2025年大学《大气科学》专业题库- 大气层中的水汽浓度与灾害的关系

2025年大学《大气科学》专业题库——大气层中的水汽浓度与灾害的关系考试时间：______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题后的括号内。）1.下列哪一项不是大气中水汽的主要来源？A.海洋蒸发B.植物蒸腾C.地表径流D.地下水分蒸发2.在国际单位制（SI）中，大气水汽含量的混合比（SpecificHumidity）的单位是？A.克/千克（g/kg）B.千克/平方米（kg/m²）C.毫巴/平方米（mb/m²）D.千克/立方米（kg/m³）3.当空气达到饱和状态时，其相对湿度是多少？A.0%B.100%C.50%D.120%4.水汽通量散度（DivergenceofMoistureFlux）在气象学中主要用于描述什么现象？A.空气温度的垂直变化B.水汽的绝对总量变化C.水汽含量的水平辐合或辐散D.大气压力的垂直分布5.以下哪种天气现象与大气中极高的水汽含量和强烈的上升运动密切相关？A.霜冻B.伏旱C.台风D.雾凇6.全球变暖背景下，大气水汽含量总体趋势是？A.明显减少B.持续不变C.显著增加D.先增后减7.大气中的水汽主要对地球的能量平衡产生什么影响？A.增强吸收太阳短波辐射B.增强对地面的逆辐射，保温作用增强C.减少大气对太阳长波辐射的吸收D.减弱大气的垂直稳定度8.暴雨形成过程中，暖湿气流受到山地阻挡，被迫抬升，这种过程在气象学上称为？A.气旋式辐合B.地形抬升C.涡度发展D.水汽辐合9.干旱的发生通常与以下哪个因素有直接关系？A.大气水汽含量持续偏高B.水汽输送通道被切断或减弱C.相对湿度长期低于饱和状态D.大气对流活动异常活跃10.测定大气中水汽含量的探空仪器通常包含？A.温度计和气压计B.比湿仪和风向风速仪C.温湿度计和气压计D.雷达和卫星接收器二、填空题（每空2分，共20分。请将正确答案填在横线上。）1.水汽在大气垂直运动中起着至关重要的作用，尤其是在不稳定大气中，强大的______为对流发展提供了能量。2.大气中水汽含量最高的地方通常位于______洋的低纬度地区。3.绝对湿度是指单位体积空气中实际含有水汽的质量，而相对湿度则表示空气中的水汽含量与其同温度下______水汽含量的百分比。4.在水汽充足、大气不稳定的有利条件下，地形抬升可以迅速触发______天气。5.除了作为温室气体，水汽还是重要的______，影响着云的形成和降水过程。6.全球变暖导致的热量增加，会进一步加剧大气对水汽的容纳能力，形成正反馈，从而可能______极端降水事件的发生频率和强度。7.水汽在地球大气环流中扮演着重要的______角色，驱动着大尺度水汽的输送。8.卫星遥感技术在监测全球水汽分布和变化方面发挥着重要作用，常用的指标包括______和大气可降水量。9.干旱不仅与水汽供应不足有关，也与大气环流模式，如______的异常活动密切相关。10.水汽是形成云和降水的必要条件，但其含量和分布的不均，正是导致不同地区和不同时间出现______和______两种极端气候现象的主要原因。三、名词解释（每题3分，共15分。）1.混合比2.水汽通量3.绝对湿度4.暴雨潜势5.水汽反馈四、简答题（每题5分，共20分。）1.简述影响大气中水汽含量时空分布的主要因素。2.阐述水汽浓度如何影响大气垂直稳定度。3.分析水汽输送异常对干旱和洪涝灾害形成的影响。4.简述大气水汽含量变化在全球变暖背景下可能产生的主要影响。五、论述题（10分。）论述大气层中的水汽浓度与多种主要灾害性天气（如暴雨、干旱、强对流、台风等）之间的具体联系，并分析其作用机制。试卷答案一、选择题1.C2.A3.B4.C5.C6.C7.B8.B9.B10.C二、填空题1.对流不稳定度2.太平3.饱和4.强对流5.冰核（或凝结核）6.增强7.联系（或纽带）8.