氣象探測原理

1、氣象探測原理習題參考答案 第1章 緒論1 氣象探測學研究的對象、范圍和特點是什么？氣象探測是對表征大氣狀況的氣象要素、天氣現象及其變化過程進行個別或系統(tǒng)的連續(xù)的觀察和測定，并對獲得的記錄進行整理。研究范圍是近地層大氣、高空大氣以及一些特殊區(qū)域的大氣（如大氣邊界層，城市熱島環(huán)流，峽谷風場，海陸風場等）。氣象探測的特點：隨著科學技術的發(fā)展，氣象探測的要素量和空間范圍越來越大。分為近地面層氣象探測、高空大氣層探測和專業(yè)性氣象探測。近幾十年來，作為主動遙感的各種氣象雷達探測和作為被動遙感的氣象衛(wèi)星探測，以及地面微波輻射探測等獲得較多信息的氣象探測方法，正在逐步進入常規(guī)氣象探測領域。這些現代氣象探測技術

2、應用于大氣科學的研究領域，極大的豐富了氣象探測的內容。2 氣象探測的發(fā)展主要有那幾個時期？創(chuàng)始時期。這是在16世紀末發(fā)明第一批氣象探測儀器以前的漫長時期，這期間發(fā)明了相風鳥、雨量器和風壓板等，不能對大氣現象進行連續(xù)記錄。地面氣象觀測開始發(fā)展時期。16世紀末，隨著氣象儀器的發(fā)明，開始了氣象要素定量測量階段。高空氣象探測的開始發(fā)展時期。這時期陸續(xù)有人采用系留氣球、飛機及火箭攜帶儀器升空，進行高空氣象探測。高空氣象探測迅速發(fā)展時期。這時期，前蘇聯、德國、法國、芬蘭等國家都開始研制無線電探空儀，以及其他高空探測技術，為高空氣象探測事業(yè)開辟了新的途徑。氣象探測的遙感時期。1945年美國首次將雷達應用于氣

3、象觀測，后來發(fā)射了氣象火箭和探空火箭，把探測高度延伸到了500千米。氣象探測的衛(wèi)星遙感時期。這個時期，氣象探測不僅從根本上擴大了探測范圍，也提高了對氣象探測的連續(xù)性。3 簡述氣象探測原理有那幾種方法？直接探測。將探測元件直接放入大氣介質中，測量大氣要素。應用元件的物理、化學性質受大氣作用而產生反應作用的原理。遙感探測。根據電磁波在大氣中傳播過程中信號的變化，反演出大氣中氣象要素的變化，分為主動遙感和被動遙感。施放示蹤物質。向大氣施放具有光學或金屬性質的示蹤物質，利用光學方法或雷達觀測其隨氣流傳播和演變規(guī)律，由此計算大氣的流動狀況。模擬實驗。有風洞模擬和水槽模擬。風洞模擬大氣層邊界層風、溫及區(qū)域

4、流場狀況。水槽模擬大氣層環(huán)流、洋流、建筑物周圍環(huán)境流場特征?？烧{控溫度場，模擬大氣邊界層的溫度層結。4 氣象探測儀器的性能包括那幾個？精確度。即測量值與實際值的接近程度。又包括儀器的精密度和準確度。精密度考察的是連續(xù)測量值彼此相互間的接近程度。準確度考察的是測量值與實際值的接近程度。探測儀器的精確度取決于感應元件的靈敏度和慣性。靈敏度。即單位待測量的變化所引起的指示儀表輸出的變化。慣性（滯后性）。即儀器的動態(tài)響應速度。具有兩重性，大小由觀測任務所決定。分辨率。即最小環(huán)境改變量在測量儀器上的顯示單位。量程。即儀器對要素測量的最大范圍。取決于所測要素的變化范圍。5 如何保證氣象探測資料的代表性和可

5、比性？代表性分為空間代表性和時間代表性。要保證氣象探測資料的空間代表性，原則上要確定臺站地形具有典型性。站址的選擇、觀測站的建立要防止局地地形地物造成大氣要素不規(guī)則變化。一般說來，平原地區(qū)的臺站資料代表性較好，山區(qū)、城市臺站資料代表性較差。要保證時間代表性，則要保證大氣要素觀測的同時性。要保證氣象探測資料的可比性，則要求觀測時間、觀測方法、儀器類型、觀測規(guī)范、站臺地理緯度、地形地貌條件等的一致性。 第2章 云的觀測1 敘述積狀云、層狀云、波狀云的基本特征。積狀云：積狀云包括積云，積雨云和卷云，積狀云一般個體比較明顯，云塊之間多不相連；層狀云：層狀云包括卷層云，高層云，雨層云和層云，它們的共同特

