大气探测复习资料解读

1、大气探测学第一章：绪论大气探测的定义：大气探测是对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行个别或系 统的、连续的观测和测定，并对获得的记录进行整理，了解大气内部的物理，化学特征及其变化。 大气探测通常分为近地层大气探测和高空大气探测。大气探测原理分为： （ 1）直接测量：感应元件置于待测介质之中，根据元件性质的变化，得到描 述大气状况的气象参数。（2）遥感测量：根据电磁波在大气中传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化。可以 分为主动遥感和被动遥感两种方式。大气探测的“三性”要求：大气探测资料应具备：代表性、准确性和可比性。观测资料质量的好 坏，均以观测资料的“三性”来衡量。（

2、 1）。代表性：探测值能够代表一定空间范围和时间段的平均状况，分为空间代表性和时间代表性。 （2）准确性：反映测量值与真实状况误差大小的程度。（3）可比较性：是指不同测站和不同时间的测量值能进行比较。探测仪器的性能包括： （1）准确度仪器的测量值（已做各种订正后）与真值的符合程度。（2）分辨率导致一个测量系统响应值变化的最小的环境改变量。（ 3）稳定性：指仪器性能随时间的变化率。（4）灵敏度：仪器的灵敏度就是它的示度在被测要素改变单位物理量时所移动的距离、旋 转的角度或显示输出量的大小。 （ 5）惯性仪器的动态响应速度。第二章：云的观测云的概念：云：是悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒或二者混合的

3、可见聚合体。有时也包含一些 较大的雨滴及冰、雪粒。底部不接触地面。2云的观测主要包括： 判定云状， 估计云量和测定云高和选定云码。 云的观测应注意它的连续演变， 尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台上进行 3通常按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为 3 族、 10 属、 29 类。 低云族包括积云，积雨云，层积云，层云和雨层云五属。一般云底高度 2500 米。大部分低云都可 能产生降水，雨层云常有连续性降水，积雨云多阵性降水，有时降水量很大。中云族包括高积云和高层云两属。中云由水滴、过冷水滴与冰晶混合组成。云底高度一般在25005000 米之间。高层云常产生降水。高云族包括

4、卷云，卷层云和卷积云三属，云底高度 5000 米。（具体分类，特征，相似云判断在书本 23 页到 32 页）形成云的基本过程：云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到过饱和而发生凝结或凝华的过程。 水汽要凝结成水滴或凝华成冰晶而形成云，必须具备两个基本条件： 一是要有水汽凝结 核，二是要有水汽过饱和， 二者缺一不可。 大气中一般不缺乏凝结核， 因此， 形成云的最关键问题， 还在于应有水汽的过饱和。波状云和荚状云的形成机理也要掌握。云量的观测：云量是指云遮蔽天空视野的成数。云量观测包括总云量和低云量。总云量是指观测 时天空被所有的云遮蔽的成数，低云量指天空被低云所遮蔽的成数，均记整数（1）总云量

5、的观测 :全天无云，总云量记 0 ；天空完全为云所遮蔽，记 10；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中 可见青天，则记 10 ；云占全天十分之一，记 1 ；云占全天十分之二，记 2 ；其余依次类推 天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量也记 0（2）低云量的观测 : 观测低云量的方法与总云量同 .云高的观测：云底距测站地面的垂直距离称为云高。实测云高的几种方法：（1）气球测定云高：用已知升速的氢气球或氦气球，观测其进入云底（气球开始模糊但未最终消失的点）的时间，乘以气球升速求得。（ 2）云幕灯测定云高：夜间利用云幕灯灯光垂直照射云底，形成一个明显的光点，在距云幕灯已知 水平距离的观测

6、点，用仰角器瞄准光点，测得仰角值，根据直角三角形的原理，求算出云高。 （3）激光测云仪测云高。第三章：能见度的观测1定义：能见度是能够看到周围景物的程度，指具有正常视力的人在当时的天气条件下观测目标物 时，能从背景上分辨出目标物轮廓的最大距离。是反映大气透明度的一个指标。所谓“能见” ，在白天是指能够看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能清楚地看见目 标灯的发光点凡是看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或者所见目标灯的发光点模糊，灯光散乱， 都不算“能见” 。影响能见度的基本因子：大气透明度；目标物和背景的属性；眼睛的视觉性能视亮度对比是指目标物视亮度和背景视亮度之差与两者中较大的一个值之

7、比视亮度对比值越大， 越有利于人眼从背景中识别出目标物。我们把人眼能从背景上区分出目标物的视亮度对比的最小值称为 “对比视觉阈” ，用 来表示。当 K时，目标物能见，否则，目标物不能见。对于正常视力的人来说， 的平均值约为 0.02气象光学视程（ MOR）定义：指白炽灯发出色温为 2700K 的平行光束的光通量，在大气中削弱至初始值的 5%所通过的路径长度。能见度测量方法分为能见度目测法和能见度器测法能见度目测法在白天采用水平能见度，夜间采用灯光能见距离。 （水平）白天能见度是指视力正常 （对比视感阈为 0.05） 的人， 在当时天气条件下， 能够从天空背景中看到和辨认出黑色目标物 （大小 适

8、中，视角较大）的最大水平距离。夜间则是能看到和确定出一定强度灯光的最大水平距离。8有效能见度是是指周围视野中二分之一以上的范围都能看到的最大水平距离。能见度仪的种类： （1）透射式能见度仪：透射能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱 的平均消光 （透射 ）系数而算出能见度。（2）散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器，可以分为前向散射仪，后向散 射仪和侧向式散射仪。重点掌握后向式。后向式散射仪的工作原理：通过探测大气后向散射能量大 小推断散射系数。WMO研究表明： 在较低气象光学视程下， 散射仪测量准确度不如透射仪； 散射仪受降水影响较大， 且测量值呈现很大的变动性，系统

