2025年大气科学考试试题及答案

2025年大气科学考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列大气成分中，对太阳短波辐射吸收能力最弱的是（）A.臭氧（O₃）B.二氧化碳（CO₂）C.氧气（O₂）D.氮气（N₂）答案：D解析：氮气是大气中含量最高的成分（约78%），但对太阳短波辐射（主要集中在0.15-4μm）的吸收能力极弱，主要通过分子散射影响辐射传输；臭氧主要吸收紫外线（0.2-0.3μm），二氧化碳吸收红外波段（4.3μm、15μm附近），氧气吸收波长小于0.2μm的紫外线。2.中纬度地区对流层顶的平均高度约为（）A.8-10公里B.10-12公里C.12-14公里D.14-16公里答案：B解析：对流层顶高度随纬度和季节变化，赤道地区最高（约16-18公里），极地最低（约8-10公里），中纬度地区平均为10-12公里。3.地面长波辐射的能量主要被大气中的（）吸收后再以逆辐射形式返回地面A.氧分子B.氮分子C.水汽和二氧化碳D.臭氧答案：C解析：地面长波辐射（主要集中在3-100μm）的吸收主要由大气中的水汽（吸收带在5-7μm、20μm以上）和二氧化碳（15μm附近强吸收带）完成，二者是主要的温室气体。4.下列天气系统中，属于深厚对称系统的是（）A.温带气旋B.热带气旋（台风）C.锋面D.雷暴单体答案：B解析：热带气旋（台风）是暖心结构的深厚对称系统，垂直伸展至对流层顶；温带气旋是斜压系统，结构不对称；锋面是不同气团的交界面，水平尺度大但垂直厚度小；雷暴单体是局地强对流系统，水平尺度较小。5.表征空气距离饱和程度的物理量是（）A.绝对湿度B.相对湿度C.比湿D.露点温度答案：B解析：相对湿度（RH）定义为实际水汽压与同温度下饱和水汽压的比值，直接反映空气距离饱和的程度；绝对湿度是单位体积空气中的水汽质量，比湿是水汽质量与湿空气质量的比值，露点温度是空气冷却至饱和时的温度，三者均不直接表示“距离饱和程度”。6.地转风的形成是（）达到平衡的结果A.气压梯度力与惯性离心力B.气压梯度力与摩擦力C.气压梯度力与科里奥利力D.科里奥利力与摩擦力答案：C解析：地转风是大尺度运动中气压梯度力（G）与科里奥利力（C）平衡时的空气水平运动，即G=-C，忽略惯性离心力和摩擦力（适用于中高纬度自由大气）。7.下列现象中，与平流层臭氧损耗直接相关的是（）A.酸雨B.温室效应增强C.南极“臭氧洞”D.城市热岛效应答案：C解析：平流层臭氧损耗导致局部臭氧浓度显著降低，最典型的是南极春季出现的“臭氧洞”；酸雨主要与硫氧化物、氮氧化物有关，温室效应增强主要由CO₂等气体引起，城市热岛效应是城市下垫面性质改变的结果。8.大气中气溶胶的主要作用不包括（）A.作为云凝结核B.吸收和散射太阳辐射C.参与大气化学反应D.直接释放温室气体答案：D解析：气溶胶（悬浮颗粒物）可作为云凝结核（CCN）影响云的形成，通过散射（直接辐射效应）和改变云特性（间接辐射效应）影响气候，部分气溶胶（如黑碳）参与光化学反应；但气溶胶本身不直接释放温室气体（如CO₂、CH₄）。9.厄尔尼诺（ElNiño）事件发生时，赤道东太平洋海温（），沃克环流（）A.异常偏高；增强B.异常偏高；减弱C.异常偏低；增强D.异常偏低；减弱答案：B解析：厄尔尼诺事件的典型特征是赤道东太平洋海表温度（SST）异常偏高，导致赤道西太平洋上升气流减弱、东太平洋上升气流增强，沃克环流（正常情况下西升东降）整体减弱甚至反向。10.数值天气预报中，模式分辨率提高的主要限制因素是（）A.观测资料精度B.计算资源（算力）C.物理参数化方案D.初始场误差答案：B解析：模式分辨率提高（如水平格距从10公里降至1公里）会导致网格点数量呈指数级增加，计算量大幅上升，因此主要限制因素是计算资源（超级计算机的算力）；观测资料、参数化方案和初始误差是影响预报准确性的因素，但非分辨率提升的核心限制。二、填空题（每空1分，共20分）1.大气垂直分层中，（）层的气温随高度增加而显著递减，是天气现象发生的主要区域。答案：对流2.太阳常数的定义是（），其约为（）W/m²。答案：日地平均距离处，垂直于太阳辐射方向的单位面积上，单位时间内接收的太阳辐射能量；13613.大气静力平衡方程的表达式为（），其物理意义是（）。答案：dp/dz=-ρg；垂直方向上气压梯度力与重力平衡4.云滴增长的两种主要机制是（）和（）。答案：凝结（或凝华）增长；碰并增长5.表征大气稳定度的常用指标有（）（至少写2个）。答案：抬升指数（LI）、沙氏指数（SI）、对流有效位能（CAPE）6.热带气旋的强度通常用（）和（）来表征。答案：中心附近最大风速；中心最低气压7.全球变暖背景下，极端天气事件的变化特征包括（）（至少写2个）。答案：高温热浪频率增加；强降水事件强度增强；台风/飓风强度可能增大8.