气象年度技术总结

2010年度个人技术总结一年来，本人担任了酸雨报表预审员的工作，现将在这一年里在酸雨报表的制作和审核这一块业务中所学到的知识和对技术的掌握能力总结如下：酸雨观测是气象业务工作的重要组成部分，是气象台站的基本任务之一。酸雨，是因人类活动（或火山爆发等自然灾害）导致区域降水酸化的一种污染现象，对公众健康、工农业生产、生态环境以及全球变化都有重要的影响。酸雨观测为研究酸雨的时空分布及其长期变化趋势提供宝贵的科学数据，为治理大气污染和防治酸雨提供重要科学依据，是服务于可持续发展战略和环境保护等国家决策的基础性工作。一酸雨观测的主要任务及有关要素概念1) 采集降水样品，测量降水样品的pH值与电导率，记录、整理观测数据，编制酸雨观测报表，报送酸雨观测资料。2) 维护酸雨观测场地和酸雨观测实验室工作环境，填写并报送酸雨观测站环境报告书。3) 正确安装、使用和维护酸雨观测仪器，及时送修、送检，确保设备正常运行。4) 参加酸雨观测业务考核。5) 按要求寄送降水样品，或对降水样品进行除pH值与电导率以外的其他项目的测量。6) 建立、健全站内酸雨观测值班制度、仪器和化学试剂的安全使用（操作）和管理制度以及观测工作质量的检查制度。1.1

酸雨酸雨是指pH值小于5.60的大气降水。大气降水的形式包括：雨、雪、雹等。

1.2

大气降水的pH值大气降水的酸碱度用pH值表示，pH值的定义为氢离子浓度的负对数，系无量纲量。1.3

大气降水的电导率大气降水的导电能力反映大气降水的洁净程度，用电导率度量，其定义为通过电导测量池中待测溶液的电流密度（单位为A•m-2）与施加其上的电场强度（单位为V•m-1）之比。电导率的单位为西门子每米，用S•m-1表示，常用单位为微西门子每厘米，用μS•cm-1表示。大气降水的电导率也俗称为K值（以下简称为K值）。1.4

纯水经过处理，将水中的各种杂质分离出去，达到一定化学纯度的水，称为纯水。酸雨观测中使用的纯水，其电导率须小于10μS·cm-1。1.5

摩尔浓度摩尔为国际单位制的基本单位之一，是表示物质的量的单位。1摩尔物质含有6.02×1023个微粒（分子、原子、中子、电子、……），用符号mol表示。溶液中某一溶质的摩尔浓度，即物质的量的浓度，是指该溶质的摩尔数（即物质的量）除以溶液的体积，其数值等于1升溶液中所溶解的溶质摩尔数，单位用M表示，即mol•L-1。二酸雨观测的测量原理1.电位法测量pH值的基本原理电位法系利用玻璃电极对水溶液中氢离子浓度变化的选择性地响应，与参比电极一起在溶液中组合形成“化学电池”，通过对其电动势变化的测量，确定溶液的pH值，电位法的测量原理如附图1所示。附图1

电位法测量水溶液pH值的原理示意图如附图1(a)所示，当盛有溶液B的特殊玻璃容器G浸入在另一种溶液A中时，容器G的玻璃膜（由特殊玻璃制成）两侧会产生极微弱的电动势E，该电动势与溶液A和B的pH值之差有关。此时，只要能够测量玻璃膜两侧的电动势，就可以得知溶液A与B的pH值之差，当已知溶液B的pH值时，就可以测得溶液A的pH值。为了测量电动势E，在溶液A与B内分别放入金属电极T1和T2。由于T1和T2与溶液A、B间会产生接触电位差e1和e2，因此用电位差计可测量它们，并可写出下式：为了消除金属电极与溶液A、B间所产生接触电位差e1、e2对电动势E的影响，将附图1（a）的装置改成为如附图1（b）的装置。即将电极T1也同样浸入盛有溶液B的另一容器内，但是该容器底部有一多孔性溶液络合材料，以便能够保持容器内外电路的连通，并且容器内外不存在电位差。此时，由于电极T1和T2浸入同样性质的溶液中，e1和e2相等，互相抵消。在实际应用中，电极T2的玻璃容器称为玻璃电极，而电极T1的容器称为参比电极。在两个电极中同时装入饱和的氯化钾溶液后，用高准确度的电位差计测量两电极间的电动势E。根据热力学推导，由玻璃电极和参比电极组合而成的测量装置所得到的电动势E可由Nernst方程表示，即：R：理想气体常数；T：绝对温度；F：法拉第常数；k：斜率系数，理论值等于1；pHx：待测溶液的pH值；pHi：玻璃电极内溶液的pH值，一般等于7；Ea：不对称电位。2.

