《大气探测学》教学大纲

1、大气探测学Atmospheric Observations一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分： 3 学分课程总学时： 48 学时，其中讲课： 48 学时，实验（含上机）： 0 学时，课外 0 学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程： 大气科学概论适用专业： 大气科学教 材：孙学金等，大气探测学，气象出版社，2009。开课单位：大气物理学院大气物理系二、课程性质、教学目标和任务大气探测是指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的过程和方法。大气探测学是大气科学专业的重要分支，是研究获取大气物理和化学性质的原理、技术

2、和方法的一门学科。通过这门课的学习，使学生掌握地面和高空各种气象要素的观测原理、方法、仪器结构、使用规范以及探测误差；熟悉我国正在建设的综合气象观测系统的设计方案、总体构成和发展趋势，并使学生了解国内外1990年代以来的主要大气探测技术。本课程主要讲授常规气象站地基（云、能、天、温、压、湿、风、降水、蒸发、积雪、辐射、日照、大气电场、自动气象站）和高空（高空温、压、湿、风）探测技术，并简要介绍气象雷达和卫星观测技术。三、教学内容和要求第1章 绪论（2学时）1.1大气探测的发展史和趋势（1学时）（1）了解大气探测发展史； （2）理解大气探测对象和趋势； （3）掌握大气探测任务和特点；重点：大气探

3、测任务和特点难点：大气探测的任务1.2气象观测工作的组织和“三性”要求（1学时）（1）了解气象观测的组织形式； （2）理解气象观测的基本流程及时间；（3）掌握气象观测的“三性”要求；重点：观测的“三性”要求难点：观测的“三性”要求第2章 云的观测（4学时）2.1云的分类、特征及形成（2学时）（1）了解云分类的研究历史； （2）理解云的分类标准； （3）掌握云的名称及主要特征；重点：云的名称和主要特征难点：云的主要特征2.2云量的观测（1学时）（1）了解云量的定义；（2）理解云量的自动观测； （3）掌握云量的计算方法；重点：云量的计算方法和自动观测难点：云量的计算方法2.3云高的观测（1学时）（

4、1）了解云高的定义；（2）理解云高的三种仪器观测方法； （3）掌握激光云高仪的探测原理；重点：云高的三种仪器观测方法难点：激光云高仪的探测原理第3章 能见度的观测（2学时）3.1能见度及其影响因子（0.5学时）（1）理解能见度的影响因子； （2）掌握能见度的定义；重点：气象光学视程、能见度和有效水平能见度的定义；难点：气象光学视程的理解3.2能见度的目测（0.5学时）（1）理解夜间能见度目测方法；（2）掌握白天能见度目测方法； 重点：白天能见度的定义及计算难点：白天能见度的观测方法 3.3能见度的仪测（1学时）（1）掌握透射式能见度仪的探测原理； （2）掌握散射式能见度仪的探测原理；重点：基于

5、布格-朗伯定律的能见度探测原理难点：散射式能见度仪的探测原理 第4章 天气现象的观测（2学时）4.1天气现象的分类和特征（1学时）（1）掌握天气现象的定义和符号； 重点：降水现象、视程障碍现象和地面凝结现象；难点：不同视程障碍现象的区别4.2天气现象的仪测（0.5学时）（1）理解降水类型自动识别技术；（2）理解现在天气现象仪的工作原理； 重点：现在天气现象仪工作原理难点：降水类型自动识别技术 4.3闪电的测量（0.5学时）（1）掌握闪电定位的基本原理；（2）掌握大气电场测量的基本方法重点：定向法和时差法的基本原理，旋转式静电场仪的工作原理；难点：定向法和时差法的基本原理第5章 温度的测量（4学

6、时）5.1温标及测温要求（0.5学时）（1）掌握温标的换算； （2）掌握气象台站测温要求；重点：温度测量的高度、时间、精度和误差；难点：温标的换算5.2温度的仪器测量（2学时）（1）掌握玻璃液体温度表的测温原理及结构；（2）掌握金属电阻温度表的测温原理及结构； （3）掌握半导体热敏电阻的测温原理及结构；（4）掌握热电偶温度表测温原理及结构；重点：各种测温元件的工作原理及结构难点：各种测温元件的误差分析5.3热滞效应（1学时）（1）理解热滞效应的原因及热滞系数的含义； （2）掌握热滞误差的计算；重点：热滞系数和热滞误差难点：热滞误差计算5.4 气温测量的防辐射方法（0.5学时）（1）理解气温测量

