軟件氣象預(yù)報

1、氣象預(yù)報軟件內(nèi)容1氣象探測氣象探測是研究測量和觀察地球大氣的物理和化學(xué)特性以及大氣現(xiàn)象的方法和手段的一門學(xué)科。 主要有大氣氣體成分濃度、氣溶膠、溫度、濕度、壓力、風(fēng)、大氣湍流、蒸發(fā)、云、降水、輻射、大氣能見度、大氣電場、大氣電導(dǎo)率以及雷電、虹、暈等。從學(xué)科上分，氣象觀測屬于大氣科學(xué)的一個分支。它包括地面氣象觀測、高空氣象觀測、大氣遙感探測和氣象衛(wèi)星探測等，有時統(tǒng)稱為大氣探測。由各種手段組成的氣象觀測系統(tǒng)，能觀測從地面到高層，從局地到全球的大氣狀態(tài)及其變化。觀測平臺根據(jù)特定要求安裝儀器并進行觀測工作的基點。地面氣象站的觀測場、氣象塔、船舶、海上浮標(biāo)和汽車等都屬地面氣象觀測平臺；氣球、飛機、火箭、

2、衛(wèi)星和空間實驗室等，是普遍采用的高空氣象觀測平臺。它們分別裝載各種地面的和高空的氣象觀測儀器。1.1氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星，是對大氣層進行氣象觀測的人造衛(wèi)星，屬于一種專門的對地觀測衛(wèi)星或遙感衛(wèi)星，具有范圍大、及時迅速、連續(xù)完整的特點，并能把云圖等氣象信息發(fā)給地面用戶。衛(wèi)星所載各種氣象遙感器，接收和測量地球及其大氣層的可見光、紅外和微波輻射，并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳送給地面站。地面站將衛(wèi)星傳來的電信號復(fù)原，繪制成各種云層、地表和海面圖片，再經(jīng)進一步處理和計算，得出各種氣象資料。氣象衛(wèi)星按軌道的不同分為太陽軌道（極軌道）氣象衛(wèi)星和地球靜止軌道氣象衛(wèi)星；按是否用于軍事目的分為軍用氣象衛(wèi)星和民用氣象衛(wèi)星。氣象衛(wèi)

3、星觀測范圍廣，觀測次數(shù)多，觀測時效快，觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量高，不受自然條件和地域條件限制，它所提供的氣象信息已廣泛應(yīng)用于日常氣象業(yè)務(wù)、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、大氣科學(xué)、海洋學(xué)和水文學(xué)的研究。1.2新一代多普勒天氣雷達常規(guī)天氣雷達的探測原理是利用云雨目標(biāo)物對雷達所發(fā)射電磁波的散射回波來測定其空間位置、強弱分布、垂直結(jié)構(gòu)等。新一代多普勒天氣雷達除能起到常規(guī)天氣雷達的作用外，還可以利用物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)來測定降水粒子的徑向運動速度，推斷降水云體的移動速度、風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征、垂直氣流速度等。新一代多普勒天氣雷達可以有效地監(jiān)測暴雨、冰雹、龍卷等災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展；同時還具有良好的定量測量回波強度的性能，可以定量估

4、測大范圍降水；多普勒天氣雷達除實時提供各種圖像信息外，還可提供對多種災(zāi)害性天氣的自動識別、追蹤產(chǎn)品。在實際業(yè)務(wù)應(yīng)用中，多使用其進行短時臨近預(yù)報，即03小時的預(yù)報。1.3氣象移動應(yīng)急雷達車氣象移動應(yīng)急雷達探測裝有自動氣象站、雷達系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、遠程會議系統(tǒng)等現(xiàn)代化系統(tǒng)設(shè)備，就像一個移動的氣象站，可以在現(xiàn)場采集溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量等氣象數(shù)據(jù)傳回省氣象局，現(xiàn)場制作天氣預(yù)報，同時與后方展開視頻會議，為防災(zāi)減災(zāi)的調(diào)度、地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報等提供科學(xué)依據(jù)。1.4高空氣象探測雷達L波段高空氣象探測系統(tǒng)是我國自主研制的新一代探空系統(tǒng)，它由二次測風(fēng)雷達和電子探空儀配合，可探測從地面至3000米大氣層

