数值天气预报工程师考试试卷及答案

数值天气预报工程师考试试卷及答案一、填空题（共10题，每题1分）1.数值天气预报的核心是求解描述大气运动的______方程组。2.大气模式中，垂直坐标常用的有气压坐标、高度坐标和______坐标。3.资料同化的基本目的是将观测资料与______结合，得到最优初始场。4.集合预报通过生成多个初始场来估计预报的______。5.卫星遥感资料中，用于大气温度探测的主要是______通道。6.模式的水平分辨率通常用______表示。7.大气边界层模式中，常用的湍流闭合方案有一阶闭合和______阶闭合。8.数值预报模式中，侧边界条件常用的有周期边界、固定边界和______边界。9.初值化的主要作用是消除观测资料与模式之间的______不匹配。10.集合预报的常用生成方法包括随机扰动初始场和______扰动。二、单项选择题（共10题，每题2分）1.下列不属于大气原始方程组组成部分的是？A.连续性方程B.热力学方程C.辐射传输方程D.运动方程2.资料同化方法中，属于变分同化的是？A.3DVARB.牛顿迭代法C.卡尔曼滤波D.集合卡尔曼滤波3.集合预报中，初始场扰动的常用方法不包括？A.随机扰动B.奇异向量法C.增长模法D.网格加密法4.GPS掩星资料主要探测的大气参数是？A.温度B.湿度C.折射率D.云顶高度5.σ坐标的主要优点是？A.避免地形阻挡B.气压梯度计算简单C.与观测匹配好D.边界条件易处理6.下列属于数值预报动力框架的是？A.有限差分法B.显式时间积分C.隐式时间积分D.以上都是7.集合预报的输出形式通常是？A.确定性单点值B.概率分布C.气候态D.固定区间8.辐射参数化的核心作用是？A.计算大气加热冷却B.模拟湍流输送C.处理地形D.同化观测9.下列不属于初值化方法的是？A.动力初值化B.统计初值化C.变分初值化D.集合初值化10.数值预报误差来源不包括？A.初始场误差B.模式参数化误差C.观测误差D.计算机速度三、多项选择题（共10题，每题2分）1.大气原始方程组包含的方程有？A.运动方程B.连续性方程C.热力学方程D.水汽方程2.常用资料同化方法有？A.3DVARB.4DVARC.EnKFD.最优插值3.集合预报的应用场景包括？A.极端天气概率预报B.不确定性评估C.模式误差分析D.气候预测4.卫星资料在预报中的应用包括？A.温度场同化B.湿度场同化C.风场同化D.云参数同化5.模式物理参数化包括？A.辐射参数化B.边界层参数化C.对流参数化D.地形参数化6.动力框架核心包括？A.空间离散方法B.时间积分方法C.边界条件D.初始场生成7.大气边界层特征有？A.湍流活跃B.下垫面作用强C.垂直梯度大D.厚度随季节变8.初始场扰动方法有？A.奇异向量法B.增长模法C.随机扰动法D.EnKF法9.初值化的作用包括？A.消除动力不平衡B.减少spin-upC.提高初始场精度D.优化参数10.预报发展趋势包括？A.高分辨率模式B.多资料同化C.集合精细化D.AI辅助四、判断题（共10题，每题2分）1.数值预报基于大气动力学方程组数值求解。（）2.资料同化仅需观测资料，无需模式场。（）3.集合预报比确定性预报更准确。（）4.卫星微波资料不受云影响，可全天候探测。（）5.σ坐标的缺点是气压梯度计算复杂。（）6.模式分辨率越高，预报精度一定越高。（）7.初值化使初始场满足模式动力约束。（）8.集合扰动仅针对初始场，不针对物理过程。（）9.边界层模式是数值预报的可选部分。（）10.预报误差主要来自初始场，模式误差可忽略。（）五、简答题（共4题，每题5分）1.简述资料同化的基本原理。2.集合预报与确定性预报的主要区别。3.边界层参数化在预报中的作用。4.数值预报模式的主要误差来源。六、讨论题（共2题，每题5分）1.如何提高极端天气（台风、暴雨）的预报精度？2.卫星遥感资料在预报中的应用现状及未来方向。---参考答案一、填空题1.大气动力学（原始方程）2.地形追随（σ）3.模式预报场4.不确定性（概率）5.微波（红外）6.网格距7.二8.辐射（海绵）9.动力（物理）10.模式物理过程（参数化）二、单项选择题1-5:CADCA6-10:DBABD三、多项选择题1-5:ABCDABCDABCDABCDABCD6-10:ABCABCDABCABCABCD四、判断题1.对2.错3.错4.对5.对6.错7.对8.错9.错10.错五、简答题1.资料同化原理：将观测资料与模式预报场（背景场）融合，利用观测-背景误差协方差，使同化后初始场同时满足观测约束和模式动力约束。核心是最小化目标函数（观测误差+背景误差），如3DVAR（三维变分）优化空间场，4DVAR（四维变分）考虑时间演变，解决观测稀疏与模式网格密集的矛盾，提供可靠初始场。2.集合与确定性预报区别：①输出：确定性为单点值，集合为概率分布；②不确定性：集合量化误差概率，确定性无法；③应用：集合适用于极端天气概率预报，确定性适用于常规过程；④计算量：集合远大于确定性。3.边界层参数化作用：①模拟湍流输送（用统计方法计算动量、热量、水汽湍流）；②计算下垫面通量（感热、潜热、动量交换）；③模拟边界层结构（混合层高度、逆温）；④减少模式误差（影响低层动力热力状态，提高中短期预报精度）。4.模式误差来源：①初始场误差（观测稀疏、同化缺陷）；②模式误差（动力框架近似、参数化经验、边界条件不准）；③观测误差（卫星/雷达的系统/随机误差）；④分辨率不足（放大小尺度过程误差）。六、讨论题1.提高极端天气预报精度：①资料同化：增加雷达、GPS掩星等高分辨率资料，优化4DVAR+EnKF同化；②动力框架：发展公里级高分辨率模式，采用有限体积法；③参数化：改进对流、辐射方案，显式模拟强对流；④集合预报：增加成员数，多模式集合；⑤AI辅助：优化初始场、参数化或误差订正；⑥下垫面观测：提高海洋热通量、陆面状态观测精度。2.卫星资料应用现状与未来：现状：占预报资料80%以上，微波资料（AMSU）全天候温度探测，GPS