6、征是云體均勻成層； 波狀云：波狀云包括卷積云，高積云和層積云，它們的共同特征是云塊常成群，成行，呈波狀排列。2 敘述卷積云與高積云、高積云與層積云各有何異同？卷積云與高積云共同點：云塊比較小，一般成群，成行，呈波狀排列；不同點：卷積云呈白色細鱗片狀，像微風吹拂水面而成的小波紋；而高積云在厚薄，形狀上有很大差異，薄的云呈白色，能見日月輪廓，厚的云呈暗灰色，日月輪廓分辨不清，常呈扁圓狀，瓦塊狀，魚鱗片或水波狀的密集云條。高積云與層積云 共同點：云塊在厚薄，形狀上都有很大差異，云塊一般成群，呈層，呈波狀排列； 不同點：高積云云塊較小，輪廓分明常呈扁圓狀，瓦塊狀，魚鱗片或水波狀的密集云條，層積云云塊一

7、般較大，有的成條，有的成片，有的成團；高積云薄的云塊呈白色，能見日月輪廓，厚的云塊呈暗灰色，日月輪廓分辨不清，層積云常呈灰白色或灰色，結構比較松散，薄的云塊可辨太陽的位置。3 敘述卷層云與高層云、高層云與雨層云、雨層云與層云有何異同？卷層云與高層云 相同點：云體均勻成層； 不同點：卷層云呈透明或乳白色，透過云層日月輪廓清楚，地物有影，常有暈的現象；高層云呈灰白色或灰色，運抵常有條文結構，常布滿全天；高層云與雨層云 相同點：云體均勻成層，常布滿全天； 不同點：高層云呈灰白色或灰色，云底常有條紋結構；雨層云低而漫無定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常有碎雨云；雨層云與層云 相同點：云體均勻成層；

8、 不同點：云層云低而漫無定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，層云呈灰色，很象霧；雨層云云層厚度常達到4000-5000米，層云云底很低但不接觸地面。4 敘述莢狀、堡狀、絮狀云的形成機理，各代表什么氣層狀況？莢狀云：在山區(qū)由于谷地聚集充沛的水汽，受地形抬升作用，常常在山脊上空形成莢狀云，另外由于過山氣流，或上升、下沉氣流匯合而形成的駐波也會產生莢狀云， 多預示晴天； 堡狀云：包括堡狀層積云和堡狀高積云，堡狀層積云是由于較強的上升氣流突破穩(wěn)定層之后，局部垂直發(fā)展所形成；堡狀高積云是由于中云的局部對流強烈而在局部垂直發(fā)展而形成的； 如果天空出現堡狀層積云而且大氣中對流持續(xù)增強，水汽條件

9、也具備，則往往預示有積雨云發(fā)展，甚至有雷陣雨發(fā)生；堡狀高積云一般預示有雷雨天氣； 絮狀云：絮狀云有絮狀高積云，是由強烈的湍流作用將使空氣抬升而形成，預示將有雷陣雨天氣來臨。5 敘述碎積云、碎層云、碎雨云的外形與成因有何不同？從外形上看： 碎積云通常個體很小，輪廓不完整，形狀多變，多為白色碎塊； 碎層云的云體為不規(guī)則的碎片，形狀多變，移動較快，呈灰色或灰白色； 碎雨云的云體低而破碎，形狀多變，移動較快，呈灰色或暗灰色； 從成因上看： 碎積云往往是破碎了的或初生的積云，當大氣中對流增強時，碎積云可以發(fā)展成淡積云，若有強風和湍流時，淡積云的云體會變的破碎，形成碎積云；碎層云往往是由消散中的層云或霧抬

10、升而形成；碎雨云常出現在許層云，積雨云或厚的高層云下，是由于降水物蒸發(fā)，空氣濕度增大，在湍流作用在下水氣凝結而成。6 簡述對流云從淡積云Cu hum發(fā)展到鬃積雨云Cb cap的物理過程。淡積云cu hum云體不大，輪廓清晰，底部較平，頂部呈圓弧形突起，垂直發(fā)展不旺盛，云底較扁平；當大氣對流運動增強時，淡積云向濃積云發(fā)展此時輪廓仍然清晰，云底仍然較平，但云體個體高大而且底部比較陰暗，云的垂直發(fā)展旺盛，垂直高度一般大于水平寬度，頂部的圓弧形開始重疊突起，變得象花椰菜的樣子；當對流繼續(xù)增強，云繼續(xù)垂直發(fā)展，云頂就開始凍結，云頂花椰菜形的輪廓漸漸模糊，即形成了禿積雨云，此時云的絲絮狀就夠還不太明顯，云