pH计的基本电路结构和工作原理根据上节可知，如果能够准确地测量玻璃电极和待测溶液组成的“测量化学电池”的电动势Ex，就可以测量溶液的pH值。因此，pH计的基本结构主要包括玻璃电极和电位差测量仪表，其等效电路如附图2所示。附图2左侧的“测量化学电池”的电动势Ex由Nernst方程决定，其内阻Rx由玻璃电极的特性决定，另一侧的测量仪表主机为高准确度的电位差计，为了保证测量的准确度，其输入阻抗Ri应满足Ri>>Rx的条件。附图2

pH计的等效电路原理图当Ri>>Rx时，Rx对测量Ex的影响可以忽略，电位差计测得的电位差Ui等于玻璃电极产生的电动势Ex。pH计采用的是比较法的测量原理，在测量样品前，用两种具有稳定pH值的标准缓冲溶液，对仪器进行“斜率”校准和零点“定位”。3.电导率仪的测量原理和结构水溶液依靠其中带电离子的移动传导电流，因此水溶液的电导率大小与其所含带电离子（杂质）的数量有关。在完全纯净的水中，只有极少量的带电离子，其K值约为5.6x10-2μS·cm-1，一般纯水（蒸馏水或去离子水）的K值要高1～2个数量级，约在0.5μS·cm-1～10μS·cm-1的范围，而含有较多杂质水体的K值可高达数千μS·cm-1。依据上述原理设计的测量仪器称为电导率仪。电导率仪主要由主机和电导电极两部分组成。附图3是电导率仪的电路原理图。附图3

