(2025年)大气科学练习题及答案

(2025年)大气科学练习题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1.地球大气中体积占比最高的成分是（）A.氧气（O₂）B.氮气（N₂）C.二氧化碳（CO₂）D.臭氧（O₃）2.大气垂直分层中，温度随高度升高而显著增加的是（）A.对流层B.平流层C.中间层D.热层3.地面长波辐射的主要吸收气体是（）A.氧气B.氮气C.水汽（H₂O）D.氩气（Ar）4.地转风的形成是（）达到平衡的结果A.气压梯度力与摩擦力B.气压梯度力与科里奥利力C.科里奥利力与摩擦力D.惯性离心力与气压梯度力5.冷锋过境时，天气现象通常表现为（）A.连续性降水，气温缓慢下降B.短暂强降水，气温骤降C.无明显降水，气温升高D.大范围雾，气压降低6.全球变暖背景下，赤道太平洋东部海温异常偏低的现象称为（）A.厄尔尼诺（ElNiño）B.拉尼娜（LaNiña）C.南方涛动（SO）D.沃克环流（WalkerCirculation）7.大气稳定度主要取决于（）A.气温垂直递减率与气块绝热递减率的对比B.水平气压梯度的大小C.风速的垂直切变D.水汽含量的垂直分布8.台风（飓风）的暖心结构主要由（）维持A.地面感热输送B.云滴蒸发冷却C.潜热释放D.太阳短波辐射9.城市热岛效应的主要成因是（）A.城市植被覆盖率高B.建筑材料比热容大，白天储存热量多C.城市风速显著高于郊区D.城市大气中臭氧浓度低10.平流层臭氧的主要作用是（）A.吸收太阳紫外线（UV-B和UV-C）B.增强温室效应C.促进对流发展D.增加大气湿度二、简答题（每题6分，共30分）1.简述热力环流的形成机制。2.说明气压梯度力的定义及其对大气运动的影响。3.比较干绝热递减率与湿绝热递减率的差异，并解释原因。4.为什么副热带高压（副高）控制区多晴朗少雨天气？5.列举至少4个影响气候的自然因子，并简要说明其作用。三、计算题（每题10分，共40分）1.已知海平面气压为1013hPa，大气温度垂直递减率为6.5℃/km，假设大气为均质不可压缩流体（实际大气可近似为理想气体），计算海拔3km处的气压（保留2位小数，重力加速度g=9.8m/s²，空气密度ρ=1.2kg/m³）。2.某黑体表面温度为288K（地球平均表面温度），计算其单位面积辐射通量（斯特藩-玻尔兹曼常数σ=5.67×10⁻⁸W/(m²·K⁴)）。若该黑体温度升高2K，辐射通量增加多少？（保留2位有效数字）3.某观测站测得气温为25℃，相对湿度为60%，利用马格努斯公式（e=6.11×10^(7.5T/(237.3+T))，其中e为水汽压（hPa），T为温度（℃））计算露点温度（提示：露点温度是空气冷却至饱和时的温度，此时实际水汽压等于饱和水汽压）。4.某气块在1000hPa（温度20℃）处被抬升至500hPa，计算其位温（位温公式：θ=T×(1000/p)^(R_d/C_p)，其中R_d=287J/(kg·K)，C_p=1004J/(kg·K)，T为热力学温度，p为气压）。四、综合分析题（每题15分，共30分）1.2024年冬季，我国中东部地区出现一次强寒潮天气过程，伴随大范围降温、大风和雨雪。结合天气学原理，分析此次寒潮的环流背景、关键影响系统及天气现象的形成机制。2.近年来，某沿海城市夏季高温日数显著增加，且“热岛效应”强度呈上升趋势。从大气科学角度，分析该现象的可能成因，并提出3条缓解城市热岛效应的具体措施。答案一、选择题1.B2.B3.C4.B5.B6.B7.A8.C9.B10.A二、简答题1.热力环流的形成机制：地表受热不均导致空气垂直运动（受热区空气膨胀上升，冷却区空气收缩下沉），垂直运动引起同一水平面上的气压差异（上升区高空形成高压，下沉区高空形成低压；近地面则相反），水平气压梯度力驱动空气由高压区向低压区流动，最终形成闭合的热力环流圈。2.气压梯度力定义：单位质量空气在气压场中受到的力，方向由高压指向低压，大小与气压梯度（单位距离的气压差）成正比。影响：气压梯度力是大气运动的原始动力，直接驱动空气从高压区向低压区运动；其大小决定了风的初始速度，是地转风、梯度风等平衡风形成的基础。3.差异与原因：干绝热递减率（γ_d≈9.8℃/km）是未饱和湿空气或干空气绝热上升时的温度递减率；湿绝热递减率（γ_m≈4-9℃/km，随温度降低而减小）是饱和湿空气绝热上升时的温度递减率。原因：饱和空气上升时，水汽凝结释放潜热，部分补偿了绝热膨胀冷却，因此温度递减率小于干绝热递减率；温度越低，饱和水汽含量越少，凝结释放的潜热越少，γ_m越接近γ_d。4.副高控制区多晴朗少雨的原因：副高是暖性高压系统，中心气流下沉（下沉增温），导致空气温度升高、相对湿度降低，不利于水汽凝结；副高内部水平气压梯度小，风速弱，难以形成强对流；副高控制区盛行下沉逆温（下沉气流导致高空温度高于低空），抑制了对流发展，因此多晴朗少云天气。