11、體的其余部分仍有濃積云的 特性；到積雨云發(fā)展的成熟階段會形成鬃積雨云，它的云頂呈白色，絲絮狀結構明顯，常呈馬鬃狀和鐵砧狀，底部陰暗，氣流混亂。以上就是從淡積云Cu hum濃積云Cu cong 禿積雨云Cb calv鬃積雨云Cb cab 的過程。7對下面的記錄進行分析，并描述天空狀況，包括云狀、云量、云的特征及可能伴隨出現的天氣現象等。時間8h10h12h14h16h云碼CL1, CM8,CH1CL2, CM6,CH2CL2, CM6,CHxCL9, CMx,CHxCL7, CM9,CHx云量4/26/48/610/1010/10- 答：在8h時，天空中的總云量為4/10，低云量占2/10。低云

12、為淡積云或碎積云，或兩者同時存在。低云的云狀為：云的個體不大，輪廓清晰，底部較平，頂部呈圓弧形的突起，云塊較扁平分散孤立在天空，或者是個體很小，輪廓不完整，形狀多變的白色碎積云。中云為積云狀高積云（絮狀的或堡狀的）或堡狀層積云。云狀為云塊的邊緣破碎，象破碎的棉絮團，云塊大小以及在空中的高低都很不一致，或者是云塊細長，底部水平，頂部凸起有垂直發(fā)展的趨勢，看上去象城堡或長條形鋸齒。高云為毛卷云，云狀為云體很薄，呈白色，毛絲般的纖維狀結構清晰，云絲分散。從中云的情況來看，空中的氣層不穩(wěn)定，有較強的上升氣流，云層可能會繼續(xù)發(fā)展。在10h時，總云量為6/10，低云量占4/10。低云已經發(fā)展為濃積云伴有淡

13、積云和層積云。云狀為：濃積云的個體高大，輪廓清晰，底部較平，比較陰暗，垂直發(fā)展較旺盛，頂部呈圓弧形重疊。中云為由積云擴展而成的積云性高積云。云塊大小不一致，呈灰白色，外形略有積云特征。高云已由毛卷云發(fā)展成為密卷云。云體較厚，云絲密集，聚合成片，邊緣毛絲般纖維結構仍較明顯。濃積云在早晨的發(fā)展，預示著大氣層結不穩(wěn)定，也許會有積雨云產生。在12h時，總云量繼續(xù)增多，占到8/10，低云量也在增多，占到6/10。低云為濃積云的繼續(xù)發(fā)展，中云為積云性高積云的繼續(xù)發(fā)展。高云不能觀測清楚。從云的發(fā)展來看，大氣層結仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，天氣可能還要進一步地轉壞。在14h時，低云已經遮滿天空，即總云量和低云量都為10

14、/10。低云已經發(fā)展成為鬃積雨云，帶有砧狀，并且可伴有積云、層積云、層云或惡劣天氣下的碎云。鬃積雨云的云頂有明顯的白色毛絲般的纖維結構，并擴展成為馬鬃狀或鐵砧狀，底部陰暗混亂。在云底可能有形狀破碎、多變，移動較塊，呈灰色或暗灰色的碎雨云。由于低云的遮擋，這時看不清屬于CM和CH的云。鬃積云的出現表明對流云已經發(fā)展到極盛階段，并發(fā)展成為成熟的積雨云，這會產生較強的陣性降水，可能伴有大風、雷電等現象。在16h時，總云量仍為10/10，低云布滿天空，但有空隙。低云為惡劣天氣下的碎雨云，通常在高層云或雨層云之下。它的云體低而破碎，形狀多變，移動較快，呈灰色或暗灰色。透過低云的云縫隙，可辨別中云為混亂天

15、空的高積云，云底的高度不同，中空不穩(wěn)定。高云不可辨別。由中云和低云預測大氣層結仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能會由雷雨天氣。第3章 能見度的觀測1 影響能見度的因子有哪些？ 影響能見度的因子有大氣透明度、目標物和背景的亮度對比和觀測者的視力指標對比視感域。大氣透明度是影響能見度的主要因子。大氣中的氣溶膠粒子通過反射、吸收、散射等機制削弱光通過大氣的能量。導致目標物固有亮度減弱。所以，大氣中雜質愈多，愈渾濁，能見度就愈差。在大氣中目標物能見與否，取決于本身亮度，又與它同背景的亮度差異有關。比如，亮度暗的目標物在亮的背景襯托下，清晰可見；或者亮的目標物在暗的背景下，同樣清晰可見。表示這種差異的指標是亮度的對

