2025年大学《大气科学》专业题库- 气氛对大气动力学的影响研究

2025年大学《大气科学》专业题库——气氛对大气动力学的影响研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.在绝热过程中，干空气的位温（θ）保持不变，这主要反映了其（）。A.内能守恒B.动量守恒C.密度变化规律D.热力结构特征2.大气静力稳定度判据主要依据（）。A.气压随高度的变化率B.温度随高度的变化率C.风随高度的变化率D.水汽含量随高度的变化率3.气旋过境时，暖湿空气被迫抬升，其中释放的潜热对气旋发展起着（）作用。A.抑制B.微弱影响C.重要驱动D.无关4.在水平温度梯度驱动下产生的力，称为（）。A.地转偏向力B.气压梯度力C.摩擦力D.绝热力5.大气处于绝对稳定状态时，若气块受到扰动向上位移，其（）。A.温度比周围空气低，会继续上升B.温度比周围空气高，会继续上升C.温度比周围空气低，会返回原处D.温度比周围空气高，会返回原处6.反气旋中心附近气流辐散，其上空水汽通常（）。A.易凝结成云B.蒸发加剧C.保持相对干燥D.水汽来源充足7.涡度是描述大气（）的物理量。A.温度水平分布B.水汽垂直运动C.角动量变化D.气压空间梯度8.绝热干燥过程中，气块上升时（）。A.内能增加，气温下降B.内能减少，气温上升C.内能增加，气温上升D.内能减少，气温下降9.地转风的概念是基于（）假设建立的。A.大气绝对静止B.气压梯度力与地转偏向力平衡C.摩擦力可忽略D.大气处于绝热状态10.大气环流的形成与维持，深受地球（）分布的影响。A.经度B.纬度C.海拔D.旋转二、填空题（每空1分，共15分）1.大气中的水汽凝结释放潜热，会增强气流的______，对动力发展产生重要影响。2.气压梯度力是产生风的原动力，它的大小与大气垂直______有关。3.绝对湿度是指单位体积空气中实际含有的水汽质量，而相对湿度则表示实际水汽压与同温度下饱和水汽压的______。4.气流的散度表示气流的______或辐合特性，与局地气压场的演变密切相关。5.在摩擦层内，风速______地减小，风向通常比地转风更偏向高压。6.大气静力稳定度描述了大气垂直运动受到______的程度。7.涡度通量是涡度随时间的______。8.热带辐合带（ITCZ）的形成与______的汇合以及强烈的感热加热有关。9.锋面是冷、暖空气的过渡带，其附近常伴有强烈的______和动力调整。10.温度垂直递减率是影响大气稳定性的关键因素，干绝热递减率、湿绝热递减率和假相当位温递减率是三个重要的______值。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述气温垂直递减率与大气稳定度的关系。2.解释什么是气旋，并简述其典型动力学结构特征。3.比较干绝热过程和湿绝热过程的异同点。4.简述地转偏向力对风的影响，并说明其产生的原因。四、计算题（每题7分，共14分）1.一气块自地面（温度为25°C，气压为1000hPa）绝热上升，假设大气为干绝热递减，求该气块上升到500hPa高度时的温度。（干绝热递减率取9.8K/km）2.某地气压为1020hPa，其正北方向100km处气压为1015hPa。若水平风速为10m/s，风向为北偏东30°。估算该地近似的地转偏向力加速度。（取地球自转角速度为7.29×10⁻⁵rad/s）五、论述题（10分）结合大气热力过程和动力过程，论述锋面过境时可能出现的典型天气现象及其原因。试卷答案一、选择题1.D2.B3.C4.B5.C6.C7.C8.A9.B10.B二、填空题1.抬升力2.梯度3.比值4.散度5.增大6.抑制7.变率8.赤道低空气流9.天气系统10.特征三、简答题1.解析思路：大气稳定度取决于气块受到的浮力与所受摩擦力（或惯性力）的相对大小。气温垂直递减率是判断浮力的关键指标。*若干绝热递减率（约9.8K/km）>实际气温垂直递减率：气块上升冷却变缓，下沉增温变快，受到正浮力，大气不稳定，对流易发展。*若干绝热递减率<实际气温垂直递减率：气块上升冷却变快，下沉增温变慢，受到负浮力，大气稳定，垂直运动受抑。*若实际气温垂直递减率≈干绝热递减率：气块升降浮力接近平衡，大气处于中性稳定状态。*类似地，可比较湿绝热递减率（约6K/km）与实际气温垂直递减率。2.解析思路：气旋定义为核心气压最低的天气系统。其动力学结构围绕中心展开。*定义：气旋是水平气面上中心气压比周围低的闭合成片低压系统。