2026年《气象学与气候学》云与降水形成习题及答案

2026年《气象学与气候学》云与降水形成习题及答案一、名词解释（共10题，每题3分，共30分）1.绝热冷却2.云凝结核（CCN）3.伯杰龙-芬德森过程4.暖云降水5.降水效率6.霰7.冰核（IN）8.碰并增长9.地形强迫降水10.雨滴谱二、单项选择题（共15题，每题2分，共30分）1.云形成的首要热力学过程是（）A.绝热冷却B.辐射冷却C.平流冷却D.混合冷却2.干空气绝热直减率的标准值为（）A.0.65℃/100mB.0.98℃/100mC.1.2℃/100mD.0.5℃/100m3.伯杰龙过程发生的最适宜温度范围是（）A.0℃~-5℃B.-10℃~-20℃C.-20℃~-40℃D.低于-40℃4.暖云降水过程中云滴增长的核心机制是（）A.凝结增长B.凝华增长C.重力碰并增长D.扩散增长5.自然条件下冰核活化的阈值温度通常不高于（）A.0℃B.-2℃C.-5℃D.-10℃6.层状云降水的典型特征是（）A.强度大、历时短B.强度均匀、历时长C.阵性明显D.局地性强7.我国东部夏季梅雨期的主要降水云系是（）A.积雨云B.层积云C.雨层云D.高层云8.大陆性云凝结核的主要成分是（）A.海盐粒子B.硫酸盐气溶胶C.沙尘粒子D.黑碳气溶胶9.我国气象标准中，24小时降水量达到多少为暴雨量级（）A.25~49.9mmB.50~99.9mmC.100~249.9mmD.≥250mm10.过冷水滴存在的温度范围通常为（）A.0℃~-10℃B.0℃~-20℃C.0℃~-38℃D.0℃~-50℃11.当云内出现以下哪种条件时，降水效率最高（）A.云厚度<1kmB.云内上升速度<0.1m/sC.云液水含量>1g/m³D.云顶温度高于0℃12.人工增雨冷云作业常用的催化剂是（）A.食盐B.尿素C.碘化银D.氯化钙13.气溶胶的“第一间接效应”指的是（）A.气溶胶作为CCN增加云滴数量、提高云反照率B.气溶胶增加云滴浓度、抑制云滴碰并、延长云寿命C.气溶胶作为冰核促进冰相过程D.气溶胶吸收辐射加热大气、抑制云发展14.地形云降水的增幅系数（地形降水量与平原同高度降水量的比值）在我国西南山区的典型观测值为（）A.0.5~1B.1~1.5C.1.5~3D.3~515.以下哪种云系最容易出现连续性、大范围降水（）A.卷积云B.高积云C.雨层云D.积云三、多项选择题（共8题，每题4分，共32分，多选、少选、错选均不得分）1.云形成的三个必备条件包括（）A.充足的水汽B.空气上升冷却过程C.足够的凝结核/冰核D.足够强的太阳辐射2.影响云滴碰并增长效率的因素包括（）A.云滴谱分布B.云内上升气流速度C.云液水含量D.云内温度3.伯杰龙过程发生的前提条件包括（）A.云内温度低于0℃B.同时存在过冷水滴、冰晶和饱和水汽C.冰面饱和水汽压低于水面饱和水汽压D.云内存在足够的吸湿性粒子4.以下属于暖云降水促进因子的是（）A.宽的云滴谱分布B.高浓度的大粒径吸湿性CCNC.薄的云体厚度D.强的上升气流5.积状云降水的典型特征包括（）A.阵性强B.强度大C.历时短D.局地性强6.人工增雨的可行技术路径包括（）A.向冷云播撒冰核，促进伯杰龙过程B.向暖云播撒大粒径吸湿性粒子，促进碰并增长C.向云顶播撒制冷剂，促进过冷水滴冻结D.向云底播撒干冰，促进水汽凝结7.以下关于降水效率的说法正确的是（）A.积雨云的降水效率通常高于层状云B.云厚度越大，降水效率越高C.大陆性云的降水效率通常高于海洋性云D.上升气流速度适中时降水效率最高8.气溶胶对降水的可能影响包括（）A.抑制暖云降水B.促进冷云降水C.改变降水的空间分布D.