7、中防辐射的重要性（2）掌握气温测量中防辐射方法和设备重点：防辐射方法和设备难点：防辐射设备对气温测量的影响第6章 湿度的测量（4学时）6.1湿度参数和测湿方法（0.5学时）（1）掌握各种湿度参量的定义及相互换算； （2）理解五种主要测湿方法的基本原理；重点：混合比、比湿、绝对湿度、水汽压、相对湿度、露（霜）点温度定义；难点：各种湿度参数之间的相互换算6.2热力学测湿法（1学时）（1）掌握干湿表测湿原理及结构；（2）理解干湿表系数和测湿误差； 重点：干湿表测湿原理和干湿表系数的影响难点：干湿表测湿误差6.3吸湿测湿法（1学时）（1）掌握毛发湿度表测湿原理； （2）掌握三类电学测湿元件测工作原理；

8、重点：毛发湿度表、高分子湿敏电容、碳膜湿度片和氯化锂湿度片测湿原理和结构难点： 电学测湿元件工作原理6.4 露点和光学测湿法（1学时）（1）掌握露点仪的测湿原理和结构（2）理解红外湿度计的测量原理重点：露点仪和红外湿度计测湿原理难点：露点仪测湿原理6.5 测湿仪器的检定（0.5学时）（1）理解四种湿度检定方法的原理重点：四种湿度检定方法的原理难点：四种湿度检定方法的原理第7章 气压的测量（3学时）7.1力平衡式测压（1学时）（1）掌握水银气压表测压原理和结构； （2）掌握空盒气压表测压原理和结构；（3）理解水银气压表的读数订正；重点：水银气压表和空盒气压表测压原理；难点：动槽和定槽水银气压表的

9、操作和误差7.2气压传感器（1学时）（1）掌握振筒气压计的测压原理及结构；（2）理解硅压阻式气压传感器的测压原理及结构； （3）理解沸点气压计的测压原理及结构；重点：振筒气压计的工作原理及结构难点：振筒气压计的测压计算方法7.3海平面气压计算和气压表基准（1学时）（1）掌握海平面气压计算方法； （2）了解气压表的基准；重点：海平面气压计算方法难点：海平面气压计算方法第8章 地面风的测量（4学时）8.1风的表示法及其测量方法（1学时）（1）掌握风向风速的表示法； （2）理解风的各种测量方法的基本原理；重点：风速（风级）、风向的定义及记录方法；难点：平均分风的计算8.2风向的测量（1学时）（1）掌

10、握风向标的测风原理及结构；（2）掌握风向的转换方法及测量误差； 重点：风向标的测风原理及结构难点：风向的转换方法8.3风速的测量（2学时）（1）掌握旋转式、压力式、散热式、声学和光学等风速测量仪器的工作原理； （2）了解各类风速测量仪器的适用条件及误差；重点：旋转式、散热式、声学风速测量仪器的工作原理难点：散热式、声学风速测量仪器的风速计算第9章 降水、积雪和蒸发的测量（3学时）9.1降水量的测量（2学时）（1）掌握降水量、降水强度的定义；（2）掌握雨量筒、翻斗式、虹吸式、称重式雨量计的工作原理； （3）理解电学和光学雨量计的工作原理；（4）理解降水测量中的误差；重点：雨量筒、翻斗式、虹吸式、

11、称重式雨量计的工作原理难点：电学和光学雨量计的工作原理9.2积雪深度的测量（0.5学时）（1）掌握雪深的人工测量方法；（2）掌握超声雪深传感器的工作原理； 重点：超声雪深传感器的工作原理难点：超声雪深传感器的工作原理9.3蒸发量的测量（0.5学时）（1）了解蒸发量的测量误差； （2）掌握蒸发量的定义；（3）掌握小型蒸发器的测量方法及结构；（4）掌握E601B型蒸发器的自动测量原理及结构；重点：小型蒸发器和E601B型蒸发器的测量原理难点： E601B型蒸发器的测量原理第10章 辐射能和日照时数的测量（4学时）10.1辐射能的测量（3学时）（1）理解辐射基本物理量的定义；（2）掌握气象辐射观测项

12、目的定义和符号； （3）掌握热电式辐射传感器的测量原理；（4）掌握各类气象辐射观测项目的测量仪器结构及其工作原理；（5）了解各种辐射观测仪器的安装要求；重点：直接辐射、总辐射、散射辐射、全辐射、净辐射和长波辐射的测量原理难点：热电式辐射传感器的测量原理10.2日照时数的测量（1学时）（1）掌握日照时数的定义；（2）理解可照时数的定义（3）掌握暗筒式、聚焦式和双金属片日照计的结构和工作原理；（4）了解光电式日照传感器的工作原理；重点：日照时数的定义，暗筒式、聚焦式和双金属片日照计的工作原理难点：暗筒式、聚焦式和双金属片日照计的工作原理第11章 自动气象站（3学时）11.1自动气象站的硬件结构与设

