《大气探测学》教学大纲

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： 44学时，实验（含上机）： 4 学时，课外 0 学时课程性质：必修开课学期：第2学期先修课程：大学物理适用专业：大气物理教材：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）（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；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、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章高空风的探测（3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（1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第13章高空温压湿的探测（2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：探测记录的处理第14章主动式大气遥感（2学时）14.1电磁波传输基础知识（0.5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（0.5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章被动式大气遥感（2学时）15.1气象卫星基础知识（0.5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（0.5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：作业： 3 次，课程论文：0 篇；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：平时成绩、期中考试成绩和期末考试成绩等综合计算五、参考书目王振会等，大气探测学，气象出版社，2011.张文煜等，大气探测原理与方法，气象出版社，2007.张霭琛等，现代气象探测（第2版），北京大学出版社，2015.WMO,气象仪器和观测方法指南（第六版），中国气象局网络监测司，2005.WMO，Guide to Meteorological Instrumentsand Methods of Observation (seventh edition),2008.大气探测学实验Practices of Atmospheric Observations一、课程基本情况课程总学时：48实验总学时： 4学分：3开课学期：第2学期课程性质：必修对应理论课程：大气探测学适用专业：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、实验课程的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。