2025年大学《应用气象学》专业题库- 云与降水过程的形成与发展

2025年大学《应用气象学》专业题库——云与降水过程的形成与发展考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每小题3分，共15分）1.云滴碰并增长2.贝吉隆过程3.淞附4.冷云5.大气稳定度二、填空题（每空2分，共20分）1.云是大气中水汽凝结或冻结形成的，垂直结构通常可分为______、______和______三个主要部分。2.暖云降水的形成机制主要是依靠云中______水的碰并增长过程。3.冷云中能够有效增长冰晶的主要过程包括______过程、______过程和冰晶与过冷水滴的______。4.影响云发展和降水形成的重要宏观因子包括水汽条件、______、______以及气流辐合辐散等。5.冰雹的形成通常与具有______和______特征的云体有关。三、判断题（每小题2分，共10分，请在括号内打“√”或“×”）1.所有的云都能产生降水。（）2.云凝结核（CCN）是水汽凝结的必要条件。（）3.斯特拉特默过程是指冰晶在过冷水滴周围增长的过程。（）4.绝对不稳定大气有利于深厚云层的发展和降水的形成。（）5.人工增雨通常通过向云中播撒盐粉或碘化银来促进冰晶增长。（）四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述冷云降水形成的几种主要机制及其基本条件。2.比较暖云降水理论和冷云降水理论的主要区别。3.简述影响云中水滴增长的主要因素有哪些。4.简述地形对云和降水形成可能产生哪些影响。五、论述题（每小题10分，共20分）1.详细阐述贝吉隆过程（冰晶增长过程）的物理机制及其在冷云降水中的作用。2.结合所学知识，分析大气稳定度对云发展和降水形成的影响机制。试卷答案一、名词解释1.云滴碰并增长：指云中大小水滴（或冰晶）由于重力作用相互靠近并合并，导致粒子体积和质量增大的过程，是暖云降水和冷云（霰、冰雹）增长的主要方式之一。**解析思路：*考察对云中粒子增长基本方式的理解。核心是“大小粒子”因“重力”靠近“合并”，导致“体积质量增大”。2.贝吉隆过程：又称冰晶增长过程，指在温度低于0℃的云中，过冷水滴在冰晶表面发生冻结，导致冰晶以比其自身降落速度大得多的速度增长的现象。**解析思路：*考察冷云微物理核心过程。关键点在于“低于0℃”、“过冷水滴”、“在冰晶表面冻结”、“冰晶增长速度加快”。3.淞附：指过冷水滴冻结在已存在的冰晶或冰粒（如霰）表面的过程。**解析思路：*考察冷云微物理核心过程。核心是“过冷水滴”在“冰晶/冰粒”表面“冻结”。4.冷云：指云中的温度始终低于0℃，由冰晶、过冷水滴、霰、冰雹等粒子组成的云。**解析思路：*考察云的基本分类。关键点在于“温度始终低于0℃”以及“粒子组成”。5.大气稳定度：指大气垂直运动受到的力的作用状况，决定了大气是倾向于垂直发展（不稳定）还是趋于稳定层结。**解析思路：*考察影响云发展的宏观物理量。核心是“垂直运动受力状况”以及其对“垂直发展”的影响。二、填空题1.低层云；中层云；高层云**解析思路：*考察云的基本分类体系，按高度分为三个主要层次。2.过冷**解析思路：*考察暖云降水的主要机制，核心是利用“过冷水滴”的“碰并”。3.淞附；冰晶碰并（或格拉夫增长）；碰并**解析思路：*考察冷云中冰晶增长的主要方式，包括对冰晶本身的增长和对过冷水滴的增长。4.大气稳定度；上升气流**解析思路：*考察影响云发展和降水形成的主要宏观因子，一个是热力条件（稳定度），一个是动力条件（上升气流）。