2025年大学《气象技术与工程》专业题库—— 气象预报不确定性分析技术.docxVIP

2025年大学《气象技术与工程》专业题库——气象预报不确定性分析技术

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、名词解释（每小题4分，共20分）

1.气象预报不确定性

2.集合预报

3.预报技巧

4.可靠性（Reliability）

5.不确定性系数

二、简答题（每小题6分，共30分）

1.简述气象预报不确定性的主要来源。

2.集合预报中有哪些常见的集合生成方法？

3.解释什么是Brier分数，并说明其评估预报准确性的基本原理。

4.简述卡尔曼滤波（KalmanFilter）的基本思想及其在气象学中的应用背景。

5.为什么说概率预报是处理气象预报不确定性的重要手段？

三、计算题（每小题10分，共20分）

1.某地实际发生的降水事件次数为20次，气象预报预测将有降水的事件次数为25次，其中实际有降水且预报有降水的次数为18次。计算该预报的命中率（HitRate）、空报率（FalseAlarmRate）、漏报率（MissRate）和确定性（Determinacy）。

2.假设某要素的集合预报中，集合平均值为50个单位，集合成员的标准差为5个单位。计算该要素在预报时效结束时，其概率分布呈正态分布时，落在集合平均值±1个标准差、±2个标准差范围内的概率分别是多少？（提示：可利用标准正态分布表或函数）

四、论述题（每小题15分，共30分）

1.试论述数据同化技术在减轻气象预报初始不确定性方面的作用机制，并简述其面临的主要挑战。

2.结合你对该课程的理解，论述理解并分析气象预报不确定性对于现代气象技术应用（如航空气象、灾害预警等）的重要性。

试卷答案

一、名词解释

1.气象预报不确定性：指从任何给定的初始状态出发，在给定的时间后，气象要素的预报结果与实际观测结果之间存在的不可完全消除的偏差或差异。这种不确定性来源于观测误差、模式缺陷、模式分辨率不足、非线性混沌特性等多种因素。

**解析思路*：定义要涵盖不确定性产生的根源（观测、模式等）和表现（预报与实际间的偏差）。

2.集合预报：一种通过运行多个略有差异的数值天气预报模型或对同一模型施加不同的扰动来产生一系列可能结果的预报方法。其目的是提供对未来状态的概率性描述，而不是单一的确定性预报值，从而量化预报的不确定性。

**解析思路*：核心是“多组预报”、“概率描述”、“量化不确定性”，需说明其基本操作和目的。

3.预报技巧：衡量天气预报准确程度的指标，通常定义为预报量与某个基准预报（如历史平均值、气候平均值或另一模型预报）之间差异的改善程度。常用技巧评分包括预报技巧评分（TS）、概率技巧评分（PS）等。

**解析思路*：定义要体现“衡量准确度”、“与基准比较”、“差异改善”的概念，可提及常用评分。

4.可靠性（Reliability）：在集合预报中，指集合预报中预测某事件（如降水）发生的概率与该事件实际发生频率之间的一致程度。高可靠性意味着集合预报的“诚实”程度，即预测概率接近实际概率。

**解析思路*：定义要强调“预测概率”与“实际频率”的“一致性”，说明其衡量的是预报概率本身的质量而非事件发生与否。

5.不确定性系数：也称为不确定性指数（UncertaintyCoefficient,U1），是衡量预报准确性的综合指标，尤其适用于概率预报。它结合了预报的可靠性和连续性，值越接近1，表示预报准确性越高，不确定性越小。

**解析思路*：定义要说明其是“综合性指标”、“结合可靠性和连续性”，并指出其与“准确性”和“不确定性”的关系。

二、简答题

1.简述气象预报不确定性的主要来源。

*观测误差：地面观测站点的空间代表性偏差、仪器误差、观测时次密度不足、观测系统本身无法捕捉到所有关键信息等。

*模式误差：模式物理过程和动力学过程的简化与参数化不能完全精确地描述真实的物理世界；模式分辨率不足以分辨小尺度系统；模式初始场的客观分析误差。

*非线性混沌特性：大气系统本身具有强烈的非线性和混沌特性，使得对初始条件的微小扰动会随着时间演化导致巨大的预报差异（蝴蝶效应）。

*计算资源限制：有限的计算资源可能限制模式的分辨率、时步或集合成员的数量，从而影响预报的细节和不确定性表示。

*大气本身的随机性：大气系统存在固有的随机扰动。

**解析思路*：分类列出不确定性来源，并简要说明每一类来源的具体含义，覆盖观测、模式、大气特性、计算等主要方面。

2.集合预报中有哪些常见的集合生成方法？

*随机扰动法：向初始