2025年大学《大气科学》专业题库—— 大气湍流输送对气象现象的影响.docxVIP

2025年大学《大气科学》专业题库——大气湍流输送对气象现象的影响

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、填空题

1.大气湍流是指大气中___、___、___等物理量在时间和空间上的随机脉动现象。

2.湍流输送的基本理论包括___理论和___理论。

3.湍流扩散系数（涡黏性系数）在描述湍流输送时，其物理意义可以理解为___。

4.近地面层中，风速随高度增加而增大，通常遵循___定律（或经验公式）。

5.大气边界层内的湍流活动对地表___和___向大气的垂直输送起着主导作用。

6.湍流对于大气污染物从高浓度区域向低浓度区域扩散起着___作用。

7.在不稳定大气条件下，湍流活动通常___（增强/减弱），有利于污染物扩散。

8.云滴的碰并过程（Collision-Coalescence机制）主要发生在大尺度云滴和小尺度云滴碰撞时，该过程对形成___降水至关重要。

9.涡度相关法是目前测量大气___通量的主要手段之一。

10.影响近地面湍流强度的重要热力因子是地表___差异。

二、简答题

1.简述大气湍流产生的物理机制。

2.解释什么是大气边界层，并说明湍流活动在边界层发展中的作用。

3.简述湍流输送对城市空气质量的影响，并列举至少两种改善城市空气质量的湍流相关措施。

4.描述湍流如何影响近地面气温的日变化过程。

5.解释“热力不稳定”如何为大气湍流的发展提供能量。

三、论述题

1.论述大气湍流输送对边界层结构（特别是近地面层结稳定度）的影响机制，并分析这种影响如何反作用于湍流自身的强度。

2.结合大气物理过程，论述湍流输送在降水形成过程中的作用，并讨论不同天气系统（如层结云、对流云）中湍流作用的差异。

3.分析影响近地面大气湍流输送能力的主要环境因子有哪些？请分别阐述这些因子如何影响湍流的发生发展和输送效率。

试卷答案

一、填空题

1.温度，湿度，动量

2.涡扩散，湍流扩散

3.物质交换的效率或等效粘滞系数

4.对数（或Logarithmic）

5.热量，水分（或水汽）

6.促進（或促进）

7.增强

8.大（或大滴）

9.热量（或感热，潜热）

10.温度（或气温）

二、简答题

1.解析思路：湍流产生主要源于大气的非均匀性和非定常性。具体机制包括：①动力机制：当大气存在水平或垂直风速切变时，由于粘性力、科里奥利力等作用，会形成小尺度旋转涡旋，导致速度脉动。②热力机制：地表受热不均，导致近地面空气密度差异，产生浮力，当浮力超过惯性力时，空气垂直运动加剧，形成湍流。这两种机制常常相互耦合，共同驱动湍流的发生。

2.解析思路：大气边界层是紧贴地表、受地表摩擦和热力作用显著影响的低层大气层。湍流活动是边界层结构形成和维持的关键。地表粗糙度导致近地面风速减低并形成切变，激发湍流。地表加热导致的不稳定层结为湍流发展提供能量。湍流混合作用将地表的动量、热量、水分向高空输送，并混合不同层结的空气，塑造边界层内的风速廓线（如对数律）、温度廓线等特征，维持边界层的垂直结构和动态平衡。

3.解析思路：湍流通过随机脉动输送污染物。污染物浓度高的区域，湍流向上输送；浓度低的区域，湍流向下输送，从而实现污染物在大气中的混合和稀释，降低局部浓度。强湍流活动能显著提高污染物扩散能力。改善措施可从增强湍流或减少排放角度考虑，如城市绿化（增加粗糙度可能增强近地面湍流）、合理规划工业布局、发展公共交通减少交通排放等。

4.解析思路：白天，地表受热不均，近地面形成不稳定层结，湍流活动旺盛。湍流将地表积蓄的热量向上输送，混合不同高度的空气，使得近地面气温不会急剧升高，同时将低层暖空气与高层冷空气混合，在一定程度上抑制了气温的垂直梯度。夜间，地表冷却，近地面形成稳定层结，湍流活动减弱甚至消失，热量难以向上输送，导致近地面气温迅速下降，垂直温差增大。

5.解析思路：热力不稳定是指大气垂直方向上温度递减率大于干绝热递减率的状况。在这种条件下，上升的热空气泡受到周围较冷空气的包裹，浮力占主导，上升运动不会因环境空气绝热冷却而被抑制，反而会加速，导致大气对流发展。强烈的对流运动本身就是一种大规模湍流，为湍流的发展提供了强大的能量来源。

三、论述题

1.解析思路：

*湍流对边界层结构的影响：湍流通过垂直混合，将地表的动量（摩擦阻力）、热量和水分向上输送。这会改变近地面层的风速廓线（向对数律靠近）、温度廓线和湿度廓线。例如，热量向上输送会削弱近地面逆温层，降低层结稳定度；动量向上输送会减小近地面风速。同时，湍流混合也将不同层结的空气掺混，改变边界层内的温度和湿度垂直分布。