水汽总量指数（或GMI）9.副热带高压（或阻塞高压）10.洪涝；干旱三、名词解释1.混合比：单位质量干空气中所含水汽的质量。它是描述大气中水汽含量最常用的物理量之一，使用千克/千克（kg/kg）作为单位，因其不受气压变化的影响，在气象分析中具有优势。**解析思路*：考察对水汽含量核心概念的定义掌握。混合比是区分于绝对湿度（单位体积）和比湿（单位质量湿空气）的关键概念，强调其“单位干空气”和“不受气压影响”的特性。2.水汽通量：单位时间内，通过单位水平面积垂直向上输送的水汽质量。它是一个矢量，既有大小也有方向，大小通常用克/秒/平方米（g/s/m²）或千克/秒/平方米（kg/s/m²）表示。**解析思路*：考察对水汽输送核心概念的理解。关键在于理解其“单位时间”、“单位面积”、“垂直向上”以及“质量”属性，明确其矢量性质和常用单位。3.绝对湿度：单位体积空气中实际含有水汽的质量。常用单位是克/立方米（g/m³）或毫克/立方米（mg/m³）。它直接反映了空气中水汽的密度，但会随气压和温度的变化而变化。**解析思路*：考察对水汽含量另一种度量方式的理解。与混合比对比，强调其“单位体积”定义和“随气压温度变化”的特点。4.暴雨潜势：指大气系统具备产生强降水的潜力或可能性。它通常由大气的垂直发展能力（如对流有效位能CAPE）、不稳定度、水汽含量和供应以及抬升机制等因素综合决定。**解析思路*：考察对“暴雨”形成条件综合性评估概念的理解。强调其是一个综合性的“潜力”判断，涉及能量、水汽、不稳定性和动力抬升等多个方面。5.水汽反馈：水汽作为一种重要的温室气体，其浓度变化会反过来影响地球的能量平衡，进而对气候系统产生反馈作用。最主要的例子是“水汽正反馈”：全球变暖导致气温升高，大气能容纳更多水汽，更多水汽又进一步加剧温室效应，导致更多变暖。这是放大气候变暖效应的关键机制之一。**解析思路*：考察对水汽在气候系统内部相互作用的理解。关键在于理解水汽作为温室气体的双重角色（吸收红外辐射）以及其浓度变化与气温升高的相互促进的正反馈机制。四、简答题1.简述影响大气中水汽含量时空分布的主要因素。*影响因素主要包括：①地理位置：低纬度近海地区水汽含量高，向高纬度和内陆地区逐渐减少；②季节变化：受季节性加热和海陆分布影响，不同季节水汽分布有显著差异；③海拔高度：水汽含量随海拔升高而迅速减少；④大气环流：风带、气团（如热带气团水汽丰沛，极地气团干燥）和天气系统（如锋面、低压槽是水汽汇集和抬升区域）的分布和活动；⑤下垫面性质：海洋、湖泊、绿地、裸地等不同的地表性质影响蒸发量。**解析思路*：要求系统性地列出影响水汽分布的关键自然地理和大气物理因素，覆盖空间、时间、垂直、动力和下垫面等多个维度。2.阐述水汽浓度如何影响大气垂直稳定度。*水汽浓度直接影响空气的密度和温度垂直梯度。在相同气温下降度下，湿度大的空气密度较小，其环境温度直减率（干绝热递减率）小于干空气（约9.8℃/km），也小于具有液态水凝结潜热的饱和湿空气（约6℃/km，即湿绝热递减率）。这意味着，在相同条件下，含有水汽（尤其是达到饱和或过饱和时）的空气层比干空气层更不稳定，更容易发生垂直运动。充足的水汽为对流发展提供了必要的“燃料”（潜热释放），加剧了不稳定。**解析思路*：考察对水汽与空气密度、环境温度递减率关系的理解，并进一步阐述其对大气层稳定性的影响。核心在于区分干绝热、湿绝热递减率的不同，并解释湿空气为何更容易导致不稳定。3.分析水汽输送异常对干旱和洪涝灾害形成的影响。*干旱：当大气环流异常，导致原本水汽丰富的区域水汽输送减弱或中断时，会引发干旱。例如，副热带高压异常稳定阻塞，切断水汽输送通道；或行星波活动异常，导致水汽来源地气流干燥。此时，目标区域蒸发减少，同时水汽输入不足，导致降水持续偏少，形成干旱。*洪涝：当大气环流异常，导致水汽源区异常活跃，并向某个区域异常强盛地输送水汽时，容易引发洪涝。