K值测量仪器的电路原理图附图3的左半部分是由电导电极（Rx）、高频交流电源（O）和量程电阻（Rm）相互串联构成的测量回路，而右半部分则是由量程电阻（Rm）、放大电路（Amp）和显示仪表（M）构成放大显示回路。电导电极的两个测量电极板平行地固定在一个玻璃环内，以保持两电极间的距离和位置不变。这样，电极的有效截面积A及其间距L均为定值，于是上式中的Q值可以准确确定。Q称为电导电极的电极常数。测量过程中为了减少由于溶液内离子成分向电极表面聚集而形成的极化效应，测量电导电极的电阻时，往往使用高频交流电源。当高频交流电源工作时，测量回路中电导电极和量程电阻两端分别产生电位差Ex和Em，上式中的Q、Rm、EO均为已知常数。测量过程中，溶液K值的变化（即Rx的变化）会引起电导率仪测量回路中Em的变化，该信号经放大电路放大、整流后，通过仪表显示出来，即实现了对溶液K值的测量。目前观测台站使用的各种电导率仪，尽管其外观各异，测量原理均如上所述。酸雨观测选用电极常数为1.0左右的光亮型电导电极。它最适宜的测量范围为2～20000μS·cm-1。数字式电导率仪的面板上一般设有量程旋钮，通过调节该旋钮，可在合适的量程范围进行测量，以便获得较高的测量准确度。三酸雨观测中的数据处理1．格检审核S文件是对S文件的全部数据进行格式检查，对记录进行相关审核，分析找出各类矛盾记录，达到质量把关的目的。审核信息与疑误记录以交互式方式给出，以满足取代纸质报表实现在计算机上进行全面审核的需要。全部审核信息同时保存于审核疑误信息文件中，文件名为SAIIiiiMM.YYY，其中SA为识别码（S表示S文件，A表示审核），表示S文件的审核信息文件，IIiii为区站号，MM为月份，YYY为年份的后三位，其存放文件夹为软件的下级文件夹“ReportFile\AuditingList”。程序提供了较强的审核单维护功能，可以对机审的信息进行修改或删除，还可添加人工审核的疑误信息，形成文本、Excel表格或Html文档等格式的终审结果审核单。在“数据处理”菜单中选择“格检审核S文件”或点击快捷图标，即会弹出交互窗口画面，如下图：2.数据综合处理用于建立或维护S文件，并对S文件的内容进行质量控制，形成酸雨观测记录月报表。全部内容按报表格式给出，完全仿人工对报表的制作处理，采取所见即所得的可视化输出，操作方便、浏览快速。在“数据处理”菜单中选择“数据综合处理”或点击快捷图标，即会弹出交互窗口画面，如下图：该窗体由工具条、报表页面显示区两个部分组成。工具条有两行，是有关操作的快捷按钮和对报表显示处理的设置，第1行从左至右依次为加载数据文件、数据审核、数据存盘、导出Excel、报表预览、报表打印、前一页、下一页和退出，第2行依次为字体、字号、文字加粗、文字斜体、文字下划线、网络线、文字对齐方式、背景颜色和文字颜色，当鼠标落在某个按钮上稍作停留即会弹出该按钮的功能说明。在所有报表页中，在进行数据输入时，封面中的观测场拔海高度，按实际高度原样输入（小数点照输），低于海平面，在其前加减号（“-”），若为约测值，在高度值外加半角的括号。所有规范规定需要记录小数位的记录，均省略小数点，即扩大相应倍数输入。降水时段的开始和结束时间的格式为“日日时时分分-日日时时分分”，长度必须13位，前6位为开始时间，后6位为结束时间，中间用减号（“-”）分隔，日、时、分的位长不够时，高位补“0”。风向可按角度输入，也可按方位输入，当输入为角度时，在进行数据存盘时，会将其自动转为角度。天气现象按实际出现的天气现象输入，最多为4种，可用区位码的输入法，直接输入天气现象符号，也可输入天气现象代码，无论是输入符号，还是输入代码，两现象之间均不加入任何符号，在数据存盘时，显示在报表中的内容均自动转为符号，而写入S文件自动转代码存入。复测情况只能按编码输入。延测时间小于等于6小时输入“<=6”，大于等于15小时输入“>=15”，其余按实际时间输入。样品杂物情况按两位编码输入。有关日期内容的单元格，用鼠标点击输入单元格，在该单元格变为下拉列表输入方式后，再点下拉箭头，即会出现日历输入的小窗口，进行选择输入。下拉列表选择输入的单元格，用鼠标点击输入单元格，在该单元格变为下拉列表输入方式后，再点下拉箭头，再从下拉框中选择输入。其它没有说明的内容，按《酸雨观测业务规范》规定照实输入。陈悦2010年1月2日2011年度个人技术总结———浅谈在大气背景下云的观测云的外形特征千变万化，形成原因各不相同。云的形成和演变不仅反映了当时大气的运动、水汽状况和稳定程度，而且也是预示未来天气变化的重要征兆之一。在大气中形成云的基本条件是：空气中要有足够的水汽；要有水汽发生凝结的冷却过程，主要指上升运动引起的绝热冷却。