16、比值K。 在白天當，當K=0時，難以準確辨別目標物。當K逐漸增大，即亮度差異逐漸增大，當K值增大到某一值時，才能準確地辨別目標物。這個亮度對比值叫做對比視感域，用表示。2 氣象能見度的定義是什么？ 影響目標物能見度的因子很多，而氣象工作中，需要能見度只反映大氣透明狀況，這就必須選定和統(tǒng)一實行某種觀測方法，以固定其它因子，使測定的最大水平能見距離只表達大氣透明程度的單一因子影響。這樣測出的能見度是氣象能見度。氣象能見度分白天氣象能見度和夜間氣象能見度。3 白天能見度與夜間能見度的觀測有何不同？ 白天能見度：目標物背景對比度衰減規(guī)律：一般白天目標物為擴展反射光源，目標物背景的固有亮度對比值，取觀測

17、者、目標物背景的視亮度對比為: 為經L距離后,目標物的固有亮度; 為經L距離后,背景的固有亮度。 由（3.12）式可寫成：則：令：稱作傳輸函數，則有：白天氣象能見度及其觀測法：若選擇水平天空作為背景，那么，背景的固有亮度 應等于水平天空的視亮度即 則有 稱為科希米德（Koschmieder)定律，它表達了目標物與水平天空背景亮度對比度衰減規(guī)律。當這種衰減達到 時，相應的能見度距離為L若選擇深色物體作為目標物，即 ，相應再取 ，則定出的最大能見度距離為：按上述規(guī)定的條件進行觀測，測定的 只與大氣消光系數 成單一函數關系。它只反映大氣透明度的單一影響，故視程 為氣象能見距離，或氣象視距。 夜間能見

18、度： 夜間由于光照條件的限制，已不能使用一般的目標物，而只能用發(fā)光物體作為目標物。燈光目標物是點源，不象擴展光源那樣考慮亮度對比問題，對其觀測要用點源在眼睛上產生的照度來衡量。而夜間決定目標能見與否的眼睛的指標是眼睛的靈敏度，即所能感受的最小照度，又叫照度視覺閾值，以 表示。拜克維爾給出了 與背景亮度 的統(tǒng)計表達式： 的值與燈光色彩有關，黃光的照度視覺閾值 最大，紅光的 最小，故用紅色燈光易于辨認。 影響燈光能見度的因子有：燈光強度、大氣透明度和眼睛的靈敏度。設燈光強度為 ，與觀測者為距離L，則在觀測者眼睛上產生的照度可由阿拉德（Allard）定律定義：當觀測者離燈光距離為S時，燈光產生的照度

19、達到閾值 ，這時目標燈恰好能見，稱S為燈光能見距離，即 將（3.18)式代入(3.16)式，得：按（3.19)式，可將燈光能見距離換算成氣象能見距離，實際工作中，常按(3.18)式繪制好燈光能見距離與氣象能見度換算列線圖，由圖便可根據燈光強度I和距離S查算最大能見距離Lmax。4 能見度的器測法主要有哪幾種，說明它們的優(yōu)缺點和工作原理。能見度的器測法主要有：1.遙測光度計原理：由目標物、天空背景的視亮度比較給出大氣消光系數推算氣象能見度。2.測大氣透射率表 氣象能見度Lmax或氣象光學距離P均可寫成大氣透射率（T）的函數，即如果選擇兩點間的距離為B的長度作為測量基線，將上式中L取為B，測出兩點

20、間的透射率，即可算出氣象能見度。測量透射率的儀器由光發(fā)射器，反射器和接受器構成。光發(fā)射器和接收器合成一體安置在基線一端，反射器安置在基線另一端。發(fā)射器發(fā)射的光被分成兩束，一束透過大氣層經反射器反射回來被接受器接收；另一束光則不射入大氣層，作為參考光，直接進入接收器，回波信號與參考光信號同軸地照在光電接收器件上，由比較法確定其透射率。光程差越大，能見度越小。3、大氣散射儀應用透射儀需要基線，不適合高山、沿海、船舶臺站使用。大氣散射儀的主要原理是光脈沖發(fā)射機發(fā)射光脈沖信號，被空氣散射后，由接收機接收。光敏元件把光脈沖轉換成電脈沖，由紀錄器和顯示器給出能見度值。電脈沖信號越強，能見度越小。5請寫出水

