2025年大学《大气科学》专业题库- 大气观测技术在气象预报中的应用

2025年大学《大气科学》专业题库——大气观测技术在气象预报中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项字母填入括号内）1.在大气探测中，利用声波在空气中传播和反射原理进行探测的主要仪器是？A.气压计B.温湿度计C.气象雷达D.风向标2.能够直接测量大气压力垂直分布的观测方法是？A.卫星云图观测B.气象雷达观测C.气球探空D.自动气象站观测3.下列哪项不是自动气象站（AWS）通常能够自动观测的气象要素？A.空气温度和湿度B.风向和风速C.地表降水和积雪深度D.大气可降水量4.气象卫星获取的云顶亮温（TBB）数据，在气象预报中主要应用于？A.直接计算云层厚度B.分析云的种类和物理性质C.判断地表温度分布D.提供高空气象要素数据5.多普勒天气雷达能够探测到大气中的？A.可见光云图B.水汽含量C.雷达反射率因子和径向速度D.大气压力6.在数值天气预报（NWP）中，将观测数据融入模式初始场的过程称为？A.数据压缩B.资料同化C.数据插值D.模式校准7.能够提供大气水汽含量垂直分布信息的遥感探测手段是？A.微波辐射计B.激光雷达C.GPS水汽探测D.卫星红外探测8.对于短临预报（Nowcasting），应用最广泛的大气探测技术是？A.气球探空B.气象卫星C.多普勒天气雷达D.地面自动站网络9.下列哪项技术主要用于探测近地面至几百米高度的风场？A.超声波风廓线仪B.气象雷达C.卫星散射计D.气球探空10.能够同时测量大气总辐射和净辐射的仪器是？A.辐射表B.光谱辐射计C.净辐射表D.总辐射表二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填入横线上）1.利用探空气球携带气象仪器升空，自动记录大气垂直变化廓线的观测方法称为________。2.地面气象观测中，测量空气温度的常用仪器是________，测量空气湿度的常用仪器是________。3.气象雷达通过测量电磁波的________和________来获取大气信息。4.气象卫星根据探测的电磁波波段不同，主要分为________卫星和________卫星。5.资料同化的目的是为了改进数值天气预报的________场，提高预报精度。6.大气探测中，GPS水汽探测技术主要是利用________信号反射延迟来反演大气中的水汽含量。7.能够测量大气中臭氧含量的仪器称为________。8.自动气象站（AWS）通常采用________和________技术进行数据传输。9.卫星云顶亮温（TBB）值越低，通常表示云层越________，含水量可能越________。10.风廓线仪主要用于________大气垂直风切变廓线。三、名词解释（每题3分，共12分。请给出简洁、准确的定义）1.大气探空（AtmosphericSounding）2.多普勒效应（DopplerEffect）3.资料同化（DataAssimilation）4.气象雷达反射率因子（Z）四、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题）1.简述地面气象观测站（包括传统和自动站）在大气探测中的作用。2.简述气象卫星在获取大范围、长时间序列大气信息方面的优势。3.简述多普勒天气雷达与普通天气雷达在探测原理上的主要区别。4.简述什么是气象观测数据的质量控制，其重要性体现在哪里？五、论述题（每题10分，共30分。请结合所学知识，深入分析和阐述下列问题）1.论述大气探测技术（至少两种）在数值天气预报初始场构建中的具体作用和意义。2.试分析气象雷达和气象卫星资料在短时强降水预报中各自的应用方式和优势。3.结合实例，论述多普勒天气雷达在强对流天气（如雷暴）监测和预警中的应用价值及其局限性。试卷答案一、选择题1.C2.C3.D4.B5.C6.B7.C8.C9.A10.C二、填空题1.气球探空2.普氏温度表（或酒精温度计/电子温度计）；干湿表（或湿度计）3.反射；多普勒频移4.气象；地球资源（或海洋）5.初始6.信号7.臭氧仪（或臭氧探空仪）8.无线电（或GPRS/卫星）；有线9.密；大10.