括（）。A.对全球气候的长期影响评估B.对局地天气和气候的短期/中期影响预测C.对航空飞行安全的影响评估D.以上所有二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题后横线上）1.火山喷发产生的火山灰主要由______和少量岩屑组成，其在大气中的沉降速度受颗粒大小、形状和空气阻力的影响。2.地震波中的______波（S波）无法在液体介质中传播，这被认为是解释为什么地球内部存在液态地核的关键依据之一，该特性也使其对电离层的影响研究具有特殊性。3.火山气体中的______在大气平流层中经过氧化后会形成硫酸盐气溶胶，这些气溶胶是形成硫酸盐云（或称“火山烟”），并产生显著______效应的主要原因。4.火山冬天现象通常指火山喷发后一段时间内，由于大气中______含量显著增加，导致全球或区域平均气温异常______的现象。5.地震可能通过改变地表形态和物质组成，进而影响局地的______和______，这些变化可能间接引发局地气候的微小调整。6.火山喷发对局地气候的影响通常比其对全球气候的影响更为______，且往往表现出明显的______特征。7.在火山喷发气象影响的研究中，利用卫星遥感技术监测______的分布、高度和移动是当前重要的观测手段。8.地震引发的大气电离层扰动现象，其强度通常与______、______和震源深度等因素密切相关。9.除了火山和地震，某些大型______活动，如大规模滑坡、泥石流堵塞河道形成湖泊后破裂（溃坝）等，也可能引发显著的次生气象效应或局地气候变化。10.应用气象学在自然灾害气象分析中的重要作用之一是为相关部门提供关于火山灰云或地震可能引发的______、______等气象风险的评估和预警信息。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述火山灰颗粒在大气中沉降的主要物理过程及其影响因素。2.解释火山喷发后可能出现的“火山冬天”现象，并简述其潜在的气候影响。3.简述地震波与大气（特别是电离层）相互作用的可能机制。4.为什么说火山喷发和地震等自然灾害的气象特征分析是一个典型的跨学科研究问题？四、论述题（每题10分，共20分）1.试论述火山喷发对大气环流和区域气候可能产生的复杂影响，并分析影响程度的主要决定因素。2.结合具体实例或研究思路，论述如何利用大气探测技术（如雷达、卫星、探空等）来获取和分析火山喷发或地震引发的气象特征信息。---试卷答案一、选择题1.A2.D3.B4.B5.C6.C7.D8.C9.C10.D解析1.火山灰对太阳短波辐射具有强烈的反射作用，特别是对0.3-0.4微米波长的太阳辐射反射率很高，这减少了到达地面的太阳辐射总量，从而导致地表和低层大气降温。吸收红外辐射和吸收可见光不是其主要降温机制。地震波与大气摩擦主要产生热能，但不是大气降温的主要原因。2.SO2在大气平流层被氧化形成的硫酸盐气溶胶具有强烈的吸湿性，会迅速增长形成硫酸盐云。这些云层通过反射和吸收太阳辐射（尤其是对红外辐射有强烈的吸收作用），导致大气辐射平衡改变，进而引起气温下降，特别是对流层中低层的降温，这就是火山冬天现象。虽然短期内有部分SO2可能通过平流层顶逸散到外逸层，但大部分硫酸盐气溶胶的寿命足以对平流层臭氧产生消耗作用，导致臭氧含量下降，进一步加剧冷却效应。3.S波（横波）是弹性波的一种，它不能在流体（包括液态地核）中传播，但可以在固体中传播。地震学家利用S波无法穿过液态外核的事实推断地球内部存在液态地核。