2025年大学《大气科学》专业题库- 大气气象学中的数值预报技术研究

2025年大学《大气科学》专业题库——大气气象学中的数值预报技术研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的代表字母填涂在答题卡相应位置上。）1.以下哪项不是数值天气预报系统的主要组成部分？A.大气动力学与热力学方程组B.数值离散与时间积分方案C.模式物理过程参数化方案D.人工神经网络模型2.在数值模式中，采用隐式时间积分方法的主要目的是为了：A.提高计算效率B.增加模式物理过程复杂性C.改善数值稳定性D.简化空间离散格式3.有限差分方法在空间离散时，为了达到二阶精度，对时间导数的处理通常采用：A.前向差分B.后向差分C.中心差分D.微分方程直接积分4.全球大气模式（GCM）与区域气候模式（RCM）最根本的区别在于：A.模式物理过程参数化方案不同B.模式水平分辨率和积分时间尺度不同C.所描述的大气范围不同D.所使用的数值积分方法不同5.数值天气预报中的“初值”指的是：A.模式预测的最终结果B.预报开始时刻大气的实际状态C.模式内部假设的初始状态D.模式参数化方案设定的初始值6.以下哪个物理量在绝热过程中保持守恒？A.动能B.势能C.位势能D.总能量7.数值模式中，模拟大气对太阳短波辐射的吸收和散射过程，主要涉及哪个物理过程参数化？A.辐射传输B.大气环流C.水汽凝结与蒸发D.对流调整8.在评估数值天气预报质量时，连续时间评分（CRM）主要衡量的是：A.预报误差的绝对大小B.预报时间范围内的平均误差C.预报偏差的大小D.预报与实况的相关性9.数值模式中，边界层过程的参数化对于预报什么区域天气至关重要？A.高空急流区B.大尺度天气系统C.近地面天气和气候D.球面坐标系转换10.将大尺度模式输出作为初始场，驱动中尺度模式运行的嵌套技术称为：A.模式降尺度B.模式升级C.嵌套模拟D.模式验证二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在答题卡相应位置上。）1.数值天气预报的核心思想是利用______求解描述大气运动的______方程组。2.有限差分方法将连续的偏微分方程转化为离散的______方程组，在空间网格点上进行求解。3.数值模式中的“跳号”现象（Rungephenomenon）通常出现在使用______格式离散空间导数时。4.为了解决非线性方程组的求解问题，数值模式常采用______或牛顿-拉夫逊方法等迭代技术。5.大气辐射传输过程需要考虑吸收气体、______、散射以及大气路径长度等因素。6.水汽参数化方案需要确定水汽的______、______以及相变过程。7.数值天气预报的误差主要来源于______误差、______误差和模式本身的不确定性。8.距离评分（DS）和指数评分（HI）是常用的数值预报评分方法，它们主要用于评估______预报的准确性。9.区域气候模式（RCM）通过______和______，能够模拟出比GCM更精细的局地气候特征。10.现代数值天气预报系统中，物理过程参数化方案的改进是提高______的关键途径之一。三、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述显式时间积分方法和隐式时间积分方法的主要区别及其对模式稳定性的影响。2.解释什么是模式初值，并简述获取模式初值的主要方法。3.名词解释：模式参数化。4.简述数值天气预报中常用的两种评分方法（如TS评分或CRM评分）的基本思想和计算公式的主要构成部分。四、论述题（每题10分，共30分。请围绕下列问题展开论述。）1.试论述数值模式中物理过程参数化的必要性和主要挑战。2.结合大气运动的基本方程，简述数值模拟中实现守恒律（如质量守恒、动量守恒）的重要意义和主要方法。3.分析影响数值天气预报准确性的主要因素，并就如何提高预报技巧提出至少三点建议。试卷答案一、选择题1.D2.C3.C4.C5.B6.C7.A8.D9.C10.C二、填空题1.计算机数值方法；数学2.代数；差分3.非均匀网格上的高阶差分格式4.迭代法5.雾霾粒子6.源汇项；输送过程7.初始；参数化8.局地（或短时）9.模式降尺度；嵌套10.预报精度（或预报能力）三、简答题1.解析思路：区分显式（时间步长受稳定性条件严格限制，计算简单但效率可能低）和隐式（时间步长限制放宽，计算复杂但效率可能高）的基本原理，并强调其对模式能否稳定运行的核心影响。2.解析思路：解释模式初值是预报开始时刻大气的准确描述，强调其对预报结果的决定性作用，并说明获取初值通常通过分析观测资料（如天气图、探空、卫星）得到。3.解析思路：定义参数化是模式无法直接求解微尺度物理过程（如云、降水、辐射、对流等）时，使用简化数学公式或统计关系进行模拟替代的过程。4.解析思路：选择一种评分方法（如TS评分），解释其基本思想（衡量预报准确性的综合指标，考虑偏差和均方根误差），并说明计算公式通常涉及实况、预报、平均值等项。四、论述题1.解析思路：阐述必要性（模式网格分辨率有限，无法直接模拟所有微尺度过程，参数化是连接宏观与微观的关键），分析挑战（物理过程复杂性、参数化方案对分辨率的依赖性、参数敏感性、验证困难等）。2.解析思路：结合连续性方程（质量守恒）、动量方程（动量守恒），说明守恒律是物理定律的体现，数值模拟中保证守恒有助于提高模拟的物理一致