9、误差较大。第四章：天气现象的观测1. 天气现象是指发生在大气中和地表中能够直接被人感知的一些物理现象，包括降水、水汽凝结物 （云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，也包括一些风的特征。2. 主要天气现象的特征：（1）雨：滴状的液态降水，下降时清楚可见，强度变化较缓慢，落在水面上会激起波纹和水花，落 在干地上可留下湿斑。（2）阵雨：开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴。（3）毛毛雨：稠密、细小而十分均匀的液态降水，下降情况不易分辨，看上去似乎随空气微弱的运 动飘浮在空中，徐徐落下。迎面有潮湿感，落在水面无波纹，落在干地上只是均匀地润湿地面而无 湿斑。（4）雪：固态降水，大

10、多是白色不透明的六出分枝的星状、六角形片状结晶，常缓缓飘落，强度变 化较缓慢。温度较高时多成团降落。5）阵雪：开始和停止都较突然、强度变化大的降雪。（ 6）雨夹雪：半融化的雪（湿雪） ，或雨和雪同时下降。（ 7）阵性雨夹雪：开始和停止都较突然、强度变化大的雨夹雪。（ 8）霰：白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2-5 毫米，下降时常呈阵性，着硬地常反跳，松脆易碎。（ 9）米雪：白色不透明的比较扁的或比较长的小颗粒固态降水，直径常小于 1 毫米，着硬地不反跳。（10）冰粒：透明的丸状或不规则状的固态降水，较硬，着硬地一般反跳。直径小于毫米。有时 内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破

11、碎的冰壳。（11）冰雹：坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰层， 或由透明的冰层与不透明的冰层相间组成。大小差异大，大的直径可达数十毫米。常伴随雷暴出现。（ 12）雾：大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，有雾时水平能见度小于1.0 千米。（ 13 ）轻雾：微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，出现时水平能见度为1.0-10.0 千米以内。（ 14）霾：微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，出现时水平能见度为 1.0-10.0千米以内（15）烟幕： 大量的烟存在空气中， 使水平能见度小于 10.0 千米。城市、工矿区上空的烟幕呈黑色、

12、 灰色或褐色，浓时可以闻到烟味。（ 16）沙尘暴： 由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于 1.0 千米。（ 17）扬沙：由于风大将地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度在1.0-10.0 千米以内（ 18）浮尘：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于 10.0 千米。浮尘多为远处尘沙经上层气流 传播而来，或为沙尘暴、扬沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成。（ 19）露：水汽在地面以及近地面物体上凝结而成的水珠（霜融化成的水珠，不记露）。（ 20）霜： 水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白色松脆的冰晶；或由露冻结而成的冰珠。易在 晴朗风小的夜间生成。（21）雨凇：过冷却

13、液态降水碰到地面物体后直接冻结而成的坚硬冰层，呈透明或毛玻璃状，外表 光滑或略有隆突。（22）雾凇：空气中水汽直接凝华，或过冷却雾滴直接冻结在物体上的乳白色冰晶物，常呈毛茸茸 的针状或表面起伏不平的粒状，多附在细长的物体或物体的迎风面上，有时结构较松脆，受震易塌（ 23）吹雪：由于强风将地面积雪卷起，使水平能见度小于10.0 千米的现象。（24）雪暴：为大量的雪被强风卷着随风运行，并且不能判定当时天空是否有降雪。水平能见度一 般小于 1.0 千米。（25）积雪：雪（包括霰、米雪、冰粒）覆盖地面达到台站四周能见面积一半以上时，称为积雪。（26）结冰：指露天水面（包括蒸发器的水）冻结成冰。（27）

14、雷暴：为积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。表现为闪电兼有雷声，有时亦可只闻雷声而不见（28）闪电闪电。：为积雨云云中、云间或云地之间产生放电时伴随的电光。但不闻雷声。（29）极光：在高纬度地区晴夜见到的一种在大气高层辉煌闪烁的彩色光弧或光幕（ 30）大风：瞬间风速达到或超过 17.0 米秒（或目测估计风力达到或超过 8 级）的风。（31）飑：突然发作的强风，持续时间短促。出现时瞬间风速突增，风向突变，气象要素随之亦有 剧烈变化，常伴随雷雨出现。（ 32）高温：夏季日最高气温连续两天或以上35的天气。（33）华 :月光或阳光透射云层的过程中，受到均匀云滴（水滴或者冰晶）的衍射，在月亮和太

15、阳的 周围紧贴月盘或日盘形成内紫外红的彩环 .（34）晕：天空中有一层高云，阳光或月光透过云中的冰晶发生散射或折射，会在太阳或粤港的周围 产生内红外紫的光环。（35）虹和霓：日，月光经云滴或雾滴发生折射和反射而形成的彩色大弧。虹是内紫外红，外侧角 半径约为 42，霓是内红外紫，内侧角半径约为50。（36）峨眉宝光：日（月）光从观测者后面投射到前方云幕或雾幕上，因受云，雾滴的衍射而产生 的彩环。（37）霞：日出日落前后在太阳附近或太阳相对一侧的天空或云层上出现的色彩现象。（38）海市蜃楼：在平静无风的海面，湖面或沙漠上出现的飘渺的幻象。（39）曙暮光：日出或日落时分，阳光照射到高层大气, 被大气

16、分子散射 ,出现在太阳反方向地平面附近的粉红色反暮曙光弧，也常被称为是金星带。3要能够区分几种常见的天气现象： （ 1），（ 2）和（ 3）；（16），（17）和（ 18）；（13），（14）和（ 15） 主要是靠能见度和相对湿度来判定 ;（20）,（21） 和（22）; （9），（10），（11）和（ 14）； 4地面状态是未经翻耕保持自然的地表状况。地面状态划分为表中的二种类型，二十种状况，并以 00-19 二十个数码表示。第五章：温度的测量温度的定义：从宏观上讲，温度是反映物体冷热程度的一个物理量；从微观上讲，温度是描述大 量分子运动平均动能的一个物理量，也就是说它反映了大量分子无规则运

