2025年大学《大气科学》专业题库- 大气科学对能源发展的影响与贡献

2025年大学《大气科学》专业题库——大气科学对能源发展的影响与贡献考试时间：______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涂在答题卡相应位置。）1.大气环流模式预测，全球变暖可能导致未来副热带高压带（如夏季东亚副高）的哪种变化趋势？A.强度减弱，范围缩小B.强度增强，位置偏北，维持时间延长C.强度减弱，位置偏南D.强度变化不明显，仅位置有所偏移2.对于风力发电场址的选择，以下哪个大气科学因素最为关键？A.年平均气温B.大气水汽含量C.风速的稳定性、功率密度及其年际变化特征D.地形对风的影响3.光伏发电系统的效率在多大程度上直接依赖于太阳辐射的强度和光谱成分？A.辐射强度和光谱成分均不依赖B.仅依赖于光谱成分C.仅依赖于辐射强度D.严重依赖于辐射强度，对光谱成分要求不高4.大气边界层的高度和结构，对城市热岛效应的形成和强度有何直接影响？A.边界层高度越高，热岛越强B.边界层高度越低，热岛越强C.边界层湍流混合越强，热岛越弱D.边界层稳定，热岛效应最显著5.极端降水事件频率和强度的增加，对水电能源的稳定供应主要构成什么方面的影响？A.提高了丰水期的发电潜力，但降低了枯水期风险B.增加了枯水期发电风险，对丰水期影响不大C.同时增加了丰水期和枯水期的发电风险D.主要影响输电线路的安全，对发电本身影响较小6.大气化学成分的变化，特别是温室气体浓度的增加，主要通过哪种物理过程对全球能量平衡产生显著影响？A.改变地表反照率B.增强大气对太阳短波辐射的吸收C.增强大气对地球长波辐射的吸收，导致地表能量损失减少D.减少大气水汽含量，降低温室效应7.在能源系统规划中，利用数值天气预报（NWP）产品进行短期电力负荷预测，最常关注的大气变量是？A.大气压力B.温度、湿度、风速和风向C.总云量、低云量D.地面降水8.大气边界层中的污染物扩散，在风速较低时与风速较高时相比，哪种情况下的污染物浓度通常更高？A.风速较高时B.风速较低或无风时C.风速中等时D.与风速关系不大9.气候变暖背景下，海平面上升对沿海地区的能源基础设施（如核电站、火电厂、输电线路）可能构成的主要威胁是？A.增加发电效率B.导致燃料需求量减少C.淹没或侵蚀海岸线，威胁设施安全和运行D.改变海水盐度，影响冷却系统10.大气科学在提高能源系统对气候变化的适应能力方面，可以提供哪些关键支撑？（请选择所有适用选项）A.长期气候变化趋势预测，支持能源结构转型决策B.极端天气事件（如热浪、寒潮、台风）的早期预警C.精细化气象预报，优化可再生能源发电出力D.评估气候变化对能源需求（如供暖、制冷）的影响二、简答题（每小题5分，共20分。请将答案写在答题纸上。）1.简述大气水汽含量及其变化对太阳能光伏发电系统性能的影响机制。2.阐述大气边界层气象学知识在大型风力发电机组的选址和运行优化中的具体应用。3.描述气候变化可能如何改变全球或区域性的能源需求结构，并举例说明。4.解释利用大气科学原理和方法进行空气质量监测与预报，对于保障能源生产和消费过程中的环境安全有何重要意义。三、论述题（每小题10分，共30分。请将答案写在答题纸上。）1.论述数值天气预报（NWP）模型的不确定性，以及这种不确定性如何影响基于气象条件的能源（如风能、太阳能）功率预测的准确性和可靠性。2.结合大气科学的原理，深入分析极端天气事件（例如，一次严重冰冻灾害或一场大范围沙尘暴）对整个能源系统（发电、输电、用能）可能造成的连锁影响和冲击。