S波的振荡特性使其在传播过程中能够通过复杂的物理过程（如与大气高层的相互作用、电磁耦合等）扰动电离层，虽然这种影响通常较弱且难以精确分离，但理论认为S波是地震对电离层产生影响的重要因素之一，比P波的影响更为直接和独特。4.火山冬天现象的核心原因是大气中火山灰和火山气体（特别是硫酸盐气溶胶）的含量急剧增加。这些物质形成了厚重的云层，有效反射了到达地面的太阳辐射，同时硫酸盐气溶胶吸收红外辐射，导致全球或区域性的气温显著下降。强烈的喷发性降水主要带来水资源问题，而非降温主因。地面温室效应在此情境下通常指CO2等温室气体作用，但硫酸盐气溶胶的辐射冷却效应更为直接和显著。全球风场紊乱是更广泛气候响应的一部分，而非直接原因。5.火山灰颗粒通常具有较大的表面积和粗糙的表面，当其悬浮于大气中形成足够密集的烟云时，会强烈散射和吸收各种波长的太阳辐射，导致到达地面的可见光显著减少，从而使大气能见度大幅下降。火山喷发性降水虽然会携带火山灰，但其本身对能见度的降低作用通常不如悬浮的干灰云。6.火山喷发对局地气候的影响主要限于喷发柱高度附近的区域，其影响范围和强度与喷发本身的强度、高度、地理位置密切相关。由于影响范围相对有限，且往往随着火山灰的沉降而快速减弱，因此其局地性非常强。同时，喷发的影响主要集中在喷发后的一段时间内（数天到数月），表现出明显的暂时性特征。7.火山灰在大气中的分布、高度和移动是评估其影响的关键，卫星遥感技术（如MODIS、VIIRS、GOES等）能够提供高时间分辨率、大范围覆盖的火山灰云图像，可以实时监测火山灰云的生成、扩散、漂移路径和最终的沉降情况，是现代火山气象学不可或缺的观测工具。8.地震引发的大气电离层扰动现象（如地震电离层事件SIDs）的强度通常与地震震级（Mw）密切相关，震级越大，扰动越强。震源深度也是一个重要因素，浅源地震可能更直接地影响地表及低层电离层。此外，震源的位置（如发生在地磁活动活跃区域附近）和发生的时间（如与太阳活动周期叠加）也会影响扰动的大小和特征。9.大型滑坡、泥石流等活动同样会改变地表地形和物质组成。例如，滑坡堵塞河道形成新湖，当湖水因降雨或融雪增多而超过库容极限时，溃坝洪水会释放巨大能量，可能引发次生地震、滑坡，并伴随剧烈的水汽蒸发和局部气压变化，从而产生显著的局地气象效应。10.应用气象学在自然灾害气象分析中的核心任务是评估和预警。这包括：①火山灰云对航空飞行的威胁（能见度降低、腐蚀、发动机损伤等）；②对地面基础设施（电力、通信、交通）的影响；③对农业（作物生长、冻害）、水资源（水质、蒸发）的影响；④地震可能引发的局地洪水（溃坝）、干旱（水源破坏）等气象相关次生灾害的风险评估。二、填空题1.熔岩碎屑2.S3.SO2；冷却4.硫酸盐气溶胶；降低5.水汽蒸发；地表反照率6.显著；暂时7.火山灰云8.震级；震源深度9.滑坡、泥石流10.航空安全；次生灾害三、简答题1.火山灰颗粒的沉降主要受重力和空气阻力两种力的共同作用。当重力大于空气阻力时，颗粒开始下沉。颗粒的沉降速度（终端速度）与其大小、形状和密度有关，通常遵循斯托克斯定律（对于球形、雷诺数较小的颗粒）。颗粒越小，形状越接近球形，密度越大，沉降速度越慢；反之，颗粒越大，形状越不规则，密度越小，沉降速度越快。此外，大气的密度和粘度也会影响沉降速度，海拔越高，大气密度越小，沉降速度越快。大气湍流也会影响沉降过程，使其路径更加曲折。2.火山冬天现象是指大型火山喷发后，向大气平流层输送了巨量火山灰和火山气体（主要是SO2），这些物质在大气中扩散、转化，形成覆盖范围广、持续时间长的硫酸盐气溶胶云。这些气溶胶云通过以下机制导致气温下降：①强烈反射太阳短波辐射回太空，减少到达地面的太阳辐射总量；②吸收大气中的红外辐射，增强大气逆辐射，但总体上前者（反射作用）占主导，导致地表冷却。