21、平均一大氣的目標物亮度方程（3.5)，并說明方程各項的意義。目標物固有視亮度為 ；通過距離L的空氣層后減為 , 為大氣層消光系數，單位為 。目標物亮度隨距離以指數衰減。6請寫出人眼所見目標物的總視亮度方程(3.12)，并說明方程各項的意義。為距離L內所有空氣的氣幕光視亮度。 為水平天空的視亮度， 、 的意義同上題，7請寫出目標物一水平天空背景亮度對比度衰減規(guī)律方程(3.14)，并說明各項意義。目標物背景的固有亮度對比值觀測者、目標物背景的視亮度對比為:第4章 天氣現象的觀測1連續(xù)性、間歇性和陣性降水，應按那些特征進行判斷？a)連續(xù)性：雨或雪不間斷地下，而且比較均勻，強度變化不大，一般下的時間長

22、，范圍廣，降水量也比較大。b)間歇性：雨或雪時下時停，或強度有明顯變化，但變得比較緩慢。下的時間時短時長。c)陣性：驟降驟?；驈姸茸兓蝗?，下降速度快，強度大，但往往時間不長，范圍也不大。2如何區(qū)別吹雪和雪暴？吹雪是本地或附近有大量積雪時，強風將積雪吹起所致。能見度10km。雪暴是本地或附近有大量積雪，強風將地面積雪成團卷起，不能分辨是否在降雪，能見度1km。區(qū)別就在雪暴不能分辨是否在降雪，且能見度有差別。3闡述浮塵與霾；霾與輕霧；浮塵、揚沙和沙塵暴間的區(qū)別。 形成浮塵的沙塵是由遠處傳播而來，而霾不是。一般浮塵的能見度更小，并且垂直能見度也不大。霾常出現在干燥時期，浮塵不一定。霾由大量極細微沙

23、塵均勻漂浮在空氣中，使空氣混濁，能見距離10km。常出現在氣團穩(wěn)定較干燥時期。浮塵出現在冷空氣過境前后無風或風小時，由遠處沙塵經高空氣流傳播而來?；蛴?或 天氣過后尚未下沉的沙塵浮游在空中所致。能見距離小于1km，垂直能見度也很差。霾和輕霧的組成不同，霾是大量沙塵漂浮在空氣中，而輕霧是由水滴組成。并且霾常出現在氣團穩(wěn)定較干燥時期，而輕霧不一定。輕霧由細小水滴組成的稀薄霧幕。水平能見距離10km。呈灰白色。早晚較多出現。浮塵是由遠處沙塵經高空氣流傳播而來，或由揚沙、沙塵暴天氣過后尚未下沉的沙塵浮游在空中所致。而揚沙、沙塵暴則是由本地或附近的沙塵被吹起所致。浮沉出現在風較小時，但揚沙和沙塵暴出現時

24、風力較大，沙塵暴還常伴有強對流或雷雨過境。一般說來，浮塵和沙塵暴天氣的能見度比揚沙更小。揚沙由于本地或附近的沙塵被吹起，使能見度顯著下降，能見距離一般為1-10km。天空混濁，風力較大。在北方春夏，冷空氣過鏡或空氣不穩(wěn)定時出現。沙塵暴成因與揚沙相似，但能見度3m/s時，A基本不變；不同類型的溫度表A值有差異，但是在風速高的時候，差異很小；元件的特征尺度d越小，A隨風速的變化越小。3為什么采用人工通風的干濕球溫度表能提高測量精度？因為干濕表系數受風速影響大，如果用人工通風的干濕球溫度表，可以保持楓樹的穩(wěn)定從而使A值保持穩(wěn)定，以減小實驗誤差。4簡述露點儀的測量原理。若使空氣通過一個光潔的金屬鏡面時

25、等壓降溫，直到鏡面上出現露（或霜），讀取這瞬間的鏡面溫度，就是露點（或霜點）溫度。如圖所示：先降溫，鏡面出現露點時，記為： 再升溫，最后一個露珠消失時，記為： 這是一次完整記錄，一般5次取平均：；即得到露點溫度。5影響露點儀測量精度的因素有哪些？露點儀測濕精度： 影響露點儀測濕精度的因子有：（1） 爾文效應：設彎曲水面飽和水汽壓為；純水平面飽和水汽壓為，有 式中K為波爾茲曼常數； s 為水表面張力系數；n為水分子容積；g為露滴的曲率半徑。又由于在同溫、同壓下，彎曲水面飽和水汽壓與平面飽和水汽壓的關系為： ； 即露滴的飽和水汽壓高于平面飽和水汽壓。因此，鏡面的結露溫度低于真實露點溫度，誤差約為-