5.影响气候的自然因子（示例）：①太阳辐射：是气候系统的能量来源，其纬度差异导致温度带分布；②海陆分布：海洋热容大，使沿海气候较内陆温和（海洋性气候与大陆性气候差异）；③地形：山脉阻挡气流（如青藏高原阻挡印度洋暖湿气流），形成雨影区；④洋流：暖流增温增湿（如北大西洋暖流影响欧洲西部），寒流降温减湿（如秘鲁寒流影响南美西岸）；⑤火山活动：火山灰反射太阳辐射，可能导致全球降温（如1815年坦博拉火山爆发后的“无夏之年”）。三、计算题1.气压计算：均质大气假设下，气压随高度变化满足Δp=-ρgΔz（静力学方程）。Δz=3km=3000m，Δp=-1.2×9.8×3000=-35280Pa=-352.8hPa3km处气压p=1013-352.8=660.20hPa（注：实际大气更接近理想气体，可用气压高度公式p=p₀×e^(-gZ/(R_dT))，但题目假设均质流体，故用静力学近似）。2.黑体辐射通量计算：原辐射通量F₁=σT⁴=5.67×10⁻⁸×288⁴≈5.67×10⁻⁸×(288²)²≈5.67×10⁻⁸×(82944)²≈5.67×10⁻⁸×6.88×10⁹≈390W/m²（精确计算：288⁴=288×288×288×288=82944×82944=6.88×10⁹，故F₁≈5.67×6.88≈390W/m²）。温度升高2K后，T=290K，F₂=σ×290⁴≈5.67×10⁻⁸×(290²)²≈5.67×10⁻⁸×(84100)²≈5.67×10⁻⁸×7.07×10⁹≈401W/m²。增加量ΔF=401-390=11W/m²（保留2位有效数字为11W/m²）。3.露点温度计算：首先计算实际水汽压e=相对湿度×饱和水汽压（T=25℃时）。T=25℃时，饱和水汽压e_s=6.11×10^(7.5×25/(237.3+25))=6.11×10^(187.5/262.3)=6.11×10^0.715≈6.11×5.19≈31.7hPa。实际水汽压e=0.6×31.7≈19.0hPa。露点温度T_d满足e=6.11×10^(7.5T_d/(237.3+T_d))=19.0hPa。取对数：lg(19.0/6.11)=7.5T_d/(237.3+T_d)→lg(3.11)=0.493=7.5T_d/(237.3+T_d)解得：0.493×(237.3+T_d)=7.5T_d→117.0+0.493T_d=7.5T_d→117.0=7.007T_d→T_d≈16.7℃。4.位温计算：T=20℃=293K，p=1000hPa，目标气压p=500hPa。位温θ=T×(1000/p)^(R_d/C_p)。计算指数：R_d/C_p=287/1004≈0.286。(1000/500)^0.286=2^0.286≈1.219（因2^0.3≈1.231，接近）。θ=293×1.219≈357.2K（或精确计算：ln(2)=0.693，0.693×0.286≈0.198，e^0.198≈1.219，结果一致）。四、综合分析题1.寒潮过程分析：环流背景：北半球冬季，极涡偏向欧亚大陆，中高纬度西风带出现大振幅波动（长波槽脊发展），乌拉尔山地区形成阻塞高压，其东侧的贝加尔湖附近发展为深厚冷低压（冷涡），引导极地冷空气在西伯利亚地区堆积（冷源形成）。关键影响系统：①高空槽：500hPa图上，东亚大槽加深南压，槽后西北气流引导冷空气南下；②地面冷高压：西伯利亚冷高压加强，中心气压超过1050hPa，其前缘的冷锋快速向南推进；③锋区与急流：高空西风急流增强（风速>50m/s），动量下传加剧地面大风；天气现象机制：-降温：强冷空气平流（水平输送）导致近地面温度骤降，24小时降温幅度可达10℃以上；-大风：地面气压梯度大（冷高压与南方低压间气压差显著），加上高空急流动量下传，形成6-8级偏北大风；-雨雪：冷空气与南方暖湿气流在长江流域交汇，形成锋面抬升，暖湿空气沿锋面上升冷却凝结，产生大范围雨雪（北方可能为雪，南方为雨或雨夹雪）。2.城市热岛效应分析：成因：①下垫面改变：城市建筑（混凝土、沥青）替代自然植被，其比热容小（白天吸收太阳辐射后升温快）、导热率高（夜间向大气释放热量多），导致地表温度高于郊区；②人为热排放：工业生产、机动车、空调等释放大量废热（如城市人为热通量可达50-200W/m²，远高于郊区）；③大气污染：城市气溶胶浓度高（如PM2.5），削弱夜间长波辐射冷却（温室效应增强），同时减少地表有效辐射；④通风条件差：高层建筑密集，阻挡空气流动（城市粗糙度大），降低热量扩散效率；⑤绿地与水体减少：植被蒸腾和水体蒸发的潜热消耗减少（郊区植被通过蒸腾作用消耗70%以上太阳辐射为潜热，城市仅30%），更多能量转化为显热使气温升高。缓解措施：①增加城市绿地与水体：推广屋顶绿化、垂直绿化，建设城市湿地公园（增大植被覆盖率至30%以上），利用植物蒸腾和水体蒸发增加潜热消耗；②优