17、动的剧烈程度。热平衡：当两个冷热不同的物体相互接触时就会发生热传导现象，较热的物体总是将热量传送到 较冷的物体，直到这两个物体的冷热程度相同为止，这就是热平衡。3温标：衡量温度的尺度。常见的温标： （1）摄氏温标 t （）（2）华氏温标（） （3） 热力学温标 T（K）。T-t=273.15 ；F=（ 95）t+32.4从 1990 年开始，通用的温标是“国际温标（ ITS-90 ）”，它是根据若干个可再现的平衡状态温度 的认定值和在这些温度下校准的专用仪器确定的。测温方法分为直接接触和遥感测温的方法。直接接触的常规测温仪器有温度表和温度计两类，都 是将仪器的感温元件和被测物体接触，待两者达到

18、热平衡时，测得感温元件的形体和特性变化，从 而可知被测物体的温度。遥感的测温方法是根据接收来自被测物的电磁波或声波信息，来探测被测 物温度。这类仪器不需要使感应元件与被测物直接接触，因此称为遥感测温。温度观测一般包括空气的温度（简称气温） 、地温以及水面温度。单位以摄氏度（）表示，取一 位小数。气温的测定项目有：定时气温，日最高气温，日最低气温，配有温度计的气象站做气温的 连续记录。8，玻璃液体温度表是利用装在玻璃容器中的测温液体随温度改变引起的体积膨胀，从液柱位置的变 化来测定温度的。常用的玻璃液体温度表有（1）干湿球温度表，干湿球温度表由两支型号完全一样的温度表组成。其中干球温度表用于测定

19、 1.5 米高度处的气温。 （ 2） 最高温度表，最高温度表的构 造与一般温度表不同，它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，使感应部分与毛细管之间形成一 窄道。当温度升高时，感应部分水银体积膨胀，挤入毛细管；而温度下降时，毛细管内的水银，由 于通道窄， 却不能缩回感应部分， 因而能指示出上次调整后这段时间内的最高温度。 （3） 最低温度表 。 最低温度表中的感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃形游标。当温度下降时，酒精柱便相应下降， 由于酒精柱顶端张力作用，带动游标下降；当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱经过游标周围慢慢上 升，而游标仍停在原来位置上，因此它能指示上次调整以来这段时间内的最低温度。（

20、 4）地面温度表地温是下垫面温度和不同深度的土壤温度的统称。 地面测温项目： 地表温度 （地面最高最低温度表） ， 浅层温度（曲管温度表，低温传感器） ，深层温度（直管地温表，深层低温传感器） 。曲管地温表有 5,10,15,20 厘米四只温度表。直管地温表有 40,80,160,320 厘米四种深度。9. 玻璃液体温度表的误差： （ 1）基点的永恒位移：玻璃液体温度表球部的容积随时间增加而缩小， 以致基点不断提高，即所谓基点的永恒位移。 （ 2）玻璃变形引起的误差：当温度由低温升至高温后，再令其急速冷却到初始的温度时，温度表的指示会偏低。（ 3）刻度误差上述误差均可以通过对仪器的检定，得出订

21、正值，并编制成检定证，使用时对读数加以订正。10双金属片温度计是自动记录气温连续变化的仪器。它由感应部分、传递放大部分、自记部分组 成。双金属片位移量的大小是与温度变化成正比的，故温度自记纸具有等分的刻度。感应部分是一 个双金属片，传递放大部分主要作用是把双金属片变形的位移量，进行传递和放大。自记部分包括 自记钟、自记纸和自记笔三部分。11电测温度表： （ 1）热电偶：利用热电原理进行温度测量的仪器称为热电偶温度表。 将两个不同的金属或合金，连接成一个闭合回路。若两端接触点的温度不同，就会产生温差电动势。 接触点的温差越大，回路中电动势也就越大，这种现象叫热电现象（ 2）金属电阻温度表：金属导

22、体电阻的阻值随温度的升高而增大。知要测Rt定金R属0 （电1阻的t阻） 值，就可知导体所处环境的温度。金属材料的要求： a. 电阻元件具有较大的电阻温度系数 b. 电阻元件与温度有很好的线性关 系 c, 电阻元件的电阻率大 d. 电阻元件的物理和化学性能稳定 。气象上，常用于测温的金属电阻材 料，有铂、镍、铜几种。 （3） 热敏电阻：原料是某些金属氧化物的混合物。半导体热敏电阻的阻值随 温度的升高而减小， Rt=A?e（B/t） 因此它具有负温度系数。热敏电阻可以进行远距离温度测量，而且测量的灵敏度也高。（ 1） 12. 测温元件的热滞效应：测温元件和被测对象进行热交换需要一个过程，所以测温元

23、件对 被测对象温度变化的响应总是滞后的，这种现象称为热滞效应。热滞效应引起的测温误差称 为热滞误差。热滞系数 mc/hs 是反映测温元件响应外界温度变化快慢的一个参量。 值 越小，趋近于 就越快，元件响应越快。要使温度表的热滞系数小，必须选用比热小，质 量小的测温元件，并增大感应表面积和热交换系数，而热交换系数的大小取决于介质流速大 小，这样 的大小也就与风速有一定关系。 （ 1）介质温度保持不变时的热滞误差：介质温度 保持不变时的热滞误差：设、 均为常数t e /设初始条件 0时，t t0, 则：et0热滞系数 的物理意义为：当介质温度保持不变时，温度表示度和介质温度之差 减小到起始温度差