26、0.1。（2）拉烏爾特（Rault)效應：由于空氣和鏡面有雜質，特別是有一定量的可溶性物質時，使飽和水汽壓低于同溫度下的潔凈空氣和鏡面的飽和水汽壓。降低的數值與溶液的克分子濃度有關。這種效應將使露點值偏高。公式如下： 其中 :為空氣中和鏡面有雜質時的飽和水汽壓； n:雜質的克分子數； N：總克分子數（3）部分壓力效應： 儀器的空氣循環(huán)系統(tǒng)可使測試空間內外存在一定的氣壓差。根據道爾頓分壓定律，進入測試空間空氣樣本的水汽壓，將按壓差以同樣的比例降低。6測量濕度的方法有哪幾種？簡述原理。（1）干濕球溫度表 原理為： 其中 A為干濕表系數，（2）毛發(fā)濕度表原理為：濕度從0100%時，毛發(fā)伸長2.5%，

27、伸長量與濕度變化成正比 ，其中，（3）吸濕稱重法 原理為:：利用吸濕劑P2O5吸收一定容積空氣中的水汽，只要精確測定空氣的容積和吸濕劑的重量變化，即可直接計算出1立方米空氣中所含的水量，即： （克/立方米）水汽壓： ，同上有： 其中：V：為容器的容積（初始容積）；P0、T0為初始容器內的氣壓和溫度；P1、T1為抽氣后容器內的氣壓和溫度；P2、T2為進氣后容器內的氣壓和溫度；m2、m1為吸濕后和吸濕前干燥管的質量。（4）光譜吸收法 根據空氣中水對紅外輻射的吸收原理確定空氣濕度的方法。主要以兩束波長不同的光線，一束波長=1.37m，對水汽有很強的吸收；另一束波長=1.24m（參考光），對水汽不吸收

28、。將兩束光線交替通過被測氣層，并比較這兩束光線的能量，確定大氣（含水量）濕度。（5）氯化鋰測濕：測量其飽和溶液水汽壓與環(huán)境水汽壓平衡時的露點（6）碳膜濕敏元件 根據高分子聚合物吸濕后膨脹，使懸浮于其中的碳粒子接觸率減小，元件的電阻增大；反之當濕度降低時，聚合物脫水收縮，使碳粒子相互接觸率增加，元件的電阻減小。通過測量元件的電阻值的變化，即可確定大氣中的濕度。（7）露點儀原理： 若使空氣通過一個光潔的金屬鏡面時等壓降溫，直到鏡面上出現露（或霜），讀取這瞬間的鏡面溫度，就是露點（或霜點）溫度，在利用露點計算出當時的大氣溫度。 露點溫度的測量： 一般5次取平均 先降溫，鏡面出現露點時，記為： 再升溫

29、，最后一個露珠消失時，記為： 這是一次完整記錄 ；第7章 大氣壓力的觀測1.簡述動槽式、定槽式水銀氣壓表的觀測原理。水銀氣壓表的讀數原理為：如圖所示，利用一根抽成真空的玻璃管插入水銀槽內，由于大氣壓力的作用，玻璃管內的水銀柱將維持一定的高度。當管內水銀柱對水銀槽面產生的壓力與作用于水銀槽面的大氣壓力相平衡時，水銀柱將維持一定高度。如果在水銀柱旁邊樹立一標尺，標尺的零點對準水銀面，就可直接讀取水銀柱的高度（），即可求得大氣壓力（） 式中為溫度 時水銀密度，為測站緯度為、海拔高度為h處的重力加速度。為了便于比較,國際上統(tǒng)一規(guī)定, 以溫度為標準,g以緯度為的海平面為標準.如果不在標準條件下,則讀得的

