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2025年大学《应用气象学》专业题库——气候异常事件的原因分析与预测考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、填空题（每空2分，共20分）1.厄尔尼诺现象主要表现为赤道中东太平洋海表温度的异常偏________，而拉尼娜现象则表现为异常偏________。2.大气环流异常中的________是引发和影响许多气候异常事件的关键模态。3.地表冰雪覆盖率的增加会降低地表反照率，吸收更多太阳辐射，导致局部地区气温进一步升高，这是典型的________反馈机制。4.全球变暖背景下，温室气体浓度增加导致全球平均气温上升，进而可能________极端降水和干旱事件的发生频率和强度。5.利用历史观测数据进行模式验证时，常用的统计指标包括均方根误差（RMSE）和________。二、简答题（每题5分，共30分）1.简述ENSO现象对全球大气环流的主要影响。2.简述季风异常形成的主要大气环流背景因素。3.解释什么是“集合预报”，并简述其主要目的。4.列举并简述影响气候异常事件预测技巧的主要因素。5.简述全球变暖对北大西洋涛动（NAO）可能产生的影响。6.解释气候监测在气候异常事件原因分析和预测中的重要性。三、论述题（每题10分，共40分）1.详细论述海气相互作用在厄尔尼诺现象形成中的关键物理过程。2.结合农业应用，论述降水异常（无论是过多还是过少）对区域农业生产可能产生哪些影响，并简述如何利用气候预测信息进行应对。3.论述人类活动（特别是温室气体排放和土地利用变化）对现代气候异常事件频次和强度增加可能产生的贡献。4.假设某地区连续三年出现严重干旱，请尝试分析可能的原因（自然因素和人类活动因素均需考虑），并简述可以采用哪些监测和预测手段来应对未来的干旱风险。试卷答案一、填空题（每空2分，共20分）1.高；低2.极地涡旋（或急流、遥相关等合理答案）3.正反馈（或冰铝效应）4.增强或加剧5.相关系数（或决定系数R²）二、简答题（每题5分，共30分）1.简述ENSO现象对全球大气环流的主要影响。答案：ENSO通过改变热带太平洋的海表温度异常，影响大气对流活动，进而改变信风带位置和强度，导致全球大气环流系统（如急流位置和强度、副热带高压、极地涡旋等）发生调整。例如，厄尔尼诺期间，信风减弱，西太平洋暖水向东扩散，可能导致全球多地降水异常（如美洲西北部干旱、东南亚和澳大利亚东部洪涝），全球平均气温偏高；拉尼娜期间则相反，信风增强，西太平洋暖水聚集，可能导致全球多地降水异常（如印度尼西亚和澳大利亚东部干旱、美洲西北部洪涝），全球平均气温偏低。解析思路：考察对ENSO机制及其全球遥相关效应的理解。需要说明ENSO如何通过改变海气相互作用中心（热带太平洋）影响大气环流，并举例说明对全球不同区域气候（降水、气温）的具体影响。2.简述季风异常形成的主要大气环流背景因素。答案：季风异常主要受行星尺度大气环流系统的影响。例如，海陆热力差异是季风形成的根本原因，而其年际和年代际异常则与赤道中东太平洋的海温异常（ENSO）、印度洋海温异常（IIO）、热带大气遥相关模态（MJO）、西太平洋暖池海温变化、西风带异常（如极地涡旋强度和位置变化）等因素有关。这些大气环流因子通过影响季风区的风场、水汽输送和垂直运动，导致季风强度、季节性变化和极端事件（如旱涝）出现异常。解析思路：考察对季风动力学及其年际变率驱动因素的理解。需要点出基本成因（海陆热力差），并列举主要的年际/年代际异常驱动因子（ENSO、IIO、MJO、西风带等），说明这些因子如何影响季风系统。3.解释什么是“集合预报”，并简述其主要目的。答案：集合预报是指通过使用相同的数值天气预报（NWP）模型，但输入不同的初始条件（通过添加小的随机扰动）或包含不同的物理过程参数化方案，运行一系列（多个）平行天气或气候模型，产生一组（集合）预测成员。