延长降水的持续时间四、简答题（共4题，每题12分，共48分）1.简述云形成的基本过程及三个核心必备条件，结合2024年风云四号B星的最新观测结论说明不同冷却过程对应的云系特征。2.对比冷云降水与暖云降水形成机制的核心差异，说明两类降水过程对应的温度条件、微物理过程及典型云系。3.简述降水形成过程中宏观动力条件与微观微物理过程的耦合关系，结合2025年WRF-Cloud最新参数化方案的改进点说明耦合模拟的核心思路。4.简述地形对云与降水形成的调制作用，以喜马拉雅山南坡为例说明地形强迫降水的量级及形成机制。五、论述题（共2题，每题25分，共50分）1.结合2024年IPCC第七次评估报告（AR7）关于气溶胶-云-降水相互作用的最新结论，论述该领域研究进展对我国人工影响天气作业的指导意义，列举2023-2025年我国人工增雨作业的典型应用成效。2.对比层状云、积状云、波状云三类云系的降水特征差异，结合2025年国家气象中心推广的AI短临降水预报模型的应用成果，说明不同云系的降水预报要点及准确率提升路径。六、案例分析题（共1题，30分）案例材料：2025年7月21日-23日，长江中下游地区出现一次大范围持续性强降水过程，风云四号B星同步观测数据显示：过程前期（21日08时-22日08时）为大范围均一层状云系，云顶温度维持在-15℃~-8℃，云体厚度2.5~3.5km，云液水含量0.8~1.2g/m³，云内上升气流速度0.2~0.5m/s，该时段累计面雨量为42mm；过程后期（22日08时-23日08时）层状云系中嵌入多块发展旺盛的积雨云，积雨云云顶温度普遍低于-40℃，云体厚度超过8km，云内上升气流速度最高达12m/s，云液水含量最高达4.5g/m³，该时段累计面雨量达140mm，部分站点出现2小时累计降水量122mm的极端强降水。请结合云与降水形成的相关知识回答以下问题：1.分析本次过程前期层状云系的降水形成机制及降水特征（10分）2.分析后期嵌入积雨云后极端强降水的形成原因（10分）3.若针对本次过程开展人工增雨作业，分别针对前期层状云和后期积雨云提出可行的作业方案及科学依据（10分）参考答案：一、名词解释1.绝热冷却：指空气在上升过程中因外界气压降低发生绝热膨胀，内能转化为势能导致温度自发降低的过程，是自然界云形成的核心冷却途径，干空气绝热上升100m温度约下降0.98℃。2.云凝结核（CCN）：指大气中能够使水汽在过饱和度低于1%的条件下发生凝结的气溶胶粒子，粒径通常在0.01~1μm之间，主要成分为硫酸盐、海盐、沙尘等，2024年全球陆地观测的平均CCN浓度为300~1000个/cm³。3.伯杰龙-芬德森过程：又称冷云降水过程，指温度低于0℃的冷云中，冰面饱和水汽压低于同温度下的水面饱和水汽压，过冷水滴蒸发的水汽向冰晶表面凝华，冰晶快速增长形成降水粒子的过程，是中高纬度降水的核心形成机制。4.暖云降水：指云体整体温度高于0℃的暖云中，云滴通过重力碰并、湍流碰并等过程增长到临界粒径，克服上升气流阻力降落形成降水的过程，是低纬度夏季降水的重要形成机制。5.降水效率：指云系中转化为地面降水量的水汽质量占云系总水汽输入量的比值，自然云系的降水效率通常在10%~70%之间，是人工增雨作业潜力评估的核心指标。6.霰：又称软雹，是过冷水滴在冰晶或雪晶表面碰冻形成的不透明冰相粒子，粒径通常在2~5mm之间，密度为0.2~0.8g/cm³，是冷云降水过程中重要的中间粒子，可进一步碰并增长为冰雹或融化形成雨滴。7.冰核（IN）：指大气中能够在温度低于0℃、过饱和度低于冰面过饱和10%的条件下，诱导过冷水滴冻结或水汽凝华形成冰晶的气溶胶粒子，主要成分为沙尘、黑碳、生物质燃烧颗粒等，自然条件下活化阈值温度通常低于-5℃。