24、t0 的时所需要的时间。 （2）介质温度呈线性变化时，上式简化为 注：当 /5 ，即感（1应时间e远大于热）滞系数 （ 3）介质温度呈周期性变化 : 介质温度呈简单的周期为、振辐为的正弦变化形式时，t 0 A 2 2 sin（ 2T tg 12T ）4 2 2 T T设初始条件 0时，tt0 = 0，则1 4T 213由于太阳的直接辐射、地面的反射辐射等的影响，会使测温元件的表示度与实际气温存在差异。 在白天强日射的情况下，将使元件温度高于气温，导致较大的辐射误差。气温测量中的防辐射设备： 百叶箱，通风干湿表（通风速 度在 2.0 3.0 米秒），防辐射罩。14. 防止辐射误差的途径：屏蔽，增

25、加元件反射率，人工通风，采用极细的金属丝元件，减小元件的 热容量。第六章：湿度的测量空气的湿度 （简称湿度 ） 是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。地面观测中测定的是离地面 1.50 米高度处的湿度 。测量湿度的仪器主要有：干湿球温度表、毛发湿度表、通风干湿表、露点仪、湿度计和湿敏电容 湿度传感器等。3表示空气湿度的参量： （1） . 混合比 r ：空气中水汽质量 mv与干空气质量 ma之比。单位用千 克千克 （） . 比湿：空气中水汽质量 mv 与空气总质量 mv+ma之比。单位用千克千克 （3） 水气压： 湿空气中水汽部分的压力。 （ 4）饱和水汽压： 在一定温度和压强下， 水汽和平

26、面纯净水 （冰） 面达到气液两相平衡时纯水蒸汽的水气压该温度下的平水（冰）面饱和水汽压。在同一温度下，冰 面上的饱和水汽压要小于水面上的饱和水汽压。（ 5）空气中实际水汽压与当时气温与气压下的饱和水汽压之比。以百分数（）表示，取整数。（ 6）绝对湿度（又叫水汽密度或水汽浓度 ） v：单位容积空气中所含的水汽质量。单位用千克米3。（7）露点温度和霜点温度：空气在水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度。单位以摄氏度（ ） 表示。 当空气中的水汽已达到饱和时， 气温与露点温度相同 t =td ，而水汽未达到饱和时， t td 。 td 与 t 的差值就表示了空气距饱和的程度测 湿 方 法：（

27、. ） 热力学方法：利用蒸发表面冷却降温的程度随湿度而变的原理来测定湿度。 主要是干湿表法 （）. 吸湿法： 利用吸湿物质吸湿后的尺度变化或电性能变化来测湿度。 有毛发、 肠膜元件、氯化锂元件、氧化铝元件等等（） . 露点法：测量凝结面降温产生凝结时的温度，即 露点温度。主要仪器是露点仪。 （. ） 光学法：利用测量水汽对光辐射的吸收衰减作用，来测定水 的含量。主要仪器有红外湿度计和赖曼 湿度计（） . 称量法：直接称量出一定体积湿空气中的水汽含量。此法测量的要求较高，需要时间长， 操作较繁，但其测湿准确度相当高，可优于 0.2 ，是湿度计量基准的一级标准，通常作为检定校 准的基准4. 干湿球

28、温度表（1）测量原理：将干球温度表和湿球温度表置于相同的环境中。湿球周围空气未达到饱和时，表面 的水分蒸发，不断地消耗蒸发潜热，使湿球温度下降。同时，由于气温与湿球的温差使四周空气与 湿球产生热交换。在稳定平衡的条件下，湿球温度表蒸发支出的热量将等于由于与四周空气热交换 得到的热量。湿球表面降温的程度，与周围空气的湿度有关。（2）测湿 系 数 A： 影响测湿系 数 A 的 因子 主 要是 流经湿球 的风 速 ， 其次是湿球的形状、大小、湿润方式等。 A值可以从理论上进行计算，但实用上决定A 值的是用实验的方法直接测定。 A值随着风速的增加而减小，一般当风速超过 2.5m/s 时， A值就趋近于

29、一个最小 临界值，风速再增大时， A 值基本维持不变。（3）测量误差： 温度表的读数误差：温度表读数有误差，将导致相对误差的很大误差，这种误差是非线性的，特别 在低温时误差是相当大的。因此，在我国规定，在-10 ，即停止使用干湿表测湿。温度越低，相应的干湿表差值的变化量越小。不同气温下，相对湿度变化范围0-100%时，干湿球差的变化量。风速造成的误差：风速达不到规定要求造成的误差；风速不稳定造成的误差。湿球结冰造成的误差 : 湿球纱布结冰时，将会增加温度表滞后效应而造成误差。因此在观测前应先进 行湿球溶冰。湿球纱布及蒸馏水受到污染造成的误差： 湿球纱布及蒸馏水受到污染时， 能减少水分蒸发， 从

30、而使 A 值增加。因此应定期用蒸馏水清洗和更换湿球纱布。毛发湿度表原理 :毛发的特性： （ 1）长度随湿度变化：相对湿度增大时，毛发会增长。反之，毛发会缩短; 。（2）瘫痪效应：毛发在相对湿度低于 30的空气中放置过久时，当湿度再回升时，毛发示度总是低于空气的 实际湿度，感湿速度也显著下降。消除的办法是将毛发放在饱和空气中，使其逐渐复原；（ 3）温度效应：发的热膨胀系数极不规则。爱勒斯等实验指出，毛发在 1.5 时最长，从 1.5 至 15.0 时， 随着温度的升高其伸长量逐渐缩短，而在 1.5 以下时，随着温度的降低其伸长量迅速缩短；（ 4）滞后效应：毛发指示的示度常常落后于实际湿度的变化。

31、毛发的滞后系数与气温、湿度、风速成反 比。毛发湿度表使用时的注意事项（ 1） 气象台站规定当气温降低到 -10.0 时，停止观测湿球温度，改用毛发湿度表测湿（ 2） 毛发测湿的精度较低，影响毛发测湿精度的因子有很多（ 3） 毛发湿度表在使用前的一个半月应与干湿球温度表进行对比观测，根据干湿球温度表测定的 湿度和毛发湿度表的读数，编制毛发湿度订正图，以确定其订正值。一般来说，没有制定订 正图的毛发湿度表是不能使用的。湿敏电容传感器： 传感器置于大气中， 当大气中水汽透过上电极进入介电层， 介电层吸收水汽后， 介电系数发生变化，导致电容器电容量发生变化。电容量的变化正比于相对湿度。氯化锂湿度片测湿