其主要目的是为了评估和量化预测的不确定性，提供概率预报，帮助用户了解预测结果可能的变化范围以及预测事件发生的可能性。解析思路：考察对集合预报基本概念和原理的理解。需要定义集合预报是什么（多模型/多初值运行），并说明其核心目的（评估不确定性、提供概率预报）。4.列举并简述影响气候异常事件预测技巧的主要因素。答案：影响气候异常事件预测技巧的主要因素包括：(1)模式分辨率和物理过程参数化方案的能力：分辨率越高，模式越能捕捉小尺度细节；物理方案越完善，越能准确模拟真实大气过程，但都存在局限性。(2)初始条件的不确定性：大气系统极其复杂，初始状态的小误差会随时间迅速放大（蝴蝶效应），这是导致短期气候预测困难的主要原因。(3)外强迫的不确定性：火山喷发、太阳活动等外部强迫因素的时间和强度难以精确预测。(4)气候系统本身的内在随机性：即使没有外部强迫，气候系统也包含固有的混沌行为和随机扰动。(5)预测时段：预测时间越长，不确定性累积越大，技巧通常越低。解析思路：考察对气候预测不确定性的来源的理解。需要从模型能力、初始误差、外部强迫、系统内在随机性、预测时效等多个角度列举并简要解释影响预测技巧的因素。5.简述全球变暖对北大西洋涛动（NAO）可能产生的影响。答案：全球变暖可能导致北大西洋涛动（NAO）发生变化。例如，观测和模式研究表明，北极Amplification（北极变暖快于中低纬度）可能抑制或改变NAO的模态，甚至可能增加NAO正相（有利于欧亚大陆东部冬季温和湿润）出现的频率或强度。同时，大西洋暖池的变暖和海气相互作用的变化也可能影响NAO。具体影响方向和程度可能存在区域差异，且仍在研究中。解析思路：考察对气候变化背景下大气环流模态可能响应的理解。需要提及北极Amplification的作用，并说明其对NAO模态（正/负相）可能产生的影响，同时可以提及其他相关因素（如海温）。6.解释气候监测在气候异常事件原因分析和预测中的重要性。答案：气候监测是气候异常事件研究的基础。对于原因分析，持续、准确的观测数据（如温度、降水、海温、风场、气压等）是识别气候异常事件的发生、发展过程，分析其时空特征，并追踪诊断不同因素（如ENSO、大气环流）贡献的关键依据。对于预测，高质量的监测数据是提供准确的初始条件（对于数值预报）和评估预测结果（验证预测模型）的基础，也是识别预测偏差和改进预测方法的重要信息来源。解析思路：考察对气候监测双重作用（研究基础和预测支持）的理解。需要分别从原因分析和预测两个角度阐述监测的重要性，强调数据在诊断、初始条件和验证中的作用。三、论述题（每题10分，共40分）1.详细论述海气相互作用在厄尔尼诺现象形成中的关键物理过程。答案：厄尔尼诺现象的形成是海气相互作用反馈过程的结果。其关键物理过程通常被认为始于热带太平洋东部的“热力反馈”（ThermodynamicFeedback）机制：当东太平洋信风异常减弱时，向西输送到赤道太平洋东岸的暖水减少，导致该区域海表温度异常偏低。这会改变海气相互作用：冷海面吸收更多太阳辐射，大气对流活动减弱，导致上空大气异常偏干，进而进一步抑制了来自美洲西岸的暖湿气流，使信风更加减弱。同时，冷海面也改变了大气环流，例如可能抑制了亚赤道急流的位置偏南，使得赤道东太平洋上空出现异常的辐合和下沉气流。这种下沉气流进一步抑制了对流，形成了一个正反馈循环：信风减弱->海温降低->大气干燥下沉->信风进一步减弱。这个初始扰动在赤道东太平洋缓慢发展、维持和向东传播，最终形成大范围的厄尔尼诺状态。此外，海洋内部动力学过程（如赤道逆流）也参与并放大了这种海气耦合。解析思路：考察对厄尔尼诺形成机制中关键反馈环（特别是热力反馈和大气环流调整）的深入理解。需要详细描述信风减弱如何启动过程，海温变化如何影响大气，大气变化如何反作用于海洋，形成正反馈，并提及海洋内部过程的参与。2.结合农业应用，论述降水异常（无论是过多还是过少）对区域农业生产可能产生哪些影响，并简述如何利用气候预测信息进行应对。答案：降水异常对农业生产影响巨大。