30、水銀柱高度必須訂整到標準條件下。即：因此 其中為溫度訂正因子，為重力（緯度高度）訂正因子；動槽是水銀氣壓表的讀數原理為：它的主要特點是標尺上有一個固定的零點。每次讀數時，須將水銀槽的表面調到這個零點處，然后讀出水銀柱頂的刻度。在讀數時，先讀溫度表，再調水銀面與象牙針相切，再調游標尺與水銀柱頂相切，最后讀數。讀數結束后，將象牙針與水銀面斷開。定槽式水銀氣壓表的讀數原理為：它的水銀槽是一個固定容積的鐵槽，沒有皮囊、水銀面調節(jié)螺釘以及象牙針。當氣壓變化時，水銀柱在玻璃管內上升或下降所增加或減少的水銀量，必將引起水銀槽內的水銀減少或增加，使槽內的水銀面向下或向上變動。即整個氣壓表的基點隨水銀柱頂的高度

31、變動。如圖所示： 當氣壓升高1mmHg，表內水銀柱上升mm，而槽內水銀面同時下降mm，則有 因為水銀槽內水銀體積的減少，必將等于管內水銀體積的增加，即（體積相等）： 式中a為水銀柱玻璃管的內橫截面積；A為水銀槽的內橫截面積； a為插進水銀槽中的玻璃管尾端的外橫截面積。因而有 從上式可看到，定槽式水銀氣壓表的刻度1mm長度將短于1mm，實際等于 ，以補償氣壓表水銀面基點的變動，這種刻度的標尺又稱補償標尺。2.水銀氣壓表誤差主要有哪些？說明原理。儀器誤差 由于制造條件的技術及材料的物理特性等因素，導致水銀氣壓表具有一定的儀器誤差。氣壓表主要的儀器誤差有：1、儀器基點和標尺刻度不準確；2、真空度不良

32、；3、毛細管液面張力誤差：這是由于液面的表面張力所造成的一種指向液體內部的壓力。這個壓力的大小隨液體的種類和液體表面的曲率而變化。在槽式氣壓表中，這個誤差是由于內管的壓力比槽部大而產生的一個使水銀柱偏低的誤差。由拉普拉斯公式，彎曲液面產生的附加壓力（壓力差）為：式中Ps為毛細管內與槽內彎曲液面的壓力差；s為表面的張力系數；R為液面的曲率半經；q 為液面與管壁接觸角。壓力Ps使得水銀氣壓的讀數偏低。偏低值主要隨著管的直徑d ，液面與管壁接觸角而變。d 越大，影響越小；越小，曲率越大，影響越大。設Ps作用下，使水銀柱降低了h，則： 式中為水銀的密度；g為重力加速度。 溫度誤差：銅尺的長度隨溫度變化

33、的伸縮帶來的誤差。氣壓表讀數的重力誤差 還需訂正到標準狀態(tài)下即 其中由于緯度和高度不同，會造成g值的差異。因而重力訂正分緯度重力訂正和高度重力訂正。 3.如何對水銀氣壓表讀數進行器差、溫度、重力訂正。器差訂正：將讀數加上儀器上的區(qū)差訂正值即可。 溫度訂正： 動槽式氣壓表的讀數溫度訂正： 假設水銀氣壓表在0的環(huán)境溫度下，水銀槽上的標尺為銅尺；如果在水銀槽上另立一支沒有溫=、度系數的標準尺， 在t，銅尺刻度Ht與水銀柱頂相齊，而標準尺測得的水銀柱高度為Lt,如果氣壓不變，只將環(huán)境溫度降至0 標準條件，此時，標準尺測得的水銀柱高度為L0，原刻度Ht 的長度為L1；此時，銅尺H0刻度與水銀柱頂相齊，H

34、0=L0。已知為水銀的熱膨脹率系數，為銅的熱膨脹系數，則對標準尺有： 溫度為時t，銅尺刻度為Ht，標準尺刻度Lt，則可改寫為：保持氣壓不變，溫度降至0，銅尺的刻度為H0，標準尺為L0，則合并上面兩式得： 其中：； 定槽式氣壓表讀數的溫度訂正：對于定槽式氣壓表,必須將水銀槽的熱膨脹效應考慮在內,而寫成下述形式：其中A為水銀槽的截面積;V為氣壓表內的水銀體積; 為鐵的熱膨脹系數.該訂正值應從讀數中減去.氣壓表讀數的重力訂正 還需訂正到標準狀態(tài)下即 其中重力訂正分緯度重力訂正和高度重力訂正： 1、緯度重力訂正在海平面上，由重力加速度與緯度的關系因而有則緯度訂正：因此即訂正值為負值； 即訂正值為正值。

