2025年大学《大气科学》专业题库- 大气拓扑学与中尺度气象学

2025年大学《大气科学》专业题库——大气拓扑学与中尺度气象学考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.在地转平衡条件下，气流的水平全风速矢量方向与__________平行。A.气压梯度力B.地转偏向力C.高度梯度力D.摩擦力2.对于地转气流，下列哪个量是守恒的？A.位温B.涡度C.动能D.地转偏向力3.在大气动力学中，梯度瓦（Gradientsphere）理论主要用于解释__________。A.气旋的生成和发展B.大气环流的基本尺度结构C.雷暴的微物理过程D.地面温度的日变化规律4.某气块沿等熵线做绝热运动，如果受到水平位涡（PV）通量辐合的影响，其绝对涡度将__________。A.增大B.减小C.保持不变D.无法确定5.中尺度天气系统的主要能量来源是__________。A.太阳辐射B.大尺度系统传递的动能C.地面加热不均D.大气斜压性6.副热带高压的维持主要得益于__________。A.绝热冷却B.水汽凝结释放的潜热C.地转偏向力与科里奥利力的平衡D.纬向温度梯度7.冷锋过境时，通常伴随的现象是__________。A.气压下降，气温升高，天气晴朗B.气压下降，气温降低，出现降水C.气压上升，气温升高，天气晴朗D.气压上升，气温降低，出现降水8.对流参数化方案的主要目的是模拟__________。A.大尺度气流的对流混合B.中尺度涡旋的生消C.小尺度云滴的微物理过程D.地面摩擦对边界层的影响9.风廓线雷达主要用于探测__________。A.大尺度天气系统的云顶高度B.中尺度涡旋的位置和强度C.不同高度的风速和风向廓线D.地面降水强度和类型10.中尺度数值预报模式的时间步长通常比大尺度模式__________。A.更长B.更短C.相等D.无固定关系二、填空题1.大气中的涡度可以分解为__________和__________两部分。2.位涡是__________和__________的乘积。3.引导中尺度系统发展的基本气流背景是__________。4.雷暴的回波强度通常与其内部的__________密切相关。5.中尺度对流系统（MCS）是伴有__________的对流系统。6.梯度风平衡方程包含了气压梯度力、__________和科里奥利力。7.地转适应过程是指在大尺度运动中，__________和__________相互调整，最终达到平衡的过程。8.副热带高压的脊线通常呈__________形。9.常用的中尺度天气图分析工具包括__________和__________。10.气旋的旋转方向在北半球为__________。三、名词解释1.梯度瓦(Gradientsphere)2.斜压不稳定(BaroclinicInstability)3.中尺度对流系统(MCS)4.位涡(PotentialVorticity)四、简答题1.简述地转偏向力的形成机制及其对大气运动的影响。2.比较大尺度天气系统和中尺度天气系统在空间尺度、生命史和动力学机制上的主要区别。3.解释什么是气旋式环流和反气旋式环流，并说明其各自的水平风场特征。4.简述中尺度天气现象对地面天气观测（如气压、风、降水）的影响。五、计算题1.假设某地气压为1000hPa，高空500hPa气压为540hPa。若水平距离为100km，该气层的水平温度梯度为2K/100km，空气密度为1kg/m³。请估算该气层的水平地转风速（假设f=10⁻⁴s⁻¹）。2.一个气块从500hPa（温度为-20°C，气压为540hPa）绝热上升至400hPa。假设环境温度直减率为6K/km。请计算该气块的位温（假设干空气，R=287J/kg·K，CP=1004J/kg·K，γ=7/5）。六、论述题试述位涡守恒定律在中尺度天气系统分析中的作用和应用。试卷答案一、选择题1.B2.A3.B4.A5.B6.C7.B8.C9.C10.B二、填空题1.绝对涡度，相对涡度2.位温，涡度3.大尺度环境气流（或背景气流）4.水汽含量（或对流强度）5.强降水（或连续性降水）6.高度梯度力7.水平涡度，垂直涡度（或水平散度，垂直散度）8.波状（或波浪状）9.自动填图仪，天气图分析软件10.逆时针三、名词解释1.梯度瓦：描述大气中各种动力变量（如涡度、散度、温度）空间梯度和垂直梯度的理论框架，用于理解大气环流结构和动力过程。2.斜压不稳定：指在水平温度梯度存在的情况下，绝热抬升的气块与环境空气的密度（或压力）差异发生变化，导致气块受到的浮力发生改变，从而可能引发不稳定扰动的大气状态。3.中尺度对流系统（MCS）：尺度介于大尺度天气系统和对流单体之间（通常水平尺度100-2000km，生命史几小时到几天），由多个对流单体组织而成，能够产生持续性强降水、大风等天气现象的系统。4.位涡：是一个综合反映大气中水平涡度、垂直运动和环境静力稳定度的物理量，在绝热、无摩擦的条件下沿等位涡线保守，是诊断和追踪大气动力结构变化的重要工具。四、简答题1.解析思路：首先说明地转偏向力的成因，即地球自转导致运动的物体受到一个垂直于运动方向的惯性力。然后解释其对大气运动的影响，如使北半球气流向右偏，南半球向左偏，并形成气旋和反气旋环流。2.解析思路：从空间尺度（中小）、生命史（短时）、动力学机制（斜压性为主）等方面与大尺度系统进行比较，突出中尺度系统的局地性、短暂性和受地形、边界层等影响的显著特征。3.解析思路：分别定义气旋式环流（低压中心，水平气流逆时针辐合上升）和反气旋式环流（高压中心，水平气流顺时针辐合下沉），并描述其对应的水平风场分布规律（气旋为辐合，反气旋为辐散）。4.解析思路：说明中尺度系统（如冷锋、雷暴）具有局地性强、移动快的特点，会导致地面气压、风的突变，产生阵性降水、雷暴大风等剧烈天气现象，使得地面观测记录呈现“跳跳落落”的不连续性。五、计算题1.解析思路：应用地转风公式Vg=-gradφ/g*f，其中水平气压梯度力由500hPa和1000hPa之间的气压差Δp和距离Δx决定（Δp=p1-p2），g为重力加速度，f为地转偏向参数。计算得到水平气压梯度，再乘以f并除以g得到地转风速。注意单位换算（hPa到Pa，km到m，s到h）。Vg≈-[(1000-540)*100*100/(100*1000)/9.8*(10^-4)/(3600*24)]m/s（近似值，实际计算需精确）2.解析思路：首先计算气块绝热上升到400hPa时环境温度T2，T2=T1-L*(z2-z1)，其中L为环境温度直减率，z1和z2分别为初始和最终高度。然后计算气块的位温θ，θ=T2*(p1/p2)^(R/Cp)，其中p1和p2为初始和最终气压。注意干空气常数R和比热容Cp的数值。六、论述题解析思路：首先阐述位