5、的風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、氣壓、濕度五個氣象要素進行綜合探測，也可以進行風(fēng)向和風(fēng)速的單獨探測。它具有探測精度高、采樣速率快、使用方便等特點，實現(xiàn)了高空氣象探測儀器的數(shù)字化和自動化，它的研制成功，縮短了與世界先進水平的差距，是我國高空氣象探測裝備的更新?lián)Q代產(chǎn)品。1.5對流層風(fēng)廓線儀對流層風(fēng)廓線儀采用固態(tài)有源相控陣技術(shù)，能夠不間斷地提供150米至8公里/16公里高度范圍內(nèi)的大氣水平風(fēng)場、垂直氣流、大氣虛溫以及大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等氣象要素隨高度的分布，為天氣預(yù)報、數(shù)值預(yù)報、強對流天氣臨近預(yù)報與氣象災(zāi)害搶險決策提供實時探測數(shù)據(jù)。1.6自動氣象觀測場安裝氣象儀器進行地面氣象觀測的場地。觀測場四周必須空曠平坦，

6、避免建在陡坡、洼地或鄰近有鐵路、公路、工礦、煙囪、高大建筑物的地方。避開地方性霧、煙等大氣污染嚴(yán)重的地方。觀測場內(nèi)氣象儀器的相對位置、高度等都有明確的要求?；鶞?zhǔn)站、基本站、一般站、輻射站站址的遷移必須上報審批，有嚴(yán)格的流程。根據(jù)實際觀測的不同，觀測場內(nèi)可觀測大氣氣體成分及其濃度、氣溶膠粒子、大氣溫度、濕度、壓力、風(fēng)、蒸發(fā)、降水、輻射能、云、大氣能見度、大氣電學(xué)和光學(xué)現(xiàn)象等要素。1.7公路氣象站公路氣象站由分布在高速公路沿線的若干個高速公路自動氣象站聯(lián)網(wǎng)組成，對高速公路沿線的能見度、風(fēng)向風(fēng)速、氣溫、濕度、雨量、路面狀況（表面溫度、干濕狀況、結(jié)冰）等進行自動監(jiān)控，并將監(jiān)測信息及時傳送到監(jiān)控中心，公

7、交通管制系統(tǒng)參考，在惡劣或極端氣象條件下能及時發(fā)出警示信息，以多種方式告知管理人員和駕駛員，以提高高速公路的安全行車水平。高速公路自動氣象站配置靈活，各種觀測傳感器可以根據(jù)需求靈活取舍。1.8海洋浮標(biāo)站海洋浮標(biāo)站以錨定在海上的觀測浮標(biāo)為主體組成的海洋水文氣象自動觀測站。它能按規(guī)定要求長期、連續(xù)地為海洋科學(xué)研究、海上石油（氣）開發(fā)、港口建設(shè)和國防建設(shè)收集所需海洋水文氣象資料，特別是能收集到調(diào)查船難以收集的惡劣天氣及海況的資料。浮標(biāo)上裝有傳感器組，傳感器組是測量各種參數(shù)的探頭，通常安裝在浮標(biāo)體上的有風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、氣溫、濕度（或露點）、表層水溫、鹽度（電導(dǎo)率）、流向、流速、波高、波周期、波向等傳