3.探讨大气科学研究在推动能源系统向低碳化、智能化转型过程中可以发挥的关键作用，并举例说明大气科学交叉学科研究的潜力。四、案例分析题（15分。请将答案写在答题纸上。）假设某沿海城市计划建设一个大型地面光伏发电站，该地区夏季常受热带高压控制，高温少雨，但偶尔有强对流天气发生。请结合大气科学知识，分析在选址和运行管理中需要重点考虑哪些气象因素及其潜在影响，并提出相应的应对建议。试卷答案一、选择题1.B2.C3.D4.B5.B6.C7.B8.B9.C10.A,B,C,D二、简答题1.答案要点：大气水汽是近红外辐射的主要吸收气体，会显著衰减到达地面的太阳短波辐射，特别是对光伏电池工作波段（可见光）影响较小但对红外有吸收。水汽含量高会降低大气透明度，减少到达光伏板的太阳辐射强度，从而降低发电效率。同时，高湿度环境可能加速光伏组件表面灰尘的吸附，进一步降低透光率。极端天气如暴雨可能导致组件冲洗，短期增加效率，但可能伴随损坏风险。解析思路：考察对太阳辐射传输和光伏电池工作原理结合的理解。核心在于水汽对太阳辐射（特别是红外部分）的吸收衰减作用，以及湿度过高对透明度和表面清洁度的影响。需要从辐射和设备两个层面进行阐述。2.答案要点：大气边界层高度决定了风能资源的垂直分布和湍流强度。选址时需考虑边界层高度是否足以产生稳定、强劲的梯度风，以及地表摩擦对近地面风速的削减。利用边界层结构信息（如夜间逆温层存在）可判断低层风力资源潜力和湍流强度。运行优化中，了解边界层内风速风向的切变和垂直变化有助于优化机组偏航和桨距控制，提高捕获效率，并评估叶片载荷。夜间或边界层稳定时低层风力可能更稳定但湍流也更大。解析思路：考察将边界层气象知识与风力发电实践相结合的能力。关键在于理解边界层高度、风速垂直分布、湍流特性如何影响风资源评估、选址决策和运行效率。3.答案要点：气候变化导致极端高温和低温事件频率增加，改变空调和供暖需求。全球变暖可能使部分高纬度地区传统供暖需求减少，但极端寒潮可能增加峰值负荷。海平面上升和更强的台风可能影响沿海地区的电力供应和基础设施。降水模式改变影响水电、核电（取水）和火电（燃料运输、冷却）稳定性。日益增长的对可再生能源（风、光）的需求也受气候变化模式（如风资源变化）影响，从而间接改变能源结构。解析思路：考察对气候变化影响能源需求的宏观理解。需要从温度（冷热需求）、降水（水资源）、极端天气（基础设施、电力供应）以及可再生能源资源本身受气候影响的多个维度进行分析，并举例说明正反两方面影响。4.答案要点：空气质量监测可实时掌握污染物（如SO2,NOx,PM2.5）浓度，评估发电厂（特别是燃煤电厂）排放对周边环境的影响，为排放控制和环保监管提供依据。气象预报（风向、风速、扩散条件）是预测污染物浓度和污染范围的关键，用于发布空气质量预警，指导公众减少户外活动（影响用电），或采取应急措施（如临时停产）。准确的空气质量预报有助于优化能源调度，例如在空气质量差时减少高污染负荷的火电运行，或调整工业用能结构。解析思路：考察大气科学在环境管理和能源经济性中应用的理解。关键在于将空气质量监测和预报与发电厂排放、环境风险、公众健康、能源调度决策等实际应用场景联系起来。三、论述题1.答案要点：NWP模型的不确定性主要来源于：①模式物理过程和参数化方案的简化与偏差；②初始场资料的质量和分辨率限制；③大气系统本身的混沌特性（对初始条件敏感）。这种不确定性通过影响温度、湿度、风速风向等预报要素的精度，进而传递到能量转换过程（如风能公式E=0.5ρAV^3，太阳能公式P=I*η*A），导致对风电、光伏等气象依赖型能源的功率预测出现偏差。