13、计（1学时）（1）了解自动站外部设备的架构；（2）理解数据采集器工作原理（3）掌握自动站气象传感器的工作原理；重点：自动站气象传感器的工作原理、数据采集器工作原理难点：自动站气象传感器的工作原理11.2自动站软件与数据处理（1学时）（1）了解自动站软件组成；（2）理解自动站数据质量控制方法；（3）掌握自动站数据采样和过滤方法；重点：自动站数据质量控制方法、自动站数据采样和过滤方法难点：自动站数据采样和过滤方法11.3边界层探测（1学时）（1）了解边界层系留探空系统；（2）理解风廓线雷达和微波辐射计探测原理；重点：风廓线雷达和微波辐射计探测原理难点：风廓线雷达和微波辐射计探测原理第12章 高空风

14、的探测（4学时）12.1气象气球（1学时）（1）了解气象气球的类型；（2）理解气象气球的运动特征；（3）掌握气球升速的计算方法；重点：气象气球的运动和升速难点：气球升速的计算方法12.2气球位置的确定（1学时）（1）掌握光学经纬仪的测量原理；（2）掌握无线电经纬仪的测量原理；（3）掌握测风雷达的测量原理；（4）理解GPS的测风原理；重点：经纬仪、测风雷达和GPS的测风原理难点：GPS的测风原理12.3高空风的计算（2学时）（1）掌握单点测风法和基线测风法；（2）理解导航测风法；（3）掌握规定高度风和合成风的计算重点：单点测风法和基线测风法，规定高度风和合成风的计算难点：规定高度风和合成风的计算

15、第13章 高空温压湿的探测（3学时）13.1无线电探空仪（1学时）（1）掌握机械式探空仪的组成和测量原理；（2）掌握数字式探空仪的组成和测量原理；（3）理解GPS探空仪的测量原理；重点：机械式和数字式探空仪的组成和测量原理难点：数字式探空仪的测量原理13.2高空温压湿的测量（1学时）（1）了解探测的准备过程；（2）掌握探测的实施过程；（3）理解探测记录的处理原理；重点：高空温压湿探测的全过程难点：探测记录的处理13.3探空仪测量的误差和比对（1学时）（1）了解探空仪的误差水平和来源；（2）了解探空仪比对的实施方法及数据分析方法；重点：探空仪的误差和比对实施方法难点：探空仪比对数据分析方法 第1

16、4章 被动式大气遥感（3学时）14.1电磁波传输基础知识（1学时）（1）了解电磁波波谱；（2）理解电磁波在大气中的折射、散射、吸收和衰减；（3）理解电磁波的多普勒效应；重点：电磁波在大气中的折射、散射、吸收和衰减难点：电磁波在大气中的折射和散射原理14.2天气雷达遥感（1学时）（1）掌握天气雷达构成和基本工作原理；（2）理解天气雷达参数和雷达气象方程；（3）了解雷达探测气象目标特性及多普勒速度谱分析方法；重点：天气雷达构成、基本原理、雷达参数和雷达气象方程难点：雷达参数和雷达气象方程14.3激光雷达、RASS系统和GNSS系统（1学时）（1）了解激光雷达种类、遥感原理及其气象应用；（2）了解声

17、雷达和RASS系统遥感原理及其气象应用；（3）了解GNSS遥感原理及其气象应用；重点：激光雷达、RASS和GNSS的遥感原理及应用难点：激光雷达、RASS和GNSS的遥感原理第15章 主动式大气遥感（3学时）15.1气象卫星基础知识（1学时）（1）了解基本辐射量及辐射定律；（2）了解气象卫星发展历史及主要遥感仪器；（3）掌握气象卫星轨道及其相关参数；重点：气象卫星轨道及其相关参数难点：气象卫星轨道参数和辐射定律15.2可见光、红外和微波遥感原理（1学时）（1）了解可见光遥感方程及气象应用；（2）了解红外遥感方程及气象应用；（3）了解微波遥感方程及气象应用；重点：遥感方程及气象应用难点：遥感方程的理解15.3气象卫星数据的接收和处理（1学时）（1）了解极轨和静止卫星资料接收系统；（2）理解气象卫星资料预处理流程；（3）了解气象卫星产品的应用；重点：卫星资料接收系统、资料预处理流程和产品应用难点：气象卫星资料预处理流程 四、课程考核（1）作业等：作