8、感器。有些浮標(biāo)還在系纜繩上安裝著測量不同深度水層溫、鹽、深度的傳感器。海上浮標(biāo)價格高昂，另外海水的強腐蝕性，浮標(biāo)站壽命比地面氣象觀測站要短的多，因此海上氣象資料很珍貴。1.9干濕球溫度表、最高溫度表、最低溫度表（人工觀測用）干濕球溫度表：測量空氣溫度和濕度的一對并列安置的溫度表。干濕球溫度表是同時測定空氣溫度和濕度的一對規(guī)格相同，裝置在小百葉箱中的溫度表。一支用來測定氣溫，稱“干球溫度表”；另一支球部包扎一條紗布，紗布的下部浸到一個帶蓋的水杯內(nèi)。杯口距球部3cm，杯中盛蒸餾水（只允許用醫(yī)用蒸餾水），供濕潤濕球紗布用，稱“濕球溫度表”。濕度是根據(jù)熱力學(xué)原理由干球溫度表與濕球溫度表的溫度差值計算得

9、出。最高溫度表：測定一定時段內(nèi)最高溫度的溫度表。其構(gòu)造特點是在溫度表的球部和細(xì)管的連通處特別狹窄。升溫時，水銀體積膨脹，通過狹窄處上升；降溫時，球部水銀體積收縮，狹窄處水銀柱斷裂，細(xì)管內(nèi)的水銀柱留在原處，頂端示度即為該時段的最高溫度。觀測后輕輕甩動溫度表，使細(xì)管中的水銀下落與球部水銀相接，然后平放原位，待下次觀測。最低溫度表：測定一定時段內(nèi)最低溫度的溫度表。最低溫度表的感應(yīng)液是酒精，它的毛細(xì)管內(nèi)有一啞鈴形游標(biāo)。當(dāng)溫度下降時，酒精柱便相應(yīng)下降，由于酒精柱頂端表面張力作用，帶動游標(biāo)下降；當(dāng)溫度上升時，酒精膨脹，酒精柱經(jīng)過游標(biāo)周圍慢慢上升，而游標(biāo)仍停在原來位置上。因此它能指示上次調(diào)整以來這段時間內(nèi)的

10、最低溫度。1.10地面溫度表（人工觀測用）測定地表面溫度所用溫度表，包括普通地面溫度表、地面最高溫度表和地面最低溫度表。它們基本上與測定氣溫的干球、最高、最低溫度表相同，只是由于地面溫度變化范圍較寬，它們的刻度和測量的范圍較大。1.11毛發(fā)濕度計人的頭發(fā)有一種特性，它吸收空氣中水汽的多少是隨相對濕度的增大而增加的，而毛發(fā)的長短又和它所含有的水分多少有關(guān)。利用這一變化即可制造毛發(fā)濕度計。用酒精等物將毛發(fā)洗凈除油脂，以毛發(fā)十根為一束裝置在容器中，利用杠桿原理，擴大它的伸縮藉指針直接在刻度板上指出濕度。設(shè)空氣完全干燥時，指針?biāo)傅奈恢脼?。空氣中水蒸汽達到飽和狀態(tài)時，指針?biāo)傅牡胤剿阕?00，再用干

11、濕球濕度計和它相核對，刻出度數(shù)，這樣就可直接測出空氣的相對濕度了。毛發(fā)濕度計的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，使用方便，唯一的缺點是不夠準(zhǔn)確。1.12毛發(fā)濕度表利用脫脂毛發(fā)長度隨空氣相對濕度變化的性能而制成的能顯示相對濕度的一種濕度表。一根長約22厘米的脫脂人發(fā)作為感應(yīng)元件，毛發(fā)在重錘的作用下，始終處于拉緊狀態(tài)。當(dāng)空氣濕度增大時，毛發(fā)因吸濕而伸長，固定在曲柄上的球狀重錘便下移，帶動指針軸和指針順時針偏轉(zhuǎn)，相對濕度示值增大；當(dāng)空氣濕度減小時，吸附在毛發(fā)上的水蒸發(fā)，毛發(fā)縮短，指針反時針偏轉(zhuǎn)，相對濕度示值減小。1.13通風(fēng)干濕表通風(fēng)干濕表是一種攜帶方便，精度較高，適宜于野外勘測的測量空氣濕度的儀器。整套儀器由一對感