不确定性过大可能导致预测结果不可靠，影响电力市场交易、电网安全稳定运行和能源系统规划决策。降低不确定性需要发展更高分辨率、更完善物理过程描述的模型，并结合机器学习等方法进行后处理订正。解析思路：考察对NWP模型局限性和影响深入分析的能力。需从模型本身、数据输入、大气特性三个层面剖析不确定性来源，并清晰阐述这种不确定性如何具体体现在能源功率预测环节，以及可能带来的后果，最后可提出缓解措施。2.答案要点：极端天气对能源系统的冲击是多方面的、链式的。例如，严重冰冻灾害可能导致输电线路覆冰超载倒塌、变电站设备冻结失效、风力发电机叶片结冰导致停机和损坏、燃气管道冻裂影响燃料供应、供暖需求激增超出发电和供热能力。沙尘暴可能覆盖光伏板显著降低发电量、污染风力发电机叶片影响效率、影响火电厂取水和烟气扩散、威胁电网设备绝缘。这些影响最终可能导致大面积停电、能源供应中断、经济损失和安全隐患。大气科学通过提供精准的极端天气预警，有助于提前采取预防措施（如线路除冰、设备加固、负荷削减、应急储备），增强能源系统韧性。解析思路：考察综合分析极端天气影响的能力。需选取具体案例（冰冻、沙尘），从发电、输电、用能等多个环节，系统地阐述其潜在影响路径，形成清晰的“冲击链条”，并强调大气科学预警在应对中的作用。3.答案要点：大气科学研究在推动能源转型和智能化中作用关键。首先，提供精准的气象预报和气候变化信息，是发展风能、太阳能等可再生能源的基础，支撑能源结构优化。其次，通过大气边界层研究优化风力发电场址选择和运行，通过大气光学研究提高光伏效率。再次，空气质量研究和预报支撑燃煤等化石能源清洁高效利用和污染控制，保障能源环境安全。此外，大气科学模型是模拟评估不同能源结构对气候变化影响、进行能源系统碳足迹核算的重要工具。未来，大气科学可结合物联网、大数据、人工智能，发展智能气象服务，实现更精细化的能源生产预测、供需智能匹配和能源系统优化调度，潜力巨大。解析思路：考察对大气科学在能源领域前沿应用的宏观把握和前瞻性思考。需要覆盖从基础资源评估、技术优化、环境约束、系统模拟到智能服务的多个层面，并结合交叉学科（如AI、大数据）发展趋势，论述大气科学的潜在贡献和创新能力。四、案例分析题答案要点：选址考虑：1.太阳辐射资源：选择年日照时数长、太阳辐射强度高的区域，避开高大建筑物和山体遮挡。利用气象数据（如历史太阳辐射数据或NWP模式模拟值）评估候选地点的辐射条件。2.大气边界层条件：避开近地面大气稳定、风速小的区域（如盆地），选择有一定风切变、能产生较好梯度风的区域，利用边界层高度和风速剖面信息判断。3.空气质量：考虑当地空气质量状况，选址在盛行风下风向，远离污染源，减少沙尘可能（若当地常见）。4.极端天气：分析当地历史极端天气记录（如台风、冰雹、雷电、高温）对光伏板和设备的潜在损害风险，评估选址的耐受力。运行管理建议：1.清洁维护：鉴于夏季高温少雨，灰尘积累会严重影响效率。制定定期清洁计划（如利用雨水或人工冲洗），特别是在沙尘天气后或空气污染较重时。利用气象预报预测清洁需求。2.热效应管理：高温会降低光伏电池效率。监控面板温度，必要时采用通风或遮阳措施改善散热条件。利用气象数据进行发电量修正。3.强对流天气应对：加强对强对流天气（雷暴、大风）的监测预警。考虑安装防雷接地系统，选用抗风等级高的支架和组件。制定应急预案，在极端天气来临前可能需要临时停机保护设备。4.发电量预测：利用高精度的短临天气预报产品（结合