2025年高职大气科学（数值天气预报）试题及答案

2025年高职大气科学（数值天气预报）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.数值天气预报中，初始场的误差主要来源不包括以下哪一项？A.观测误差B.模式误差C.同化误差D.计算误差答案：D2.以下哪种数值模式在大气科学中应用最为广泛？A.有限差分模式B.有限元模式C.谱模式D.格子气自动机模式答案：C3.数值天气预报中，时间积分方案的稳定性是指？A.随着时间推进，计算结果不会出现无界增长B.计算速度快C.能准确模拟大气运动D.对初始场要求低答案：A4.关于位涡守恒原理，下列说法正确的是？A.它在数值天气预报中不重要B.它与大气环流演变无关C.它是大气运动的重要动力学原理之一D.只在特定区域成立答案：C5.数值天气预报中，地形资料的分辨率对模拟结果的影响是？A.分辨率越高，模拟结果越差B.分辨率越低，模拟结果越准确C.分辨率越高，模拟结果越准确D.无影响答案：C6.以下哪项不是数值天气预报中常用的边界条件？A.固定边界条件B.辐射边界条件C.周期边界条件D.随机边界条件答案：D7.数值天气预报中，计算网格的疏密程度主要影响？A.计算精度B.计算速度C.模式复杂度D.以上都有答案：D8.对于大气中的水汽输送，在数值天气预报中通常采用的方法是？A.忽略不计B.简单参数化C.详细求解水汽方程D.只考虑垂直输送答案：B9.数值天气预报中，模式的垂直分层越多，会导致？A.计算精度降低B.计算速度加快C.能更好地模拟垂直结构D.对初始场要求降低答案：C10.关于数值天气预报中的同化技术，以下说法错误的是？A.可以提高初始场质量B.能融合观测资料和模式预报信息C.对模式精度无影响D.是数值天气预报的关键技术之一答案：C第II卷（非选择题共70分）二、填空题（共10分）答题要求：本大题共5小题，每小题2分。请将答案填写在题中的横线上。1.数值天气预报的核心是求解大气运动的________________方程。答案：动力学和热力学2.常用的数值天气预报模式有________________模式和________________模式。答案：全球模式、区域模式3.初始场误差的协方差函数反映了初始场误差在________________和________________上的相关性。答案：空间、时间4.数值天气预报中，为了减少计算误差，常采用________________算法和________________技术。答案：高精度数值、并行计算5.模式的水平分辨率通常用________________或________________来表示。答案：网格间距、谱截断波长三、简答题（共20分）答题要求：本大题共4小题，每小题5分。简要回答问题。1.简述数值天气预报中初始场构建的主要步骤。答案：首先进行气象观测数据收集，包括地面、高空、卫星、雷达等观测资料。然后对观测数据进行质量控制和预处理，去除错误数据。接着通过同化技术将观测资料与模式背景场融合，得到更准确的初始场。2.说明数值天气预报中时间积分方案的重要性。答案：时间积分方案决定了模式如何随时间推进，影响计算的稳定性和精度。好的时间积分方案能保证模式在时间演化过程中准确模拟大气运动，避免计算结果出现不合理的增长或衰减，从而得到可靠的预报结果。3.数值天气预报中地形处理的主要方法有哪些？答案：一种是地形高度数据直接参与模式计算，准确反映地形对大气运动的影响。另一种是对地形进行平滑处理，减少地形突变对计算的干扰。还有通过地形参数化方法，将地形影响用参数表示并引入模式。4.简述数值天气预报中边界条件设置的目的和常见类型。答案：目的是为了使模式在边界处能合理地与外界大气相互作用。常见类型有固定边界条件，边界值固定不变；辐射边界条件，考虑边界处能量辐射等交换；周期边界条件，适用于具有周期性特点的区域，使边界两侧大气状态连续过渡。四、材料分析题（共20分）答题要求：阅读以下材料，回答问题。材料：在数值天气预报中，模式对大气环流的模拟是重要任务。某模式在模拟一次大型环流系统时，初始场采用了常规观测资料同化后的结果。模拟过程中发现，模式对环流系统的移动速度模拟偏快，强度模拟偏弱。进一步分析发现，模式中对大气边界层物理过程的参数化方案存在不足，导致边界层与自由大气之间的动量、热量和水汽交换模拟不准确，进而影响了环流系统的整体模拟效果。1.请分析模式对环流系统移动速度模拟偏快的可能原因。答案：由于边界层物理过程参数化方案不足，使得边界层与自由大气之间的相互作用异常，可能导致环流系统受到不合理的强迫，从而使其移动速度模拟偏快。比如边界层动量交换不准确，可能使环流系统受到额外的加速作用。2.针对模式强度模拟偏弱的问题，提出改进建议。答案：应改进大气边界层物理过程的参数化方案。可以更精确地考虑边界层内的湍流特性、水汽蒸发和凝结等过程，以准确模拟边界层与自由大气之间的热量、水汽和动量交换，从而增强环流系统的模拟强度。例如采用更先进的湍流模型来描述边界层内的气流运动。3.说明准确模拟大气边界层物理过程对数值天气预报的重要性。答案：大气边界层是大气与下垫面相互作用的关键区域，准确模拟其物理过程能正确描述大气边界层与自由大气之间的物质和能量交换。这对于理解和预报天气系统的发生、发展和移动至关重要，能提高数值天气预报对天气现象的模拟和预报精度，使预报结果更符合实际天气情况。五、综合论述题（共20分）答题要求：结合数值天气预报的相关理论，论述提高数值天气预报精度的主要途径。答案：提高数值天气预报精度可从多方面入手。首先要优化初始场构建，通过更先进的观测技术获取更多高质量观测数据，改进同化技术使观测资料与模式更好融合，减少初始场误差。其次完善模式物理过程描述，精确刻画