12、應(yīng)部分為柱狀的溫度表、支架、三通管及通風(fēng)管組成，并附有專用直流穩(wěn)壓電源、雙控開關(guān)和電纜。其作用原理和百葉箱中的干濕球溫度表基本相同，所不同的是它采用電動通風(fēng)裝置，使流經(jīng)濕球球部的空氣速度恒定為（2.5m/s），以提高測定濕度的準(zhǔn)確性。1.14雙金屬溫度計雙金屬溫度計是一種測量中低溫度的現(xiàn)場檢測儀表?？梢灾苯訙y量各種生產(chǎn)過程中的-80-+500范圍內(nèi)液體蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。工業(yè)用雙金屬溫度計主要的元件是一個用兩種或多種金屬片疊壓在一起組成的多層金屬片，利用兩種不同金屬在溫度改變時膨脹程度不同的原理工作的。是基于繞制成環(huán)性彎曲狀的雙金屬片組成。一端受熱膨脹時，帶動指針旋轉(zhuǎn)，工作儀表便顯示出熱電勢所

13、應(yīng)的溫度值。1.15鉑電阻溫度傳感器根據(jù)溫度不同電阻不同。將鉑電阻接入電路中，通過觀察電流的變化就可以知道電阻的變化。在把不同溫度下的電流都記錄下來，繪出溫度-電阻圖，就可以在知道電阻的情況下，推測出溫度的數(shù)值。由于其低廉的價格以及準(zhǔn)確的性能，鉑電阻溫度傳感器在自動氣象觀測中得到廣泛應(yīng)用。1.16土壤濕度觀測設(shè)備土壤水份傳感器由不銹鋼探針和防水探頭構(gòu)成，可長期埋設(shè)于土壤和堤壩內(nèi)使用，對表層和深層土壤進行墑情的定點監(jiān)測和在線測量。與數(shù)據(jù)采集器配合使用，可作為水分定點監(jiān)測或移動測量的工具（即農(nóng)田墑情檢測儀）。適用于科學(xué)試驗、節(jié)水灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養(yǎng)、污水處理及各種

14、顆粒物含水量的測量。1.17空氣濕度傳感器空氣濕度傳感器主要用來測量空氣濕度，感應(yīng)部件采用高分子薄膜濕敏電容，位于桿頭部，這種具有感濕特性的電介質(zhì)其介電常數(shù)隨相對濕度而變化?？諝鉂穸葌鞲衅髦饕脕頊y量空氣濕度，感應(yīng)部件采用高分子薄膜濕敏電容，位于桿頭部，這種具有感濕特性的電介質(zhì)其介電常數(shù)隨相對濕度而變化。1.19風(fēng)向風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器是可連續(xù)監(jiān)測上述地點的風(fēng)速、風(fēng)向，其傳感器組件由風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、傳感器支架組成。光電型的風(fēng)向傳感器采用低慣性輕金屬的風(fēng)向標(biāo)響應(yīng)風(fēng)向，帶動同軸碼盤轉(zhuǎn)動，此碼盤按格雷碼編碼并以光電子掃描,輸出對應(yīng)風(fēng)向的電信號。光電型的風(fēng)速傳感器采用低慣性輕金屬風(fēng)杯，隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)

15、，帶動同軸截光盤轉(zhuǎn)動，以光電子掃描輸出脈沖串，輸出相應(yīng)于轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖頻率對應(yīng)值，便于采集及處理。1.20一體風(fēng)傳感器螺旋槳式一體化風(fēng)向風(fēng)速傳感器是機械式風(fēng)傳感器，主要由測風(fēng)旋槳、尾舵、機身、機芯、機座和信號轉(zhuǎn)換電路等部分組成，具有抗，外型美觀，安裝方便等特點，在海上使用可靠性高，壽命長。風(fēng)速測量是利用一個低慣性的三葉螺旋槳做為感應(yīng)元件，槳葉隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)并帶動風(fēng)速碼盤進行光電掃描輸出相應(yīng)的電脈沖信號。風(fēng)向測量是由豎直安裝在機身的尾翼測定的，風(fēng)作用于尾翼，使機身旋轉(zhuǎn)并帶動風(fēng)向碼盤旋轉(zhuǎn)，此碼盤按8位格雷碼編碼進行光電掃描輸出脈沖信號。1.21大氣壓力傳感器大氣壓力傳感器用于空氣壓力、海拔高度的測量，是自動

