2025年大学《大气科学》专业题库- 大气波动对天气预测的作用

2025年大学《大气科学》专业题库——大气波动对天气预测的作用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题5分，共20分）1.大气波动2.行星尺度波动3.莫宁-奥吉诺振荡（MJO）4.遥相关二、简答题（每题10分，共40分）1.简述罗斯贝波动的关键特征及其对天气系统演变的影响。2.气候遥相关现象通常与哪些重要的全球大气波动有关？请举例说明其一类典型应用。3.简要描述MJO的典型生命周期及其对热带和副热带地区天气气候的主要影响。4.在利用大气波动信息进行天气预报时，其主要优势和局限性分别是什么？三、论述题（每题20分，共40分）1.结合大气波动的传播理论，论述其对大型天气系统（如阻塞高压、急流）形成和崩溃的可能机制。2.谈谈如何理解波动指数在天气预报业务中的角色？它们作为预测因子或预测技巧检验工具时，各自面临哪些挑战？试卷答案一、名词解释1.大气波动:指大气中各种扰动从一点传播到另一点的现象，通常表现为风、温、压等气象要素的周期性或准周期性变化，是大气能量和动量传输的重要方式。其尺度范围极广，从局地的小尺度波动到全球的大尺度行星尺度波动。**解析思路:*考察对大气波动基本概念的掌握。需要答出其是大气扰动，涉及要素变化，具有传播性，并提及尺度范围。2.行星尺度波动:指在大气中具有全球或半球尺度（波长数千公里以上）的波动，主要表现为长波（Rossby波）的westwardpropagation。它们对大型天气系统（如高压、低压、急流）的位置和强度有重要控制作用。**解析思路:*考察对Rossby波等行星尺度波动特征的理解。要点包括尺度（全球/半球）、典型代表（长波/Rossby波）、传播方向（向西）及其对天气系统的影响。3.莫宁-奥吉诺振荡（MJO）:指发生在热带对流层对流层低层的、具有季节内时间尺度（20-90天）和准周期性的大气遥相关波列。其特征是伴随着深厚的对流活动，表现为大气环流指数（如风、温、湿度）的异常从印度洋/西太平洋向东传播至太平洋中部。**解析思路:*考察对MJO核心特征的认识。需包含时间尺度（季节内）、准周期性、核心区域（热带）、主要表现（对流活动与环流指数异常）、传播方向（东西向）。4.遥相关:指大气中不同地理位置之间存在的一种统计上显著的、非直接因果关系（如无物理过程直接连接）的同步或近似同步的异常变化模式。常表现为一种地区的天气异常（如加热/冷却）会引发另一地区气压或风场的异常，通过大气波动（特别是行星尺度波动）的遥传输机制实现。**解析思路:*考察对遥相关概念的理解。要点包括其非直接因果性、不同地理位置的关联、表现为气象要素异常的同步性，并提及其与大气波动遥传输的关系。二、简答题1.简述罗斯贝波动的关键特征及其对天气系统演变的影响。**答:*罗斯贝波动的关键特征包括：西向传播、色散性（不同波数波长传播速度不同）、在beta平面存在临界频率、可叠加于背景气流上。它们对天气系统的影响主要体现在：引导和修改大型气旋（高压、低压）的移动路径和强度变化；形成阻塞高压，导致天气系统异常稳定或停滞；通过波破裂等过程释放能量，激发或加强其他天气系统。**解析思路:*要求区分特征和影响。特征部分需提及西向传播、色散、临界频率（beta效应）、背景气流叠加。影响部分需联系到实际天气系统（气旋、阻塞高压）的演变过程，如引导路径、强度变化、阻塞、能量释放等。2.气候遥相关现象通常与哪些重要的全球大气波动有关？请举例说明其一类典型应用。**答:*气候遥相关现象通常与重要的行星尺度波动有关，特别是极地涡旋的崩溃/异常、阻塞高压/低压、以及像MJO、ENSO这样的大尺度环流模态。