测量三、名词解释1.大气探空：利用探空气球携带气象仪器升空，自动记录大气垂直方向上各种气象要素（如温度、湿度、气压、风向、风速等）随高度变化的观测方法。2.多普勒效应：当波源和接收者相对运动时，接收者接收到的波频率会发生变化的现象。气象雷达利用此效应探测大气中目标（如雨滴、云滴）相对于雷达的径向速度。3.资料同化：将来自不同渠道、不同时空尺度的观测数据，以某种方式融合到数值预报模型中，以改进模型初始场或背景场，从而提高预报准确性的过程。4.气象雷达反射率因子（Z）：描述大气中水滴（或冰晶）回波强度（即雷达反射能力）的参数，其量级（通常用对数单位dBZ表示）与水滴（或冰晶）的尺度大小和密度有关。四、简答题1.地面气象观测站通过安装在地表的仪器，能够直接、连续地测量近地面层的大气要素，如气温、气压、湿度、风向、风速、降水、能见度、云况等。这些数据是构建数值天气预报模式的初始场的重要基础，也是进行气象分析、预报和气象服务（如发布预警信息）的基础资料。自动气象站还能实现数据的自动采集和传输，提高了观测效率和数据的实时性。2.气象卫星具有覆盖范围广、观测时间连续、可获取大范围、长时间序列大气信息等优势。它能够观测到从地面到高层大气（包括平流层、中间层甚至热层）的各种现象，如云层分布、云顶温度、水汽分布、大气环流形势、台风、火山灰云等。这些信息对于天气预报（尤其是中长期预报）、气候监测、环境监测、灾害评估等都具有非常重要的价值。3.普通天气雷达主要探测大气中水汽或云滴的反射信号，提供回波强度（反射率因子Z）信息，主要用于识别云、判断降水类型和强度。多普勒天气雷达在普通天气雷达的基础上，利用多普勒效应原理，能够同时测量回波信号的多普勒频移，从而探测到大气中水滴（或冰晶）相对于雷达的径向运动速度（即径向风速），可以用于分析风场结构、识别强风暴中的风切变、追踪风暴移动等。4.气象观测数据的质量控制是指对原始观测数据进行检查、评估和修正，以识别和剔除错误数据、减少随机误差和系统误差，确保数据质量的过程。其重要性体现在：高质量的观测数据是进行准确气象分析和预报的基础；数据质量控制可以避免错误数据对分析结果和预报效果产生严重误导；它是保障气象服务准确可靠、提升气象观测系统整体效能的关键环节。五、论述题1.大气探测技术为数值天气预报提供必不可少的大气初始状态信息。气球探空（探空）能够提供从近地面到高层大气（甚至平流层）的温度、湿度、气压、风向、风速等垂直廓线数据，这是构建全球或区域模式初始场的核心要素。地面自动气象站网提供地表的温度、湿度、气压、风速、降水等数据，对于确定近地面层的初始状态至关重要。气象雷达和卫星资料提供大范围的三维云场、降水分布、水汽输送等信息，有助于更精确地描述初始场中的水汽分布和云团特征。没有这些来自不同探测手段、覆盖不同时空尺度的高质量观测数据，数值天气预报的精度将无法保证。可以说，大气观测技术是现代数值天气预报的“眼睛”和“耳朵”，为模型提供了“输入”，是预报准确性的前提。2.气象雷达在短时强降水预报中应用广泛。通过分析雷达反射率因子Z图，可以识别强降水的回波特征（如强回波中心、钩状回波、强回波带），判断降水的强度和落区。利用多普勒雷达探测到的径向速度场，可以分析风暴内部的风场结构，识别可能产生强降水的大气垂直风切变等不稳定条件。雷达资料还可以进行降水估测，提供短时降水量的初步预测。气象卫星资料则主要用于提供大范围的云顶亮温（TBB）图，通过分析TBB的分布和演变，可以识别强降水云团的尺度、强度和移动方向。例如，异常低温的TBB区域往往与强对流或强降水相关。结合雷达的精细结构分析和卫星的宏观背景分析，可以更全面、准确地进行短时强降水监测和预警。两者结合，优势互补，提高了预报的及时性和准确性。3.多普勒天气雷达在强对流天气（如雷暴）监测和预警中具有重要应用价值。它可以实时探测雷暴内部的精细结构，如识别强回波区（暴心）、钩状回波（可能存在下击暴流）、强垂直气流（回波顶高）、反气旋式或气旋式辐合结构等，这些都是判断雷暴强度、是否产生强对流灾害（如冰雹、大风、龙卷）的重要指标。通过分析径向风速场，可以识别雷暴单体之间的相互作用、风切变大小等，这些因素与雷暴的发展和是否转向强破坏性路径密切相关。雷达资料能够提供高时间分辨率（通