8.碰并增长：指云内不同粒径的云滴因运动速度差异发生碰撞并合并为更大粒径云滴的过程，分为重力碰并、湍流碰并、电力碰并等类型，是云滴从微米级增长到毫米级降水粒子的核心机制。9.地形强迫降水：指气流遇到山地阻挡被迫抬升发生绝热冷却，形成地形云并产生降水的过程，降水通常集中在山地迎风坡，降水量随海拔升高先增后减，是山区降水的核心形成机制。10.雨滴谱：指单位体积内雨滴数量随雨滴粒径的分布特征，通常用Gamma分布函数拟合，不同云系的雨滴谱特征差异显著，是降水强度估算、降水类型识别的核心参数。二、单项选择题1.A解析：绝热冷却贡献了全球90%以上云系的形成冷却需求，是云形成的首要过程。2.B解析：干空气绝热直减率标准值为0.98℃/100m，饱和空气绝热直减率平均为0.65℃/100m。3.B解析：-10℃~-20℃区间内冰面与水面饱和水汽压差值最大，伯杰龙过程效率最高。4.C解析：暖云内无冰相过程，凝结增长仅能形成小于20μm的云滴，重力碰并是增长为雨滴的核心机制。5.C解析：自然冰核活化温度通常低于-5℃，只有人工冰核（如碘化银）可在接近0℃的条件下活化。6.B解析：层状云水平范围大、垂直发展均匀，上升气流稳定，因此降水强度均匀、持续时间可达数天。7.C解析：梅雨期降水为大范围连续性降水，核心云系为雨层云，云体厚度可达4~5km。8.B解析：大陆地区人为排放的硫酸盐气溶胶占CCN总量的60%以上，是大陆性CCN的核心成分。9.B解析：我国气象标准规定24小时降水量50~99.9mm为暴雨，100~249.9mm为大暴雨，≥250mm为特大暴雨。10.C解析：-38℃为同质冻结温度，低于该温度过冷水滴会自发冻结为冰晶，因此过冷水滴存在的温度上限为0℃，下限为-38℃。11.C解析：云液水含量>1g/m³时云滴碰并效率显著提升，降水效率可达40%以上。12.C解析：碘化银的晶体结构与冰相似，活化阈值温度可达-4℃，是冷云人工增雨的首选催化剂。13.A解析：第一间接效应为反照率效应，第二间接效应为生命周期效应。14.C解析：2024年我国西南山区地形降水观测显示，迎风坡降水增幅系数通常为1.5~3，部分高海拔山区可达4以上。15.C解析：雨层云为大范围系统性抬升形成的深厚层状云，是连续性大范围降水的主要云系。三、多项选择题1.ABC解析：太阳辐射不是云形成的必备条件，夜间也可形成云。2.ABC解析：云内温度主要影响冰相过程，对碰并增长效率的直接影响较小。3.ABC解析：吸湿性粒子是暖云凝结的核心，不是伯杰龙过程的必要前提。4.ABD解析：云体厚度<1km时云滴碰并路径短，不利于暖云降水形成。5.ABCD解析：积状云由局地对流形成，垂直发展旺盛，因此降水具有阵性强、强度大、历时短、局地性强的特征。6.ABC解析：云底温度高，播撒干冰会快速气化，无法有效进入云体，增雨效率极低。7.ABD解析：海洋性云CCN浓度低，云滴谱宽，碰并效率高，降水效率高于大陆性云，C错误。8.ABCD解析：气溶胶可通过改变云滴谱、冰核浓度等方式影响降水的形成、强度、分布和持续时间。四、简答题1.云形成的基本过程为：空气在动力作用下抬升，发生绝热冷却，温度降低到露点以下，水汽在凝结核表面凝结形成云滴，云滴不断增长形成云。三个核心条件：①充足的水汽：空气相对湿度达到100%以上，提供云形成的物质基础；②冷却过程：空气温度降低到露点以下，使水汽达到过饱和状态；③凝结核：足够的气溶胶粒子作为凝结载体，避免过饱和度过高。