例如，热带辐合带（ITCZ）异常北（南）移并加强，将大量水汽输送到非季风区；或锋面活动异常频繁、强度异常增强，导致短时间内水汽大量凝结降水。此外，若水汽输送伴随强烈的上升动力，则更容易形成大强度降水。**解析思路*：考察将水汽输送与特定灾害（干旱、洪涝）的成因机制联系起来分析的能力。需分别解释输送“异常减弱/中断”如何导致干旱，以及输送“异常增强/集中”结合上升动力如何导致洪涝。4.简述大气水汽含量变化在全球变暖背景下可能产生的主要影响。*温室效应增强：水汽是主要的温室气体，其浓度增加会直接增强大气对地球向外辐射的吸收，导致地表和低层大气进一步增温，形成正反馈。*极端降水事件增多增强：变暖增加了大气的水汽容量，意味着在相同不稳定条件下，大气可以容纳和释放更多的潜热，可能导致降水强度增大、持续时间延长，极端降水事件（暴雨、大暴雨）发生的频率和强度增加。*区域水资源格局改变：水汽分布的变化可能改变区域降水和蒸发平衡，导致一些地区干旱加剧，另一些地区洪涝风险增大，影响水资源供应和农业。*对云和气候系统的影响：水汽的变化会影响云的微物理过程（如云凝结核浓度、冰晶形成）和宏观特性（云量、云类型），进而对地球的能量平衡和气候系统产生复杂影响。**解析思路*：考察对水汽变化在全球变暖背景下连锁反应的理解。需从温室效应、极端降水、水资源、云气候等多个方面阐述其可能产生的影响，并理解其中的正反馈机制。五、论述题论述大气层中的水汽浓度与多种主要灾害性天气（如暴雨、干旱、强对流、台风等）之间的具体联系，并分析其作用机制。大气水汽是大气中最活跃、影响最广泛的成分之一，它与多种主要灾害性天气的发生发展密切相关。1.暴雨与洪涝：暴雨的核心是强烈的降水过程，而降水本身就是水汽凝结（或冻结）的结果。大气中充沛的水汽含量是产生暴雨的必要物质基础。水汽通量的大小和水平输送方向决定了水汽的供应来源。当大气处于不稳定状态（如存在大的对流有效位能CAPE）并有有效的抬升机制（如地形抬升、锋面、辐合线）时，富含水汽的暖湿空气被迅速抬升，水汽达到过饱和状态后大量凝结，释放潜热进一步加热空气，加速上升运动，形成强烈的上升云团，最终导致短时强降水，形成暴雨甚至洪涝。水汽含量越高，尤其是在低空存在深厚的湿层时，暴雨的强度和持续时间通常也越大。因此，水汽浓度是暴雨强度的重要控制因子。2.干旱：干旱是指长时间降水量显著偏少，导致水资源短缺的灾害。水汽的缺乏是干旱的直接原因。干旱的发生往往与大气环流异常有关，导致水汽输送路径偏移或水汽源区活动减弱。例如，副热带高压长时间稳定控制某地区，阻塞了来自海洋的水汽输送；或极地气团南下，带来干燥空气覆盖该地区。在这种情况下，即使本地有蒸发，但由于水汽输入严重不足，无法形成有效降水，导致地表和土壤缺水，形成干旱。因此，水汽输送的异常中断或减弱是干旱形成的关键机制。3.强对流天气（雷暴、冰雹等）：强对流天气是具有强大上升气流和剧烈天气现象（如雷暴、冰雹、龙卷风）的局地性天气过程。它们的发生需要大气具备强烈的垂直发展潜力，即不稳定层结。而水汽不仅是形成云和降水的原料，其存在（尤其是达到饱和或过饱和）及其伴随的潜热释放过程，对于维持和加强上升气流至关重要。富含水汽的暖空气在上升过程中，水汽凝结释放的潜热会加热空气，使其密度减小，进一步加速上升运动，形成“正反馈”机制，这是强对流天气得以维持和发展的重要能量来源。因此，充足的水汽含量，特别是低空暖湿空气层的厚度，是衡量大气对流发展潜力（即暴雨潜势）的重要指标，直接关系到强对流天气的发生风险和强度。4.台风（热带气旋）：台风是发源于热带洋面的大气涡旋，其能量主要来源于热带洋面上水汽蒸发和后续凝结释放的巨大潜热。台风的形成和发展需要三个基本条件：足够大的海温（提供蒸发水汽的能量）、充足的水汽供应（来自温暖洋面）以及一定的垂直风切变（小）。其中，充足的水汽供应是台风能量维持和增强的核心。台风中心附近的低层大气非常暖湿，水汽含量极高。