16、氣象站的配套產(chǎn)品。傳感器是在單晶硅片上擴散上一個惠斯通電橋，電壓阻效應(yīng)是橋壁電阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個差動電壓信號。此信號經(jīng)專用放大器，再經(jīng)電壓電流變換，將量程相對應(yīng)的信號轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)420mA/15VDC。1.22直接輻射表直接輻射表用于測量光譜范圍為0.3mm-3mm的太陽直輻射量。當(dāng)太陽直輻射量超過120W/m2時與日照時數(shù)記錄儀連接，也可直接測量日照時數(shù)。該表具有自動跟蹤功能，該跟蹤裝置精度高，一星期內(nèi)轉(zhuǎn)角誤差在0.25o以內(nèi)，既少于1分鐘。只要正確安裝，既可實現(xiàn)準(zhǔn)確的自動跟蹤。操作簡便，精度高。1.23總輻射表、紫外輻射表輻射表，是測量輻射強度的儀器。總（反、散）輻射表、分光譜輻射表及長

17、波輻射表都是采用光電轉(zhuǎn)換感應(yīng)原理，與各種輻射記錄儀或輻射電流表配合使用，能夠準(zhǔn)確地測量出太陽的總輻射、反射輻射、散射輻射、紅外輻射、可見光、紫外輻射、長波輻射等。輻射表被廣泛地應(yīng)用于太陽能利用、氣象、農(nóng)業(yè)、建筑、材料老化、大氣污染及生態(tài)考察等部門。1.24日照計日照計定義是記錄一天中太陽直接輻射達到一定輻照度的時間的儀器。暗筒式日照計又稱喬唐式日照計，上部是一個黃銅制的圈筒，兩邊各穿一小孔。兩孔距離的角度為120度，但孔要前后錯開，以免上下午午日影重合。筒內(nèi)放一涂有藥水的感光紙，光線在上下午都能穿過小孔而射入筒內(nèi)，使感光紙感光，而留下一條藍色線條。筒上裝一隔光弧板，使上下午光明確分開（除正午一

18、、二分鐘內(nèi)，陽光可同時進入兩孔，其余時間陽光均只能從一孔進入）筒口有一蓋緊緊蓋住筒口，以免日光進入使感光紙失效。從感光紙上感光線條的長度就可計算出日照的時間。1.25翻斗式雨量傳感器翻斗式雨量傳感器是用來測量自然界降雨量，同時將降雨量轉(zhuǎn)換為以開關(guān)量形式表示的數(shù)字信息量輸出，以滿足信息傳輸、處理、記錄和顯示等的需要。翻斗式雨量傳感器適用于氣象臺（站）、水文站、農(nóng)林、國防等有關(guān)部門用來遙測液體降水量、降水強度、降水起止時間。用于防洪、供水調(diào)度、電站水庫水情管理為目的水文自動測報系統(tǒng)、自動野外測報站,為降水測量傳感器。1.26稱重式雨雪計稱重式雨雪計用于測量采樣桶所收集的液態(tài)和固態(tài)雨水。它堅固耐用，

19、可長期穩(wěn)定高精度的測量液態(tài)、固態(tài)或固液混合降水而無須維護保養(yǎng)。由于其采用了稱重法和敞開式的采樣桶設(shè)計，因此不管是毛毛細(xì)雨還是傾盆大雨，在6-1800mm/h雨量強度范圍內(nèi)它都可以獲得可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，當(dāng)然這是傳統(tǒng)的翻斗式雨量計所做不到的。另外，稱重式雨雪計突破了翻斗式雨量計無法測量固態(tài)降水的局限，在今后的自動氣象觀測中擁有更大的前景。1.27虹吸式雨量計虹吸式雨量計用于連續(xù)記錄液態(tài)降水量，并可用來測定降水強度和降水起止時間，適用于氣象臺（站）、水文站、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等有關(guān)單位。承水口使用鑄銅件，筒身使用鍍鋅鐵板錫焊成型。由承雨器、虹吸、自記和外殼四個部分組成。在承雨器下有一浮子室，室內(nèi)裝一浮子與上面