5.强大的上升气流；大的垂直尺度（或深厚云体）**解析思路：*考察冰雹形成的必要条件，需要旺盛的动力机制和足够大的云体垂直发展空间。三、判断题1.×**解析思路：*并非所有云都能降水，例如非常薄的卷云、高空的cirrus云等可能不产生降水或只产生很少的降水。2.√**解析思路：*水汽需要凝结核才能凝结成液态水滴，CCN是满足此条件的粒子。3.×**解析思路：*斯特拉特默过程是过冷水滴碰并增长的过程，发生在冰晶浓度较低时。淞附是指过冷水滴冻结在冰晶上。4.√**解析思路：*绝对不稳定大气垂直运动强烈，有利于深厚云的发展，通常伴随强对流和强降水。5.√**解析思路：*人工增雨/雪通过播撒“成核剂”（如盐粉、碘化银），提供大量有效的冰核或凝结核，改变云微物理过程，促进降水。四、简答题1.冷云降水形成的几种主要机制及其基本条件：*淞附增长（或冰晶碰并增长）：在冰水共存的云中，过冷水滴在冰晶（或霰）表面冻结，使冰晶体积迅速增大。此机制在冰晶浓度较高、温度接近0℃的云中起主要作用。*贝吉隆过程（或冰晶增长过程）：在温度远低于0℃的云中，过冷水滴在冰晶周围冻结，形成一层透明冰壳，冰晶内部的水分渗入冰壳后汽化，使冰晶体积迅速增大。此机制在冰晶浓度较低、温度低于-5℃至-15℃的云中起主要作用。*格拉夫增长（或称库伦增长）：当云中存在较大冰雹粒子时，过冷水滴与冰雹粒子碰撞冻结，使冰雹粒子增长。此机制是冰雹增长的主要方式，发生在有较大冰雹核心的云中。**解析思路：*考察对冷云降水核心机制的理解。需要列出至少两种主要机制（淞附/碰并和贝吉隆），并简述其原理和发生条件。2.比较暖云降水理论和冷云降水理论的主要区别：*基本假设不同：暖云降水理论假设云中温度高于0℃，降水由过冷水滴通过碰并增长形成；冷云降水理论则假设云中温度低于0℃，降水由冰晶通过淞附、贝吉隆、碰并等过程形成。*降水形成核心不同：暖云降水核心是过冷水滴的碰并；冷云降水核心是冰晶的增长（对过冷水滴或形成霰/冰雹）。*适用范围不同：暖云降水理论适用于温度高于0℃的层状云和积云；冷云降水理论适用于所有温度低于0℃的云，包括层状云和积云。*对人工影响天气的解释不同：暖云增雨通过增加云中凝结核或冷却云底；冷云增雨通过提供大量有效冰核。**解析思路：*考察对两种核心降水理论的辨析能力，从基本假设、核心机制、适用范围、应用等方面进行比较。3.简述影响云中水滴增长的主要因素有哪些：*云中粒子浓度：粒子浓度高，碰撞概率增大，碰并增长速度快。*温度：温度影响水滴大小差异（过冷程度）、冰晶和过冷水滴的相态分布，进而影响增长机制和速率。*大气稳定度和上升气流：强烈的上升气流提供充足的水汽和碰撞机会，不稳定大气有利于云发展。*水汽含量：水汽是增长的物质基础，水汽含量越大，增长潜力越大。*云的厚度和垂直尺度：云越厚，水滴或冰晶在其中停留时间越长，增长机会越多。*存在的凝结核和冰核数量与类型：影响初始粒子大小和增长过程。**解析思路：*考察对影响云中粒子增长因素的综合认识，涵盖微物理条件（浓度、温度、粒子类型）和宏观动力学条件（稳定度、气流、水汽、尺度）。4.简述地形对云和降水形成可能产生哪些影响：*形成地形云：山脉对气流产生抬升作用，迫使暖湿空气上升冷却，形成地形云（如地形雾、山谷云、地形锋面云）。*改变降水分布：迎风坡因抬升作用，云层发展旺盛，降水通常较多（或形成降水带）；背风坡则因下沉作用，气流干燥，云量减少，降水稀少，甚至形成雨影区。*诱导局地环流：山地可以诱导山谷风、山地波等局地环流，影响局地云和降水的形成。