32、：原理溶液浓度随湿度变化。实验指出：具有固定浓度的酸或盐的溶液，在 一定温度下，有一定的饱和水汽压，光学湿度计：比尔 -朗伯定律 F（）= F0（ ）exp （-ww l ）F0（ ） 发射光源的通量密度F（ ） 到达检测器的通量密度 w 水汽对该波长的吸收系数 w 水汽密度（绝对湿度）l 光学路径长度冷镜露点湿度表露点湿度表： 测量湿空气经冷却后达到饱和状态并可在一个固体表面 （通常为镜面） 上检测到露 （或 霜）沉积时的温度。误差来源： 1 开尔文效应： 露滴（表面弯曲）的饱和水汽压高于平面饱和水汽压；影响结果- 镜面结露温度低于真实露点温度，误差约 0.1 。拉乌尔（ Rault ）效应

33、：空气与镜面之间有杂质，特别是有一定量的可溶性物质时，使饱和水汽 压低于同温度下的洁净空气和镜面的饱和水汽压 ; 影响结果 - 使露点温度值偏高。第七章：气压的测定气压是指单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。常用的气压单位是百帕 （hPa） 1hPa=100Pa；一个标准大气压 =760mmHg气象上常用的液体气压表是水银气压表的原因。 （选择）（ 1）在气压表管内的液体柱的高度是与该液体的密度有关的。由于水银的密度比较大（13.596g cm3），当它与大气压力相平衡的时候，所需水银柱的高度比较适中，便于制造和观测（ 2）当温度不超过 60时，水银蒸气压很小，因此在气压表管内的水

34、银蒸气压，对于水银气压表的 示度，在观测的精确度范围内不会有影响（3）水银不沾湿玻璃，管中水银面成凸起的弯月面，易于正确地判定它的位置（4）水银的性能很稳定，不易与其它的物质发生反应。水银经过洗涤蒸馏等方法的处理，就可以得 到十分纯净的合乎水银气压表观测精确度要求的水银水银气压表的类型（ 1）动槽式水银气压表 （福丁式 Fortin ）（ 2 ）定槽式水银气压表 （寇乌式 Kew ）动槽式水银气压表的构造原理 动槽式水银气压表的主要特点是有测定水银柱高度的固定“零点” ，故每次测定都需调整水银面的高 低，使其符合固定零点的位置。才能读取水银柱高度. 动槽式水银气压表主要分为三部分：内管；外套管

35、；槽部。动槽式水银气压表的测量范围一般为810-1070hPa（600-800 mmHg，） 并能在空气温度为 15-+45 的条件下正常工作，其测量误差不超过0.4hPa 或 0.3mmHg定槽式水银气压表的构造原理 定槽式水银气压表主要分为三部分：内管；套管；槽部主要特点是没有固定零点，而采用了补偿标尺的方法，定槽式水银气压表表身刻度要比动槽式短一些，在我国1mmHg的实际长度只有 0.98mm。定槽式水银气压表的测量范围和工作条件，要求与动槽式水银气压表相同，但其测量误差变为0.5hPa本站气压订正原因：水银气压表是利用水银的压力 (重力) 与大气压力相平衡的原理测量大气压力的。 我 们

36、通常在水银气压表上观测到的标尺示度实际上只表示观测所得到的水银柱的高度，还并不 是真正的气压，由于仪器差的存在和气压表并不总是在标准条件下使用，即使气压相同，也 会因温度和重力加速度的不同，水银柱的高度不一样。因此，水银气压表读数须依次经过仪 器差、温度差、重力差三步订正才是本站气压( 2) 方法仪器差订正由于受制成气压表的材料的物理特性的变化及制作技术条件的限制而产生的仪器差主要由下列几个原因造成： 真空不良的影响 ； 毛细压缩误差； 温度的不确定度； 水银蒸气压的影响； 标尺误差； 由于安装条件不妥引起的误差； 其它误差方法： 以上误差实际上是作为仪器差综合表现出来的，一般不进行逐项的检定

37、，只是在与标准气压表进行 比较检定后，得出综合订正值表供观测时使用温度差订正当温度变化时水银密度也随之改变，从而引起水银柱高度的变化，同时温度的变化也将使测量水银 柱高度的黄铜标尺发生胀缩。这样，当外界气压不变，而温度发生变化时，水银柱和黄铜标尺均会 发生胀缩。这种纯系温度的变化而引起的气压读数的改变值，称为水银气压表的温度差式中为附温表所示温度pt方法： 0.0001634tCtt 1 0.0001818t重力差订正t =0,纬度 =45 ，海平面在前面已经提到，利用水银气压表中水银柱高度表示气压的前提是：上的重力为标准。若在不同纬度、不同海拔高度的测站上，即使气压一样，水银密度也相同(经温

38、度差订正后) 方法：, 但因重力加速度不同，而使水银柱高度也不同纬度重力差订正在平均海平面上，重力加速度随纬度的变化：g ,0 980.616(1 0.0026373cos 0.0000059cos2 2 ) 高度重力差订正 在陆地台站：g ,h g ,0 0.0000003086h 0.0000001118(h h )h 为测站的海拔高度， h 为以测站为中心的半径 150 km 范围内的平均海拔高度 在水面上的台站 , 平均海拔高度低于 10 m ：g ,h g ,0 0.0000003086h 0.00000688(D D )D为测点正下方的水深， D为以测站为中心的半径 150 km