(1)降水过多：可能导致作物淹没、根系缺氧、病虫害滋生、土壤养分流失、渍涝灾害，造成作物减产甚至绝收。(2)降水过少：导致土壤干旱缺水，影响作物正常生长、发育和产量，引发旱灾。无论是哪种情况，都可能影响作物的播种、生长、授粉、收获等各个阶段，并导致农业经济损失。利用气候预测信息进行应对：①早期预警：通过季节性或年度气候预测，提前获取降水偏多或偏少的可能性信息，为农业生产决策提供依据。②作物选择与布局调整：根据预测的降水趋势，选择耐旱或耐涝的作物品种，或调整种植区域和结构。③水资源管理：预测干旱时，提前规划灌溉水源，优化灌溉方案，提高水分利用效率；预测洪涝时，做好排涝设施准备。④农事措施调整：根据降水预测调整播种、施肥、病虫害防治等农事活动的时间。解析思路：考察对降水异常农业影响的理解以及气候预测信息应用能力。需要分别论述过多和过少降水的影响，然后重点阐述如何利用预测信息进行风险规避和主动管理（品种选择、水管理、农事调整等）。3.论述人类活动（特别是温室气体排放和土地利用变化）对现代气候异常事件频次和强度增加可能产生的贡献。答案：人类活动是导致现代气候异常事件频次和强度增加的重要因素。(1)温室气体排放增加：工业革命以来，大量燃烧化石燃料、毁林等活动导致大气中二氧化碳、甲烷等温室气体浓度显著升高。这些气体增强了地球大气的温室效应，导致全球平均气温上升（全球变暖）。全球变暖改变了大气环流模式（如急流位置和强度、阻塞高压频率等），增加了极端天气事件（如热浪、强降水、干旱）的发生概率和强度。例如，warmeraircanholdmoremoisture,leadingtoheavierrainfallevents;warmingcanalsoincreaseevaporation,exacerbatingdroughts;shiftingtemperaturezonescanalterthefrequencyandintensityofstorms.(2)土地利用变化：大规模的毁林（减少植被蒸腾和反射率）、城市化（增加地表粗糙度、改变热岛效应）、改变地表水系等活动，改变了地表与大气之间的能量交换和水分循环过程。例如，城市热岛效应可能加剧局部高温；裸地或硬化表面可能减少蒸散发，加剧干旱；改变的下垫面性质可能影响局地降水和径流，增加洪涝风险。这些变化与全球变暖协同作用，进一步增加了气候异常事件的复杂性和风险。解析思路：考察对人类活动（温室气体、土地利用）如何影响气候系统，进而导致异常事件增加的理解。需要分别解释两种人类活动的作用机制（温室效应、改变能量和水分平衡），并阐述其如何具体影响异常事件的频率和强度（如热浪、强降水、干旱、极端风）。4.假设某地区连续三年出现严重干旱，请尝试分析可能的原因（自然因素和人类活动因素均需考虑），并简述可以采用哪些监测和预测手段来应对。答案：分析连续三年严重干旱的可能原因：(1)自然因素：①气候模式变化：可能处于某个长期气候偏旱的阶段或模态，如拉尼娜现象持续影响或北大西洋涛动（NAO）长期处于不利于降水的状态。②大气环流异常：持续出现不利于该地区降水的水汽输送和辐合条件。③海气相互作用异常：如持续的海温偏低或海气耦合模式变化影响季风或急流。④降水极值变化：极端降水事件减少，而极端干旱事件概率增加。(2)人类活动因素：①过度用水：农业、工业和生活用水需求激增，超出了当地水资源涵养能力，导致地表和地下水位持续下降。②土地退化：植被破坏、水土流失导致地表涵养水源能力下降，加剧干旱影响。③气候变化背景：全球变暖可能加剧区域干旱化趋势，使得极端干旱事件更频繁、更持久。综合分析需结合该地区的具体气候背景和用水情况。应对措施：(1)监测：加强区域内降水、气温、土壤湿度、河流水位、地下水位的实时监测网络，利用卫星遥感进行大范围干旱监测和评估（如制作DroughtSeverityIndexDSI）。(2)预测：利用区域气候模型进行干旱预测，结合集合预报评估预测不确定性
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