大气探测资料
大气探测概论(基础知识班)
信息网络系统
基本气象信息 加工预测系统
气象服务系统
中国气象局业务技术体制改革
通过深化改革，力争在3到5年内，建立基本满足 国家需求、功能先进、结构优化的多轨道、集约 化、研究型、开放式业务技术体制，增强气象业 务和服务能力，提升气象科技水平。
发展多轨道业务 完善预报预测体系 强化信息与技术保障体系 加强气象教育培训体系 健全综合观测体系 构建公共气象服务体系 完善气象科技创新体系 调整业务组织机构
发展简史
气象要素定量测量阶段：16世纪中叶 高空大气探测发展阶段：20世纪20年代 大气遥感探测发展阶段：20世纪40年代后期 现代大气综合探测系统的发展
发展简史 气象要素定量测量阶段
1593年，意大利 伽利略 （G.Galileo）发明 气体温度表 1643年，意大利 托里拆利（ E.Torricelli）发明 水银气压表 1662年, 英国 列恩（C. Wren）设计了雨量器 1664年, 法国 巴黎天文台开始气象观测 1667年, 英国 胡克（R. Hooke）制作了风压板 1674年，英国 波义耳（R.Boyle）制作了自记湿度计 1706年，德国 华伦海特（G.D.Fahrenheit）制作了酒精温度表 1774年，瑞士德索修尔（H.B.de saussure）发明太阳温度表 1802年，法国 拉马克（Lamarok）提出云的分类法 1820年，德国 勃伦特斯（H.W.Brandes）绘制第一张等压线图 1385年，中国 南京北极阁司天台改为观象台，观天象，测风雨、 物候和地震地磁，24小时观测。1669年迁至北京。 1872年, 中国 上海徐家汇建立观象台，开始气象观测工作 1912年, 中国 在北京成立中央观象台，1915年开始绘制天气图
大气探测学实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景大气探测学是研究大气状态和变化规律的一门学科，其目的是为了更好地了解和预测大气现象，为气象预报、气候研究、环境保护等领域提供科学依据。
本实验旨在使学生掌握大气探测的基本理论、仪器使用方法和数据处理技能。
二、实验目的1. 理解大气探测的基本原理和方法。
2. 掌握常用大气探测仪器的使用和操作。
3. 学会收集、处理和分析大气探测数据。
4. 培养学生严谨的科学态度和团队协作精神。
三、实验内容本次实验主要分为以下几个部分：1. 地面气象观测（1）实验目的：了解地面气象观测场的基本要求，掌握地面气象观测仪器的使用方法。
（2）实验仪器：百叶箱、温度计、湿度计、气压计、雨量计、风速计等。
（3）实验步骤：① 观察观测场周围环境，了解其选择原则。
② 按照规范要求，布置观测仪器。
③ 观测并记录温度、湿度、气压、降水量、风速和风向等气象要素。
④ 分析数据，计算各项气象要素的平均值、极值等。
2. 温度观测（1）实验目的：掌握温度观测方法，了解温度计的工作原理。
（2）实验仪器：温度计。
（3）实验步骤：① 观察温度计的结构，了解其工作原理。
② 在观测场内，按照规范要求，放置温度计。
③ 观测并记录温度值。
④ 分析数据，计算温度变化趋势。
3. 湿度观测（1）实验目的：掌握湿度观测方法，了解湿度计的工作原理。
（2）实验仪器：湿度计。
（3）实验步骤：① 观察湿度计的结构，了解其工作原理。
② 在观测场内，按照规范要求，放置湿度计。
③ 观测并记录湿度值。
④ 分析数据，计算湿度变化趋势。
4. 气压观测（1）实验目的：掌握气压观测方法，了解气压计的工作原理。
（2）实验仪器：气压计。
（3）实验步骤：① 观察气压计的结构，了解其工作原理。
② 在观测场内，按照规范要求，放置气压计。
③ 观测并记录气压值。
④ 分析数据，计算气压变化趋势。
5. 降水观测（1）实验目的：掌握降水观测方法，了解雨量计的工作原理。
（2）实验仪器：雨量计。
（3）实验步骤：① 观察雨量计的结构，了解其工作原理。
(完整版)大气探测重点
第一章绪论1.直接探测、直接探测原理？直接探测：将感应元件置放于测量位置上，直接测量大气要素的变化。
直接探测原理：根据元件的物理、化学性质受大气某种作用而产生反应的特点。
例子：温度表，水银液体的热胀冷缩性质。
2.遥感探测、遥感探测原理？遥感探测：探测元件不放置于测量物体上，间接反演大气要素的变化遥感探测原理：是根据大气中声、光、电等信号传播过程中性质的变化，反演出大气要素的时空变化例子：鸽子照相，胶片对光的感应；卫星，辐射传输的变化3.主动遥感、被动遥感？主动遥感（发射能量）：设备具有声、光、电磁波发射源，在其测量空间中大气特性对其传播信号产生相应的吸收、散射、反射形成带有大气特征的回波信号。