39、范围内的平均水深 在海岸附近地区的台站：g ,h g ,0 0.0000003086h 0.0000001118 (h h) 0.00000688(1 )(D D ) 为半径 150 km 地区内陆地面积所占比重使用水银气压表的台站，按下面的公式计算本站气压：空盒的特性（ 1）空盒弹性的温度效应 空盒与所有的弹性体一样，它的杨氏模量具有负温度系数。温度增加时弹力就减弱，形变变大，测 量值偏大。若大气压力维持不变，在升温时空盒的厚度将变薄，因此需要采取措施加以补偿 a、双金属片补偿法：双金属片被安装在空盒底部。设温度升高影响使厚度减小，使自由端下降了 K；但双金属片的变形作用使空盒基底提高了 S

40、b、残余气体补偿法：在空盒内残留一定的气体，当温度升高时，盒内气体的张力增大，使空盒向外 扩张，以抵消因弹力减弱而引起的空盒压缩上述两种补偿法，不论采用哪一种方法，都只有在补偿点时才能得到完全补偿，当气压不等于补偿 点气压时，都只能得到部分补偿（2）空盒的弹性后效 弹性后效指当外界气压消失后，空盒不能完全恢复到它原来的形状，这种现象叫空盒的弹性后效弹性后效有两个主要特点：a 当气压变化停止后空盒的形变并不停止。 b. 空盒的升压曲线和降压曲线不一致 前一种可以在制造工艺中加以消除，后者则无法克服。空盒气压计的特点： 气压计是自动、连续记录气压变化的仪器，其准确度较差，因此气压计的记录必须与水银

41、气压表测 得的本站气压值进行比较订正，方可使用 . 气压计由感应部分（金属弹性膜盒组） 、传递放大部分 （两组杠杆）和自记部分（自记钟、笔、纸）组成沸点气压表： 沸点气压表是利用液体的沸点温度随气压的变化而变化的关系来测量气压的， 在低 气压测量时，它比空盒气压表的精度要高，特点：气压越低，灵敏度越高。第八章：地面风的测量风的定义：风就是指空气的水平运动，风的运动既有速度又有方向，说明了风是一个矢量，因此 风的观测包括风向和风速两项 。风向：风向是指风的来向，用十六方位表示，以拉丁文缩写记录。风速： 风速是空气质点在单位时间内所移动的水平距离 以米/ 秒为单位，定时观测取整数，自记 记录取一位

42、小数 。取得具有代表性的风资料：风的观测一般是取某一时段内的平均风速和最多风向 。气象台站观测 中，一般是取两分钟的平均风速和最多风向，自记仪器是取十分钟的平均风速和最多风向。阵风（风的阵性）是指瞬时风向风速在平均值附近涨落的变化和分布特性。测定平均风速时，仪 器要有优良的积分性能（即自动平均能力）；要是测定阵风，仪器应能反映瞬时风速，自动平均能 力良好反而不利 。因此选择仪器要根据观测要求来决定。风向的测量仪器：风向标。分为头部（维持平衡也称平衡锤）、水平杆与尾翼三部分。整个风向 标可绕垂直轴旋转。它的重心正好在转动轴的轴心上 。风向标的作用原理：当风的来向与风向标成某一个交角时，风对风向标

43、产生压力，这个力可分解 成平行和垂直于风向标的两个分力。由于风向标头部受风面积较小，尾翼受风面积较大，因而感受 的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好对 着风的来向时，由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位置。风向标应满足两种特性：（ 1）灵敏性：在小风速或风向改变不大的情况下，能很快地反映出风向变化来。（ 2）稳定性：当风向改变时，由风向标本身惯性作用引起的摆动要小。风速测量仪器：风杯形风速器。测速原理：它的感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形固定在 架子上的风杯组成。整个架子连同风杯装在一个可以自由转动的轴上，所有的风杯都顺着一面。在 风压

44、的作用下，风杯就顺着圆锥（球形）的凸面方向自由旋转。风速仪的过高效应：（1）惯性 2 ）垂直气流 3 ） 风向脉动 。一般的风杯风速表 过高效应 10% 。风向和风速的传送：传送和指示风向标最常用的是格雷码盘 ，格雷码盘的特点：格雷码盘将风 向标轴的转动角度的度数变换成一个二进制的数字信号，格雷码盘由等分的同心圆组成，由内到外 分别作 21、22、23、24、25 等分，相邻两份做透光和不透光处理，通过位于码盘两侧同一半径上的 光电耦合器件输出相应的格雷码；传送和指示风速最常用的是多齿光盘 。热力式风速表的测量原理：它是根据被加热物体的散热速率与周围空气流速的关系来测量风速 的。利用一根被加热

45、的金属丝置于空气中，散热速率与周围空气的流速有关，利用这种特性来测量 风速。声学风速表的测量原理： 声风速表是利用声波在空气中的传播速度与风速之间的函数关系测量风 速的。第九章：辐射及日照时数的观测：辐射的概念：辐射是以电磁波形式传递能量的一种方式，太阳辐射是地球表面获得热量的主要来 源，也是地球表面与大气交换热量的一种形式。太阳辐射又称短波辐射，因为其能量的99集中在 0.17-4um 波段内，地球表面、大气、 气溶胶和云层向四周发射的能量 90集中在 4-40um 之间，故称为长波辐射。辐射中的几个概念：（ 1）太阳直射辐射（ S）：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围一个非常 狭窄的环形天

46、空辐射（环日辐射），用水平面太阳直接辐射（SL） 来度量，可用直接辐射表测量。S L ,HAS sinH A S 为co太s阳Z 高度角 ,Z 为天顶角 .（2） 散射辐射 Ed：太阳辐射经过大气散射或云的反射，从天空2 立体角以短波形式向下，到达地面的那部分辐射。可用总辐射表，遮住太阳直接辐射的方法测量.（3）总辐射 Eg: 水平面上，天空 2立体角内所接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和。可用总辐 射表测量 .（4）短波反射辐射 （Er ） ：总辐射到达地面后被下垫面向上反射的那部分短波辐射。可用总辐射表感 应面朝下测量 , 下垫面的反射能力以它的反射比Ek 表示（地表反照率） .（5）全辐