*结构特征：*水平气流：气流沿等压线逆时针辐合于中心（北半球，南半球顺时针）。*垂直气流：中心附近低空为上升气流，水汽易凝结，常伴随云雨。*天气：中心气旋过境常带来云、雨、大风等阴湿天气。*系统：通常伴有冷锋和暖锋，锋面活动导致天气剧烈变化。3.解析思路：对比两个绝热过程的假设、公式和结果。*干绝热过程：*假设：大气干燥，水汽含量不变，没有水汽相变。*公式：T₂=T₁-Lα(T₁-T₀)/T₁或T₂/T₁=(P₂/P₁)^(R/cp)≈(P₂/P₁)^0.286(简化形式)。*特点：气块上升过程中不发生凝结，无潜热释放，温度下降率恒定（干绝热递减率）。*湿绝热过程：*假设：大气有足够水汽，气块上升至饱和时发生凝结，释放潜热。*公式：温度下降率小于干绝热递减率，可用公式T₂=T₁-(g/cp)*(z₂-z₁)或T₂=T₁-Lα'*Δζ，其中Lα'<Lα。*特点：凝结释放的潜热对气块有加热作用，部分抵消了绝热冷却，导致实际降温速率减小。气块上升冷却至饱和后，温度变化主要受湿绝热递减率控制。*相同点：两者都是绝热过程，气块与外界无热量交换，仅依靠内能变化改变温度。*不同点：干绝热过程无潜热变化，湿绝热过程有潜热释放，导致温度下降率不同。4.解析思路：地转偏向力是作用在运动物体上的水平力，其方向垂直于运动方向和地球旋转轴，北半球向右偏，南半球向左偏。*影响：它改变了水平气流的方向，但不改变气流的速率（在理想状态下）。使得在气压梯度力作用下形成的地转风，风向偏离等压线。*产生原因：地转偏向力的产生是由于地球的自转。当地球自转时，地表各点随地球一起转动。当空气相对于地面运动时，由于惯性，空气倾向于保持其原来的运动状态（相对于旋转的地球），相对于旋转的地球表面，就好像受到了一个偏转力的作用，这个力就是地转偏向力。其大小与风速、纬度有关，风速越大、纬度越低，地转偏向力越大。四、计算题1.解析思路：应用干绝热过程公式计算温度变化。需要知道初末状态的气压和温度，以及干绝热递减率。*公式：T₂=T₁-Lα*(P₂/P₁)^(R/cp-1)≈T₁-Lα*(P₂/P₁)^0.286(简化公式)*已知：T₁=25°C=298K,P₁=1000hPa,P₂=500hPa,Lα≈9.8K/km*气压比：P₂/P₁=500/1000=0.5*温度变化量：ΔT=Lα*(P₂/P₁)^0.286=9.8K/km*(0.5)^0.286*计算：(0.5)^0.286≈0.7937,ΔT≈9.8*0.7937≈7.78K*末温：T₂=T₁-ΔT=298K-7.78K≈290.22K=17.07°C2.解析思路：计算地转偏向力加速度。公式为f*v，其中f=2Ωsinφ，v为风速。需要根据风向计算有效风速，并假设纬度φ。*公式：a_g=2*Ω*v*sinφ*已知：P=1020hPa,P_north=1015hPa,v=10m/s,Ω=7.29×10⁻⁵rad/s*计算气压梯度力引起的风速分量（近似地转风）：ΔP=P-P_north=1020-1015=5hPa。1hPa≈100Pa。ΔP≈500Pa。距离D=100km=1×10⁵m。平均梯度ΔP/Δx=500Pa/1×10⁵m=0.05Pa/m。地转风速v_g≈√(ΔP/g)=√(500/(9.8))m/s≈7.14m/s。*风向为北偏东30°，有效风速（北风分量）为v_north=v*cos(30°)=10*(√3/2)≈8.66m/s。*假设纬度φ≈30°(示例，实际需根据地点确定)，sinφ≈sin(30°)=0.5。*计算地转偏向力加速度：a_g=2*Ω*v_north*sinφ=2*(7.29×10⁻⁵)*(8.66)*0.5m/s²*计算：a_g≈2*7.29×10⁻⁵*4.33m/s²≈6.31×10⁻⁴m/s²五、论述题解析思路：论述需结合热力、动力两方面，分步骤阐述锋面过境前后的变化及其原因。1.锋面定义与分类：锋面是冷、暖两种不同性质气团的过渡带。按冷暖气团相对位置分为冷锋、暖锋、静止锋。2.冷锋过境：*动力：冷气团密度大、活动能力强，楔入暖气团下方，迫使暖空气抬升。暖空气受挤压，做剧烈的倾斜运动，常形成锋面云系（荚状云、砧状云等）。强烈的上升运动和水汽凝结导致降水（雨、雪、冰雹）。*热力：暖空气被迫抬升，绝热冷却，若达到饱和则凝结放热，但整体仍处于较暖状态。锋面过境后，冷气团占据主导，气温骤降，气压升高，天气转晴。3.暖锋过境：*动力：暖气团密度小、活动能力强，爬升于