一般情况下，在槽前和低压的前部气流辐合区、暖平流区、锋上暖流气团中以及山脉的迎风坡等部位，都有上升运动，有利于云的形成和加强，而在槽后和低压后方、高压区中、气流辐散区、冷平流区以及山脉的背风坡等部位，则有下沉运动，不利于云的形成或维持。从高度上看，低云一般可以分为种基本类型锋面低云，平回流低云，低压系统中偏低云和对流性低云。中云一般出现在。槽或低涡前部，高云一般出现在槽前。在计算手段匮乏的过去，看云是识天气的重要手段。1．云状1.1钩卷云一般出现在暖锋面和低压的前面，钩卷云出现，说明锋面或低压即将到来，是雨淋淋的先兆。但是，雨后或冬季出现的钩钩云，则会连续出现晴天或霜冻，所以又有“钩钩云消散，晴天多干旱”，“冬钩云，晒起尘”的谚语。“云钩向哪方，风由哪方来”，云钩指的是钩卷云的尾部，出现在高空，有时上端有小钩，也有排列成行的。上端小钩所指，是高空风的方向，而高空风往往又与地面相联，所以根据云钩方向大体可测知风的来向。1.2堡状云高积云或堡状层积云多出现在低压槽前，表示空气不稳定，一般隔8~10小时左右有雷雨降临。在暖季的早晨，如天边出现了堡状云，表示这个高度上的潮湿气层已经很不稳定，到了午间，低层对流一旦发展，上下不稳定的层次结合起来，就会产生强烈的对流运动，形成积雨云而发生雷雨。所以有“清早宝塔云，下午雨倾盆”的谚语。1.3絮状云出现絮状高积云表明中层大气层很不稳定，如果空气中水汽充足并有上升运动，就会形成积雨云，将有雷雨降临。1.4卷积云云体好像细小的鱼鳞，这种云多发生在低压槽前或台风外围，近期会刮风或下雨，有“鱼鳞天，不雨也风颠”的谚语。还有一种鲤鱼斑，指的是透光高积云，产生这种云的气团性质稳定，到了晚上，一遇到下沉气流，云体便迅速消散，次日将是晴好天气。所以又有“天上鲤鱼斑，晒谷不用翻”(瓦块云，晒煞人)。1.5雨层云大多由高层云降低加厚蜕变而成，范围很大、很厚，云中水汽充足，常产生连续性降水。雨层云下的碎雨云，出现这种云，表明雨层云中水汽很充足，大雨即将来临。有时碎雨云被大风吹到晴天无云的地方，夜间便看到有像江猪的云飘过“银河”，也是有雨的先兆。有天气预兆的云在演变过程中，往往具有一定的连续性、季节性和地方性。当天空中的云按照卷云、卷层云、高层云、雨层云这样的次序从远处连续移来，而且逐渐由少变多，由高变低，由薄变厚时，就预示着很快会有阴雨天气到来；相反，如果云由低变高、由厚变薄、由成层而崩裂为零散状的云时，就不会有阴雨天气。在暖季早晨，天空如出现底平、顶凸、孤立的云块(淡积云)，或移动较快的白色碎云(碎积云)，表明中低空气层比较稳定，天气晴好。2.云的颜色云的颜色也可预兆一定的天气，如冰雹云的颜色先是顶白底黑，而后云中出现红色，形成白、黑、红色乱绞的云丝，云边呈土黄色。黑色是阳光透不过云体所造成的；白色是云体对阳光无选择散射或反射的结果；红黄色是云中某些云滴(直径在千分之一到百分之一毫米之间)对阳光进行选择散射的现象。有时雨云也呈现淡黄色，但云色均匀，不乱翻腾。还有不少谚语是从云色和云形来预兆要下冰雹的。例如，内蒙古有“不怕云里黑，就怕云里黑夹红，最怕黄云下面长白虫”等谚语，山西有“黄云翻，冰雹天；乱搅云，雹成群；云打架，雹要下”“黑云黄云土红云，翻来覆去乱搅云，多有雹子灾严重”等谚语。还有“午后黑云滚成团，风雨冰雹一齐来”“天黄闷热乌云翻，天河水吼防冰蛋”等说法，这些都说明当空气对流强盛，云块发展迅猛，像浓烟一股股地直往上冲，云层上下前后翻滚时，就容易下冰雹。3.云的移动方向云的移动方向一般表示它所在高度的风向。低压区里的低云，低压是自西向东的(实际上往往是自西南向东北移动)。云往西，说明该地处于低压前部，本地将因低压移来而降雨；云往东，说明低压已经移过本地，本地处于低压后部，天气即将转晴，转晴之前常常要刮一阵风。上下云层移动方向不一致，也就是说云所处高度的风向不一致，常发生在锋面或低压附近，所以预示有雨，有时云与地面风向相反，则有“逆风行云，天要变”的说法。在地面气象观测中，云为人工目测项目，因此观测人员的素质差异直接影响到云的观测质量，再加上地面测报考核比较严格，观测员的怕出错心理，于是复杂的情况简单化，使得近年来云的观测越来越趋于格式化，观测簿上记录的云状屈指可数，云的观测记录中出现了较多与当时云天不符现象，观云测天”亦渐渐成为历史。因此观测人员既要熟记云的定义,正确理解云所代表的天气意义,结合当时的天气形势,参照云的演变规律,准确判断云状,同时更要在日常工作中勤于观测、不段积累经验、加强云的观测能力。只有加强理论学习掌握云的生消和变化，掌握云的形成和影响云的物理因子，注意高空和地面天气形势演变，结合云观测的实际情况加以分析和比较，对各种云的生消变化就能形成比较完整的概念，成为具有一定理论基础的云的观测经验，才能提高云的观测质量。5771001803090012095579036822859633082577100180309001