47、射（ E）：短波辐射与长波辐射之和，波长范围：0.29-100 m。（ 6）大气长波辐射 EL：大气以长波形式向下发射的那部分辐射，或称大气逆辐射。（ 7）地面长波辐射 EL：地球表面以长波形式向上发射的辐射（包括地面长波反射辐射）。与地面 温度有密切联系。（ 8）净全辐射 E*（辐射平衡）：太阳与大气向下发射的全辐射和地面向上发射的全辐射之差值，也 称为净辐射或辐射差额。净全波辐射E*= Eg +EL-Er -EL ；净短波辐射 Eg*= Eg - Er ；净长波辐射 El*= EL - EL 。太阳常数：在日地平均距离处地球大气上界垂直于太阳光束方向上接收到的太阳辐照度，称为太 阳常数。辐

48、射测量单位：（ 1） 辐照度 E：在单位时间内，投射到单位面积上的辐射能，即观测到的瞬时 值。单位为瓦 / 米 2（ W/m2），取整数。 曝辐量 H：指一段时间（如一天）辐照度的总量或称累计量。单位为兆焦耳/ 米 2（ MJ/m2），取两位小数， 1MJ=106J=106W s环日辐射的概念：来自太阳周围半径 2.5 天空范围内的散射，称为环日辐射。7太阳直接辐射的测量仪器 :（1） 绝对日射强度表工作原理：感应部分由两块涂黑的锰 铜片组成， 其中一块受日光照射而增热， 另一块不受照射而通过电流加热， 调节加热电流直到两 块锰铜片温度相同，即热电偶对检流计的输出为零，此时太阳辐照度 S=（R

49、/ lb）i2=i2K ，K 为 仪器常数，绝对仪器。（注意事项了解一下。）（2）相对日射强度表的构造：表由进光筒，自动跟踪装置及附件组成，进光筒内部是光澜和感 应面等。测量原理：感应面对着太阳的一面涂黑，另一面是热电堆，当有阳光从进光口照射到感 应面时，温度升高，与另一面形成对比，从而产生电动势，该电动势与太阳直接辐射成正比。总辐射表的构成：由感应件，玻璃罩和附件组成， 感应件由感应面和热电堆组成。 测量原理：感应面由黑白相间的金属片组成，利用黑片和白片吸收率的不同，然后测定其下端热电 堆的温差电动势，再换算成辐射强度。热电偶的热接点处于黑片的下方，冷接点处于白片的下方， 整个感应面密封在一

50、个半球形玻璃罩中（双层石英玻璃），为了保持罩内空气的干净，玻璃管内存 放有干燥剂。两种效应：（ 1）方位效应：如果太阳辐射强度不变，太阳天顶角（或高度角）不变， 转动仪器一圈，仪器的读数应该是不变的。（2）余弦效应：如果太阳辐射强度不变，太阳天顶角逐渐改变，仪器的读数应该与天顶角的余弦成正比。散射辐射表由总辐射表和遮光环两部分组成，在测量散射辐射时用遮光板遮住太阳的直接辐射， 此时感应器感应的就是天空散射辐射。净全辐射表：在一定高度的水平面上，测量来自上下两方面的全辐射差额，上下感应面装有既能 透过短波，又能透过长波辐射的半球形专用聚乙烯薄膜罩。测量原理: 净辐射表由上下两片涂黑感应面与热电堆

51、组成，净辐射表的两片感应面，紧贴在绕线型热电堆的上下接点上。当感应部分（两 面）接收到不同的辐射量时，使得热电堆上下端产生温差，测量热电堆输出的电讯号，经过换算就 可以得出净辐射 .长波辐射表：长波辐射表的构造、外观与总辐射表基本相合，由感应件、玻璃罩和附件等组成， 不同的是用硅单晶玻璃罩，为阻隔3m以下的短波辐射。日照指能使地上物体投射出清晰阴影的直接辐射，日照时数指太阳在一地实际照射的时数。在一 给定时间，日照时数定义为太阳直射辐照度达到或超过 120 瓦每平方米的那段时间总和以小时（ h） 为单位，取一位小数，日照时数也称实照时数。日照时数的测量方法：烧痕法；直接辐射测量法；总辐射测量法

52、；对比法；扫描法。日照时数的观测仪器：（ 1）暗筒式（唐乔式）日照计测量原理：测量原理：暗筒式日照计是利 用阳光透过仪器上的小孔射入筒内，使涂有感光药剂的日照纸上留下感光痕迹线，来计算日照时数 的。感光迹线的特点：日出日落前后光线逐渐增强或逐渐减弱，日照迹线较模糊，不同时节与不同 的时间段迹线会出现不同的偏向。（2）聚焦式（康培司托克）日照计测量原理：聚焦式日照计是利用太阳光经玻璃球聚焦后烧灼日照纸留下的焦痕来记录日照时数的。第十章降水与蒸发的测量降水的概念：从云中降落或从大气沉降到地面的液态或固态的水汽凝结物，包括：雨、雹、雪、 露、雾凇、白霜和雾降水。降水的观测包括降水量和降水强度的观测。

53、降水量是指从天空降落到地面上的液态或固态（经融 化后）降水，未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度。以mm为单位，取一位小数。降水强 度：指单位时间的降水量。 降水根据强度大小可分为 4类：小雨（0.12.5mm/h）；中雨（2.6 8.0mm/h）； 大雨（ 8.1 15.9mm/h ）；暴雨（ 16.0mm/h）。引起降水量观测的误差： （1） 雨水溅失 ，大到暴雨时， 1-2%； （2） 蒸发损失，单次观测误差 0.3-0.5mm ；（3） 风造成的误差，风是造成降水测量误差的主要原因，误差占总降水量的10%以上。测定降水量的主要仪器： （ 1）雨量器：雨量器由承水器（漏斗）、储水桶