大气遥感按探测方式分为（）和（），其中探空仪属于（）。答案：主动遥感；被动遥感；直接探测（或接触式探测）9.平流层的主要热量来源是（），因此该层气温随高度（）。答案：臭氧吸收太阳紫外线；递增10.中国气象局规定，24小时降水量（）毫米为暴雨，（）毫米为大暴雨。答案：≥50；≥100三、简答题（每题8分，共40分）1.简述温室效应的基本原理，并说明其与“全球变暖”的联系与区别。答案：温室效应是指大气中的温室气体（如水汽、CO₂、CH₄等）吸收地面长波辐射后，将部分能量以逆辐射形式返回地面，使地表温度高于无大气时的现象（约33℃）。全球变暖则是指由于人类活动（如化石燃料燃烧、土地利用变化）导致温室气体浓度显著增加，温室效应增强，进而引起全球平均气温上升的现象。二者联系：全球变暖是温室效应在人类活动影响下的强化结果；区别：温室效应是自然存在的气候调节机制，而全球变暖是人为加剧的异常现象。2.比较冷锋与暖锋的天气特征（包括锋面坡度、云系分布、降水特点）。答案：①锋面坡度：冷锋坡度大（约1/50-1/100），暖锋坡度小（约1/150-1/300）；②云系分布：冷锋云系（雨层云、积雨云等）集中在锋后，排列狭窄；暖锋云系（卷云、卷层云、高层云、雨层云）自锋前向锋后依次分布，范围宽广；③降水特点：冷锋多为强对流性降水（雷阵雨），历时短、强度大，主要位于锋后；暖锋多为连续性降水，历时长、强度小，主要位于锋前。3.解释“大气稳定度”的概念，并说明如何通过温度层结判断气块的稳定状态。答案：大气稳定度指气块受扰动后，是否具有返回原位置或远离原位置的趋势。判断方法：将气块绝热上升（或下降），比较其温度（T'）与周围大气温度（T）的差异：①若T'＞T（气块温度高于环境），气块加速上升，大气不稳定；②若T'＜T，气块减速并返回，大气稳定；③若T'=T，大气中性。具体可通过比较气块绝热递减率（γd=9.8℃/km，干绝热；γs＜γd，湿绝热）与环境温度递减率（γ=-dT/dz）：γ＞γd（绝对不稳定），γ＜γs（绝对稳定），γs＜γ＜γd（条件性不稳定）。4.说明地形对降水分布的影响机制（以山脉为例）。答案：山脉对降水的影响主要通过动力抬升和热力作用：①动力抬升：暖湿气流遇山脉阻挡被迫沿迎风坡上升，绝热冷却至露点温度后凝结，形成地形雨（如喜马拉雅山南坡的乞拉朋齐）；②背风坡下沉增温（焚风效应），空气干燥，降水稀少（如安第斯山脉东坡的阿塔卡马沙漠）；③山脉走向与气流方向的夹角影响抬升效率（垂直于气流时抬升最强）；④山脉高度决定抬升幅度（足够高的山脉才能使气块达到凝结高度）。5.简述卫星气象观测的主要优势及其在天气预报中的应用。答案：优势：①覆盖范围广（全球、海洋、高原等无人区）；②时间分辨率高（静止卫星每15分钟成像）；③多光谱观测（可见光、红外、微波等波段，获取云、水汽、地表温度等信息）。应用：①监测台风、暴雨等中尺度天气系统的位置、强度和移动；②反演大气温湿度廓线（用于数值预报初始场）；③追踪火山灰、沙尘暴等气溶胶分布；④评估云量和辐射收支（用于气候模式）。四、论述题（每题10分，共20分）1.结合近年观测数据，论述全球变暖对极地气候系统的影响及可能的连锁反应。答案：全球变暖对极地气候系统的影响显著，具体表现为：①海冰消融：北极海冰面积和厚度持续减少（2023年夏季最小冰面积较1980年代减少约40%），南极海冰也出现异常缩减（2022年创历史新低）；②冻土退化：北极多年冻土解冻，释放储存的CO₂和CH₄（温室气体正反馈）；③冰川和冰盖物质损失：格陵兰冰盖和西南极冰盖融化加速，导致海平面上升（2000-2020年贡献约1.3mm/年）；④环流异常：极地变暖速率是全球平均的2-3倍（极地放大效应），导致中高纬度大气环流（如极涡）不稳定，寒潮、热浪等极端事件频发（如2021年北美得州寒潮）。连锁反应包括：海冰减少降低反照率，吸收更多太阳辐射（反照率反馈）；冻土碳释放进一步增强温室效应；海平面上升威胁沿海城市；极地生态系统崩溃（如北极熊栖息地丧失）；海洋环流（如大西洋经向翻转环流AMOC）减弱，影响全球热量输送。2.分析数值天气预报的核心技术流程，并探讨人工智能（AI）在其中的应用前景。答案：数值天气预报的核心流程包括：①资料同化：将多源观测数据（卫星、雷达、探空等）通过变分法（3DVar、4DVar）或集合卡尔曼滤波（EnKF）融合到模式初始场；②模式积分：基于大气动力学方程组（如Navier-Stokes方程），结合物理参数化方案（如微物理、边界层、辐射），通过超级计算机进行时间积分；③后处理：对模式输出进行偏差订正（如模式输出统计MOS），提供可视化预报产品。AI的应用前景：①资料同化：利用机器学习（如神经网络）优化观测误差估计和背景误差协方差矩阵，提高初始场精度；②参数化方