*影响焚风效应：山脉间的谷地可能因焚风效应导致气温升高，影响近地面的水汽蒸发和云的形成条件。**解析思路：*考察地形在天气学中影响云和降水的作用，主要从“抬升作用形成地形云”、“改变迎背风坡降水分布”、“诱导局地环流”等方面回答。五、论述题1.详细阐述贝吉隆过程（冰晶增长过程）的物理机制及其在冷云降水中的作用：贝吉隆过程发生在温度低于0℃的过冷云中，主要涉及冰晶和过冷水滴。其物理机制如下：当云中同时存在冰晶（通常由冰核形成）和过冷水滴时，由于冰晶饱和水汽压低于过冷水滴，过冷水滴表面的水汽会向冰晶表面扩散。在冰晶表面，水汽直接凝华成冰，或在过冷水滴与冰晶接触界面处发生冻结（冻结效率通常接近100%）。这个过程使得过冷水滴逐渐被一层透明冰壳包裹，同时冰晶内部的水分在冰壳周围汽化（因为冰晶饱和水汽压更低），汽化的水汽又部分地重新在冰壳内凝结成冰，从而使得冰晶的体积迅速增大，而包在外的过冷水滴则逐渐变薄，最终可能完全汽化消失。这个过程会持续进行，直到冰晶增长到足够大，能够克服上升气流而被带出云底形成降水。贝吉隆过程在冷云降水中起着至关重要的作用，尤其是在高空温度较低（如低于-5℃至-15℃）的云中，它是冰晶增长的主要方式。由于冰晶的密度远小于水滴（冰晶密度约0.917g/cm³，水滴密度约1g/cm³），增长后的冰晶体积远大于初始体积，因此即使云中初始冰晶数量很少，贝吉隆过程也能迅速产生大量大冰晶，这些大冰晶在下落过程中会通过淞附过程不断收集过冷水滴，最终增长为能降落的雪花或冰雹。同时，贝吉隆过程也消耗云中的过冷水滴，可能影响暖云降水（如果云底有暖层）或改变云中水相分布。**解析思路：*考察对冷云微物理核心过程的深入理解。需要详细描述“水汽扩散”、“凝华/冻结”、“冰晶内部汽化”、“冰壳增长”等关键物理步骤，并阐述其在“冰晶显著增长”、“消耗过冷水滴”、“为后续降水粒子形成提供基础”等方面的作用。2.结合所学知识，分析大气稳定度对云发展和降水形成的影响机制：大气稳定度描述了大气垂直运动的倾向性，直接决定了云能否发展以及发展到何种程度，进而影响降水的形成。*绝对不稳定（Instability）：当大气垂直运动受到正浮力（即上升气块受热膨胀时，其环境温度低于气块温度）推动时，大气处于绝对不稳定状态。在这种条件下，一旦有抬升机制（如地形、对流不稳定触发）提供初始扰动，气块就会迅速地、不受到阻碍地垂直发展，形成深厚的对流云（如积雨云）。强烈的上升气流为水汽凝结和云滴增长提供了充分的时间和空间，容易形成大范围的、强度较大的降水。绝对不稳定有利于发展强对流天气，伴随雷电、大风、冰雹甚至龙卷风。*惰性稳定（Neutrality）：当大气垂直运动受到的浮力与阻力（如空气粘性、乱流摩擦）大致平衡时，大气处于惯性稳定状态。在这种条件下，气块既不会加速上升也不会加速下沉，而是以近乎恒定的速度运动。惯性稳定大气有利于形成发展高度有限、垂直厚度较小的云层（如淡积云、高积云），通常降水强度不大，或者只在云底有少量零星降水。*绝对稳定（Stability）：当大气垂直运动受到负浮力（即上升气块受热膨胀时，其环境温度高于气块温度）阻碍时，大气处于绝对稳定状态。在这种条件下，气块一旦有微弱的上升运动会受到下沉气流的抑制，垂直发展受到极大限制，甚至会被卷回。绝对稳定大气通常只有利于形成薄层云（如卷云、卷积云），这些云通常很淡，降水稀少甚至不降水。即使有降水，也只能是云底的毛毛雨或淞淞雨。*条件不稳定（ConditionalInstability）：指大气本身是稳定的，但若含有足够的水汽，当气块达到某个“混