结合风云四号B星2024年观测结论：绝热冷却形成的云多为系统性层状云或对流性积状云，水平范围可达数百公里或垂直发展超过10km；辐射冷却形成的云多为夜间层积云，垂直厚度<1km，水平分布均匀；平流冷却形成的云多为沿海平流云，水平范围大，云顶温度均匀。2.核心差异：①温度条件：冷云降水对应云体温度存在低于0℃的区域，暖云降水对应云体整体温度高于0℃；②微物理过程：冷云降水以伯杰龙冰相过程为核心，冰晶通过凝华、碰冻增长，暖云降水以碰并过程为核心，云滴通过重力碰并增长；③典型云系：冷云降水的典型云系为雨层云、高层云、积雨云，是中高纬度全年、低纬度冬季降水的主要来源；暖云降水的典型云系为浓积云、层积云，是低纬度夏季局地降水的主要来源。3.耦合关系：宏观动力条件（上升气流、水汽输送、云体厚度）决定了云内的微物理环境（温度、液水含量、粒子浓度），微观微物理过程（凝结、碰并、凝华）反过来通过潜热释放改变云内的温度场和动力场，二者相互作用共同决定降水的形成和强度。2025年WRF-Cloud参数化方案的改进核心是将云微物理过程的潜热释放实时耦合到动力场模拟中，同时将宏观动力场的上升气流速度作为微物理过程碰并效率的输入参数，大幅提升了降水模拟的准确率，相比传统方案ETS评分提升了12%。4.地形的调制作用：①强迫抬升作用：气流遇到山地阻挡被迫抬升，绝热冷却形成云，抬升速度与地形坡度、风速正相关；②阻挡作用：延长云系在迎风坡的停留时间，增加降水累计量；③云滴筛选作用：大粒径降水粒子受重力影响无法翻越山地，全部降落在迎风坡，加大迎风坡降水增幅。喜马拉雅山南坡是全球地形降水最显著的区域，最大年降水量可达11000mm，形成机制为：印度洋暖湿气流遇到喜马拉雅山阻挡，被迫抬升3000m以上，温度降低15~20℃，水汽大量凝结形成降水，抬升速度可达1~2m/s，降水增幅系数可达3~5。五、论述题1.IPCCAR7最新结论显示：气溶胶-云-降水相互作用的辐射强迫不确定性从AR6的22%降低到12%，明确沙尘气溶胶作为自然冰核贡献了全球40%以上的冰相过程，吸湿性气溶胶对暖云降水的调控作用阈值为0.5μg/m³。该结论对我国人工影响天气的指导意义包括：①针对西北沙尘源区下游的冷云系统，可利用自然沙尘冰核减少碘化银播撒量，降低作业成本15%以上；②针对南方暖云降水系统，可针对性播撒大粒径吸湿性粒子，作业效率提升20%以上；③建立气溶胶浓度前置观测机制，提前评估人工增雨潜力，作业有效率从过去的60%提升到85%。2023-2025年我国应用该成果开展人工增雨作业，累计增加降水量约720亿立方米，在黄河流域补水、西南抗旱、森林火灾灭火等领域发挥了重要作用，其中2024年黄河上游人工增雨作业增加径流量18亿立方米，有效缓解了流域缺水问题。2.三类云系降水特征差异：①层状云：由系统性抬升形成，水平范围大，垂直厚度2~5km，降水强度均匀，持续时间长，范围广，降水效率30%~50%；②积状云：由局地对流形成，水平范围小，垂直厚度5~15km，降水强度大，阵性强，历时短，局地性强，降水效率40%~70%；③波状云：由大气波动形成，水平范围大，垂直厚度<1km，降水强度小，多为间歇性小雨，降水效率<10%。2025年国家气象中心推广的AI短临降水预报模型针对不同云系的预报要点：层状云重点关注水汽输送和云系移动速度，预报准确率可达92%；积状云重点关注对流触发条件和云顶温度变化，预报准确率可达78%；波状云重点关注逆温层强度和云液水含量，预报准确率可达85%。准确率提升路径：结合风云四号B星的分钟级云观测数据，优化不同云系的微物理参数特征库，将短临降水预报的提前量从30分钟提升到60分钟，ETS评分提升15%以上。六、案例分析题1.前期层状云降水形成机制：该层状云为冷云，云顶温度-15~-8℃，云