35、 2、高度訂正在同一緯度上，重力加速度隨高度的變化關系為： h0, DH0, 訂正值為負值；反之，為正值。4.簡述空盒氣壓計、空盒氣壓表的測壓原理?？蘸袣鈮罕淼母袘且唤M具有彈性的、抽成真空的（或殘留少量空氣）空盒組成的。 將空盒底部固定，頂部可自由移動，用以操作指示讀數的機械系統(tǒng)。包括：感應部分、傳動放大部分、顯示部分。外界氣壓的變化引起空盒形變從而使讀數變化。 空盒氣壓計是利用空盒感應元件制成的連續(xù)記錄氣壓的儀器。其結構包括：感應部分；傳動放大部分；自記部分。它與空盒氣壓表的區(qū)別在于它有自己部分，而空盒氣壓表需要靠人去讀數。5.簡述空盒氣壓計的彈性后效、彈性溫度效應原理及其解決方法。彈

36、性后效特點：1、當氣壓變化停止后，空盒形變還繼續(xù)一段時間；2、升降壓曲線不重合（滯差環(huán)）?？蘸袕椥詼囟刃侵缚蘸械臈钍夏Ａ烤哂胸摐叵禂?。溫度升高時，彈性力減弱。如果大氣壓力維持不變，在升溫時空盒的厚度將變薄解決辦法：1、雙金屬片補償法空盒的溫度效應位移dD，剛好由雙金屬片的位移DS相抵消。即： 空盒彈性溫度系數；上升1C，彈性變化P0；引起空盒自由端位移kP0;有單點補充和雙點補充兩種。2、殘余氣體補償法空盒內留有一定壓力p的氣體，在氣壓為P時，空盒所受壓力為P-p，空盒的彈性應力為F，壓力平衡時，F=P-p。升溫1C時，彈性力減弱了bF=b(P-)；盒內殘余氣體的壓力升高了pa；當pa=b

37、（P-p）或 時，空盒的溫度效應就可得到補償。P點是完全補償點。b是空盒的彈性溫度系數（1/ C ）；a為殘余氣體的熱膨脹系數（1/C）。6.簡述沸點氣壓計測壓原理。將一個裝有純凈液體的容器與待測空氣相通，將溶液加熱到沸點，溶液表面的飽和蒸汽壓將達到大氣壓力的數值，測定它的沸點溫度就可計算出大氣壓力。 大氣壓力與沸點溫度的關系為： 這種方法的優(yōu)點是將復雜的氣壓的測量轉化為溫度的測量。7.已知在北緯40，海拔高度為120m的氣象站動槽式水銀氣壓表的氣壓讀數為988.2hPa，器差為0.6hPa，th=25，r=0.6/100，求：Ph , P海，壓差C。解：=988.2hPa+0.6hPa=98

38、8.8hPa=988.8hPa* =988.81hPa = =(1-0.000000196*120)(1-0.00264cos80)*988.81hPa =988.33hPa即Ph=988.33hPath=25, r=0.6/100,h=120m因而有t0=(25+120*0.6/100)=25.72因而有tm=(25=25.72)/2=25.36因而有m=120/18400(1+25.36/273)=0.00596 M=（100.00596-1）*1000=13.818 P海=988.33hPa*100.00596=1001.99hPa C=1001.99hPa-988.33hPa=13.6

39、56hPa8、已知在北緯45海拔高度為220m的氣象站動槽式水銀氣壓表的氣壓讀數為986.1hPa，器差為-0.2hPa，th,0=25，th,-12=30.6，求：Ph,P海，壓差C。解：P=（986.1-0.2）hPa=985.9hPath=(25+30.6)/2=27.8P0=985.9*(1+1.840*10-5*27.8)/（1+1.818*10-5*27.8）hPa=985.91hPaPh=985.91*(1-0.000000196*220)=985.86hPaTm=(27.8+27.8+0.6*220/100) /2=28.46m=220/18400(1+28.46/273)=0.0108M=(100.0108-1)*1000=25.179P海=985.91hPa*(M/1000+1)=1010.735hPaC=1010.735-985.91=24.825hPa第8章 風的觀測1.旋轉式風速表主要有哪幾種？簡述它們的測量原理。旋轉風速表的感應部分是一個固定在旋轉軸上的感應部件，固定在旋轉軸上。在穩(wěn)定的風力作用下，感應部件受到扭力矩而開始旋轉，轉速與風速成一定關系。因此，測量轉速可以得到風速。感應部件有風杯式和螺旋槳式兩種，風杯式繞豎直軸轉，螺旋槳式則安裝在支架的水平軸上，支架可繞豎直軸，隨風向變化轉動。旋轉風速表主要有以下幾種