这种降温现象可以影响局部、区域乃至全球尺度，持续时间从几个月到几年不等，取决于气溶胶的扩散、沉降和化学反应速率。其潜在气候影响包括作物减产、冰川加速融化（若发生在冬季）、极端天气事件频率变化等。3.地震波（特别是P波和S波）在地球内部传播时，会与岩石介质发生相互作用，产生局地的应力变化和介质扰动。这些扰动可以通过多种物理机制传递到大气层，影响电离层。一种可能的机制是地震引起的岩石破裂和摩擦生热，可能导致局部大气参数（如温度、电离度）发生变化，进而影响电离层特性。另一种更受关注的机制是地震波与大气高层（尤其是电离层D层和E层）的直接或间接耦合。例如，S波的振荡特性可能通过某种共振或耦合机制激发电离层中的电磁扰动。P波传播到高空时，可能与大气中的自由电子相互作用，改变电子密度分布。虽然具体物理过程复杂且仍在研究中，但地震确实能够通过这些途径扰动大气电离层，产生可观测到的电离层扰动现象。4.火山喷发和地震等自然灾害的气象特征分析是一个典型的跨学科研究问题，因为它需要整合来自不同学科的知识和方法来理解复杂的自然现象及其影响。①地质学/地球物理学知识：理解火山喷发和地震的成因、机制、能量释放过程、震源特性、地质构造等是分析其气象影响的基础。②大气科学知识：需要掌握大气物理学（如辐射传输、云微物理、大气动力学）、气象学（如天气系统分析、气候学）、电离层物理等，才能解释地质活动如何与大气系统相互作用，以及这些相互作用如何导致具体的气象现象（如火山灰云的扩散、降温效应、电离层扰动等）。③数学和物理学知识：建立描述地质活动与大气相互作用的数值模型或进行定量分析需要扎实的数学和物理学基础。④观测技术：需要运用来自不同领域（如遥感、雷达、探空、地磁监测等）的观测技术来获取火山、地震及其引发的大气响应数据。⑤信息处理与分析：需要对获取的复杂数据进行处理、分析和解读，从中提取有效信息，并最终用于风险评估和预测。因此，这项研究天然地融合了地质学、大气科学、物理学、数学、信息科学等多个学科领域。四、论述题1.火山喷发对大气环流和区域气候的影响是复杂且多方面的，其具体效应和强度取决于喷发的规模、强度、持续时间、地理位置（纬度、海拔）以及大气背景状态。主要影响机制和因素包括：①直接辐射强迫：火山灰和硫酸盐气溶胶通过反射太阳辐射导致地表和低层大气降温，这是最直接的影响。②平流层化学和动力变化：SO2及其转化产物硫酸盐气溶胶影响平流层臭氧含量和温度结构，进而可能间接改变平流层风场和环流模式，并通过波-流相互作用影响对流层底部环流。③局地环流改变：喷发柱本身会产生强烈的上升气流和局地热力强迫，可能扰动局地风场和天气系统。火山灰沉降会改变地表反照率，影响地表能量平衡和局地环流。④云物理影响：火山灰可以作为冰核或凝结核，影响云的形成、类型和降水效率。⑤“火山冬天”效应：大型喷发可能导致全球或区域性的显著降温，影响范围和持续时间取决于喷发量和大气环流模式。⑥大尺度波强迫：喷发柱顶部的冲击波和后续的波动可能向上传播至平流层，并与大气环流系统相互作用，产生长距离的遥相关效应，影响远距离地区的天气。影响程度的主要决定因素包括：喷发指数（VEI），它综合反映了喷发的强度、高度和喷发物的释放速率；喷发地理位置（高纬度喷发对全球气候影响可能更大）；大气背景状态（如厄尔尼诺/拉尼娜事件可能调制火山影响）；人类活动（如温室气体排放可能改变气候背景，影响火山喷发效应的显现）。2.利用大气探测技术获取和分析火山喷发或地震引发的气象特征信息是一个系统性的过程，涉及多种技术和方法：①卫星遥感：是获取大范围、高频次火山灰