20、的自記筆尖相聯(lián)。雨水流入筒內(nèi)，浮子隨之上升，同時帶動浮子桿上的自記筆上抬，在轉(zhuǎn)動鐘筒的自記紙上繪出一條隨時間變化的降水量上升曲線。當(dāng)浮子室內(nèi)的水位達到虹吸管的頂部時，虹吸管便將浮子室內(nèi)的雨水在短時間內(nèi)迅速排出而完成一次虹吸。虹吸一次，雨量為10毫米。如果降水現(xiàn)象繼續(xù)，則又重復(fù)上述過程。最后可以看出一次降水過程的強度變化、起止時間，并算出降水量。1.28蒸發(fā)傳感器用于觀測水面蒸發(fā)在不同時間段變化規(guī)律的儀器，可直接與蒸發(fā)桶或與標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)池配套使用，用以監(jiān)測水面蒸發(fā)量的測量儀器。它的量測精度、穩(wěn)定性遠優(yōu)于超聲波型及其它類型的水面蒸發(fā)傳感器，又能夠?qū)崟r遠傳，適于裝備各地區(qū)、各種類型的蒸發(fā)站、氣象站。1.

21、29能見度傳感器能見度傳感器，通過測量空氣中經(jīng)過采樣室的的離散光粒子（煙霧、塵土、陰霾、霧、降雨和降雪）的總數(shù)來測量大氣能見度（氣象光學(xué)距離）。42°角的特殊設(shè)計，保證了更大的測量范圍，從而使檢測到的數(shù)據(jù)更具有代表性。1.30閃電定位儀是一種監(jiān)測雷電發(fā)生的氣象探測儀器，是指利用閃電輻射的聲、光、電磁場特性來遙測閃電放電參數(shù)的一種自動化探測設(shè)備，并把經(jīng)過預(yù)處理的閃電數(shù)據(jù)實時地通過通訊系統(tǒng)送到中心數(shù)據(jù)處理站實時進行交匯處理，可全天候、長期、連續(xù)運行并記錄雷電發(fā)生的時間、位置、強度和極性等指標(biāo)。1.31大氣電場儀大氣電場儀是直接安裝在地面上對雷云電荷量（或稱大氣靜電場場強）進行監(jiān)測，在晴好

22、天氣下大氣靜電場場強為± 500V/m，但當(dāng)暴風(fēng)雨來臨時，大氣靜電場場強會激增至±15kV以上。大氣電場儀就是通過對電場極性變化的探測和分析，實現(xiàn)對暴風(fēng)雨來臨和雷擊可能性的預(yù)警。1.32探空氣球、探空儀探空氣球：探空氣球主要用于把無線電探空儀攜帶到高空，以便進行溫度、壓力、濕度和風(fēng)等氣象要素的探測。探空氣球有圓形、梨形等不同形狀。球內(nèi)充入適量的氫氣或氦氣，可升達離地3040千米，約上升到30千米高空后自行爆裂。探空氣球投資少，成本低，見效快，相對載重量大，飛行時間長，攜帶儀器姿態(tài)穩(wěn)定，觀測數(shù)據(jù)資料精度高、用時短，靈活性大，施放不受地域和氣候因素影響。目前，雖然更先進的工具如探空火箭、氣象雷達、氣象衛(wèi)星等廣泛應(yīng)用，但探空氣球仍是氣象研究中不可缺少的工具，常用于作為其他探測儀器的標(biāo)定。探空儀：搭載在探空氣球上，用于大氣壓力、高度、經(jīng)緯度、溫度