例如，北极涛动（AO）的负位相（极涡偏强偏南）与北美东部地区的冬季气温异常偏低有关，表现为遥相关关系。**解析思路:*要求列出相关波动类型并举例。能列举出极涡、阻塞、MJO、ENSO等即可。举例部分要求给出一个清晰的遥相关实例，说明异常中心、影响区域及其要素变化（如AO负位相关联的北美东岸冷）。3.简要描述MJO的典型生命周期及其对热带和副热带地区天气气候的主要影响。**答:*MJO的典型生命周期通常分为六个阶段：阶段1（印度洋地区对流活跃）、阶段2（对流向东移动至南海）、阶段3（对流进一步东移至西太平洋）、阶段4（对流减弱并向西扩散）、阶段5（对流再次活跃于印度洋）、阶段6（第一阶段特征重现）。MJO对热带和副热带地区的影响显著，如引发或增强热带气旋活动、导致持续性降水（如季风槽活动）、改变急流位置和强度、影响大范围地区的气温和风场异常。**解析思路:*要求描述生命周期阶段（至少提及1-2个关键阶段）和主要影响。生命周期描述需按顺序或关键节点进行。影响部分需覆盖天气现象（气旋、降水）、环流要素（急流）的变化。4.在利用大气波动信息进行天气预报时，其主要优势和局限性分别是什么？**答:*优势：大气波动（特别是其指数）能够提供关于未来一段时间大气环流异常的预示信息，有助于捕捉持续性天气事件、改进预报技巧（提供偏差订正或引导预报）、增强预报员对天气演变物理机制的理解。局限性：波动信息主要反映大气环流的统计倾向或模式，对局地中小尺度过程、短时突变天气的预测能力有限；波动本身具有很大的不确定性，其预测也存在误差；特定指数的适用范围和有效时效有限。**解析思路:*要求对比说明优势和局限性。优势方面强调其预测能力、技巧改进、机制理解的作用。局限性方面强调其适用范围（中小尺度、短时）、不确定性（自身预测不准、信息时效短）。三、论述题1.结合大气波动的传播理论，论述其对大型天气系统（如阻塞高压、急流）形成和崩溃的可能机制。**答:*大气波动，特别是行星尺度波动（Rossby波），通过其传播和相互作用影响大型天气系统。阻塞高压的形成可能与高空急流的异常断裂或阻塞有关，这涉及到波动能量的积累和耗散。例如，当西风带中的波动受到地形或其他扰动影响而减速、变形甚至停滞时，可能导致急流在特定区域“阻塞”，使得该区域上空出现异常暖平流，发展成阻塞高压。其崩溃则可能与新的波动能量注入该区域，或背景气流条件发生改变，破坏了维持阻塞状态的动力学平衡有关。急流的位置和强度也受波动影响，波动可以引导急流，或在波与波的相互作用中激发急流脉动，甚至导致急流的分裂或合并。例如，两个波动叠加可能产生能量集中点，形成更强的急流核。**解析思路:*需要结合波动理论（如Rossby波特性、能量守恒/转换）来解释阻塞和急流的生命周期。论述阻塞时，要涉及急流、波动传播、能量、阻塞机制（如急流断裂、减速）。论述急流时，要涉及波动引导、波相互作用、能量集中等。要求有一定的深度，展示对波动动力学机制的理解。2.谈谈如何理解波动指数在天气预报业务中的角色？它们作为预测因子或预测技巧检验工具时，各自面临哪些挑战？**答:*理解波动指数在业务预报中的角色，首先要认识到它们是对大气环流特定模态或波动的量化表征，本质上是传递了大气环流的异常信息。它们可以作为预测因子，通过监测指数的演变趋势来预测未来一段时间特定天气事件的概率或强度变化，例如利用MJO指数预测热带降水。但作为预测因子时面临挑战：指数本身存在预报不确定性，其演变规律并非完全确定；指数捕捉的是大尺度信息，难以直接驱动局地小尺度过程；不同指数间可能存在相关性，使用时需谨慎选择；指数的物理意义有时并不完全清晰，解释和应用需要经验积累。作为预测技巧检验工具时，挑战在于如何有效评估指数预测的准确性和有效性，特别是在复杂的多因子天气背景下，如何区分指数信息和其他因素的影响，以及如何利用指数信息实质性改进预报质量，而不仅仅