54、（外桶）、储水瓶组成， 并配有与其口径成比例的专用量杯。 目前我国所用的雨量器承水口为 314cm2。若承水器水深 1mm时， 则量杯水深 25mm。将量杯上每 2.5mm 刻制一条线，那么代表降水量为 0.1mm 。雨量器缺点：完全人 工操作 ；必须在降水后才能进行测量 。无法实现气象观测的自动化与遥测化。（ 2）虹吸式雨量计：测量原理：当雨水通过承水器和漏斗进入浮子室后，水面即升高，浮筒和笔杆也随着上升（由 于笔杆总是做上下运动，因此雨量自记纸的时间线是直线而不是弧线），下雨时随着浮子室内水集 聚的快慢，笔尖即在自记纸上记出相应的曲线表示降水量及其强度. （3）翻斗式遥测雨量计：翻斗式遥测

55、雨量计是由感应器、记录器和电源组成的有线遥测雨量仪器。感应器由承水器、上翻斗、计 量翻斗、计数翻斗、干簧管等组成。记录器由计数器、记录笔、自记钟、控制线路板等构成 。测量 原理： 利用翻斗每翻转一次的雨量是已知的，而翻斗翻转的次数是可以记录下来的。根据记录下来 的翻斗翻转的次数，即可遥测出降水量的值以及得到降水量随时间的变化曲线。蒸发的定义： 蒸发是指温度低于水的沸点时， 水汽从水面、 冰面或其它含水物质表面逸出的过程 。 蒸发量是指由于蒸发而消耗掉的水层厚度 ，以 mm为单位，取一位小数。测定蒸发量的主要仪器 ：（ 1）小型蒸发器 ：蒸发量计算公式如下： 蒸发量原量降水量 余量。 蒸发器内的

56、水量全部蒸发完时，记为 20.0 ，此种情况应避免发生，平时要注意蒸发情况， 增加原量。 结冰时用称量法测量， 其它季节用杯量法或称量法均可。 （ 2） E-601B 型蒸发器： E-601B 型蒸发器主要由蒸发桶、 水圈、溢水桶，测针和超声波传感器组成。工作环境温度要求是050.E-601 蒸发器的精度要比小型蒸发器的精度高, 对于影响蒸发量的原因都导致 20cm口径小型蒸发器的蒸发量比 E-601 蒸发器的蒸发量偏大，所以它的精度要小些。7存在的问题：降水的测定主要是代表性问题，基本上不存在准确性问题，而蒸发的观测则不仅存 在代表性的问题，而且也存在测定的准确性问题。8. 积雪：测站四周能

57、见面积被雪（包括米雪、霰、冰粒）覆盖超过一半时称为积雪。雪深：从积雪 的表面到地面的垂直深度，单位为厘米，取整数。；雪压：单位面积上的积雪重量，单位为：克 / 平 方厘米，取一位小数。9雪深的常用测量仪器是量雪尺：将尺子垂直地插入雪中到地表为止（勿插入土中），依据雪面所 遮掩尺上的刻度线，读取雪深的厘米数（取整，小数四舍五入）；雪压的测量仪器有：（1）体积量雪器：由内截面积为 100cm2的金属筒、小铲、带盖的金属容器和量杯组成。测量原理：观测前半小 时把量雪器拿到室外，取样前，把量雪器清干净，取样时，把量雪器垂直的插入雪中，直到地面。 然后拨开量雪器一方的雪，把小铲沿量雪器口插入，连 同量雪

58、器一起拿到容器上，再抽出小铲，使雪样落入容器内，加盖拿回室内，等雪融化后，再用量 杯测定其容积。 P M/100， M为样本重量。（6）称雪器：带盖的圆筒和秤、小铲组成， PM/S 50m/50m，m为秤杆的刻度数，每一刻度 单位 50g，S 为圆筒内截面积 50cm2。10、观测地点的选择：雪深、雪压的观测地段，应选择在观测场附近平坦、开阔的地方。入冬前， 应将选定的地段平整好，清除杂草，并作上标记。冻土是指含有水分的土壤因温度下降到0或以下而呈冻结的状态。冻土观测的仪器是冻土器。12电线积冰是指雨淞、雾淞凝附在导线上或湿雪冻结在导线上的现象。附着在导线上的霜、干雪 花和沾附的雨滴，因气温下

59、降至零下而冻结少量的冰，都不作为电线积冰。从积冰架上的导线开始 形成积冰起，至积冰消失止，称为一次积冰过程。观测须测定每一次积冰过程的最大直径和厚度， 以毫米（ mm）为单位，取整数。（积冰直径指垂直于导线的切面上冰层积结的最大数值，导线直径 包括在内； 积冰厚度方向与积冰直径方向垂直， 厚度小于等于直径） 当所测单纯的雾淞直径达到 15mm或雨淞、湿雪冻结物或包括雾淞在内的混合积冰直径达到8mm时，尚须测定一次积冰最大质量，以克/ 米（ g/m）为单位，取整数。 电线积冰观测，应在电线积冰架上进行。第十一章，自动气象站1. 自动气象观测系统，从狭义上说是指自动气象站，从广义上说是指自动气象站

60、网。自动气象站是 一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。自动气象站网由一个中心站和若干自动气象站通过 有线和无线通信电路和组网软件组成。2. 使用自动气象站的优点：提高观测站点的密度（空间分辨率）；提高观测时间的密度（时间分辨 率）；提高观测资料的可靠性；保证观测站点的统一性；减少人为误差；降低观测业务费用。系统结构： 自动气象站由硬件和系统软件组成 , 硬件包括传感器 ,采集器 ,通信接口 , 电源, 计算机 等, 系统软件有采集软件和业务应用软件。工作原理：随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种 变化量被 CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化