如：测云雨雷达被动遥感（不发射）：直接探测来自大气的声、光、电磁波信号。
如：一些气象卫星传感器4.几个概念（决定仪器性能的首要因素是感应原理，由感应原理决定了仪器的主要性能指标）：灵敏度：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化，仪器的灵敏度与它的感应原理有关。
精确度：是指测量值与实际值（真值）接近的程度，可以通过仪器误差的数值进行衡量。
惯性（时间常数）：指仪器的响应速率，它与电子仪器常用的时间常数的意义相同。
稳定性（坚固性）：主要指被测量与输出信号（读数）之间的检定关系的年变化率。
*5.大气探测的三性要求：代表性准确性比较性（书上14-15）第二章云的观测1.云的分类、特征及其国际简写（特征见书上22-32）2.云量的记录方法云量是指云遮蔽天空的成数，将天空分为10成。
记录要素：总云量、低云量，记整数不计小数。
总云量：天空被所有云遮蔽的成数；低云量：天空被低云遮蔽的成数，记录方法：云量布满天空时记为10；占十分之一时记为1，以此类推；布满天空但是又有缝隙时记为10-；天空云量小于二十分之一时记为无云；记录时总云量为分子，低云量为分母。
例1：天空有两层云，下层为层积云Sc，从云隙中判断上层为卷积云Cc，布满全天。
大气探测复习资料
⼤⽓探测复习资料1.何为⼤⽓探测、地⾯⽓象观测、⾼空探测？答：⼤⽓探测是利⽤各种探测⼿段，对地球⼤⽓各个⾼度上的物理状态、化学性质和物理现象的发⽣、发展和演变进⾏观察和测定。
地⾯⽓象观测是利⽤⽓象仪器测定近地层的⽓象要素值，以及⽤⽬⼒对⾃由⼤⽓中的⼀些现象如云、光、电等进⾏观测。
⾼空探测是⽤⽓球、雷达、⽕箭、卫星等⼿段对⾃由⼤⽓进⾏探测。
2.⽓象观测资料的“三性”是什么？其关系如何？答：⽓象观测资料的“三性”是代表性、准确性、⽐较性。
观测资料的代表性、准确性和⽐较性之间是互相联系、互相制约的。
观测资料的代表性是建⽴在准确性的基础之上的，没有准确性也就谈不上代表性；然⽽，只有准确性⽽没有代表性的观测资料，也是难以使⽤的。
同时，观测资料的⽐较性，也必须以观测资料的代表性和准确性为前提，因为如果观测资料既⽆代表性，⼜⽆准确性，也就没有了时空⽐较的意义。
所以观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。
3.简述⽓象观测的时制、⽇界？真太阳时、地平时、标准时之间的关系如何？答：时制：以⼀定的时间间隔作为时间单位，并以⼀定的起始瞬时计量时间的系统。
⽓象观测的时制有真太阳时、地⽅时、北京时等。
⽓象观测的⽇界：⼈⼯器测⽇照以⽇落为⽇界，辐射和⾃动观测⽇照采⽤地平时24时为⽇界，其余项⽬均以北京时20时为⽇界。
真太阳时=地平时+时差；地平时=标准时+（本站经度-120）×4分钟/每经度。
附：为什么要提出⽓象观测资料的“三性”？解答：⼤⽓探测是在⾃然条件下进⾏的。
由于⼤⽓是湍流介质，造成⽓象要素值在空间分布的不均⼀以及时间上具有脉动变化的特点，⼤⽓的这种特性，要求在台站⾼度分散的情况下，取得的⽓象资料必须准确地代表⼀个地区的⽓象特点，⽽在⽓象资料使⽤⾼度集中的情况下，⼜能使各个地区的⽓象资料能够互相⽐较，以了解地区间的差异。
这是从⼤⽓运动的特点对⽓象资料提出的“代表性”、“准确性”和“⽐较性”的要求。
8. 云的观测主要内容是什么？答：云的观测主要内容是：判定云状、估计云量、测定云⾼、选定云码。
大气探测学低云
积雨云多由水滴、过冷水滴、冰晶、 雪花组成，有时还包含有霰粒、冰雹。在 云内有强烈的上升、下沉气流区，可观测 到速度为几十米/秒的上升、下沉气流，并 经常出现起伏不平的云底。
浓积云是由大小不同的水滴组成，小 水滴直径一般为5-50微米之间；大水滴多 出现在100-200微米之间。当垂直气流很强， 发展旺盛时，顶部温度在-10 C以下，可出 现霰和冰晶。有时顶部出现一条白云，叫 做幞状云。
2、积雨云 Cb 特征：云体庞大、浓厚，很象耸立的
高山，顶部已开始冻结，呈白色，轮廓模 糊，有的有毛丝般的纤维结构。云底阴暗， 气流混乱，起伏明显，有时呈悬球状结构， 常有雨幡下垂，或伴有碎雨云。
（1）透光层积云 Sc tra
特征：云块较薄、呈灰白色，排列整齐， 云块之间常有明显缝隙，边缘比较明亮。
（2）蔽光层积云 Sc op
云块较厚，呈暗灰色，云块之间无缝隙， 常密集成层，底部有明显的波状起伏，常布 满全天，可产生降水。
（3）积云性层积云 Sc cug
云块较大，呈灰白色，多为条状，顶部 具有积云特征。是由衰退的积云或积雨云扩 展而成。也可由傍晚地面湿热空气上升凝结 而成。它的出现一般表示对流减弱，天气系 统逐渐趋向稳定，但有时可降小雨。
特征：云的个体不大，轮廓清晰，底部较 平，顶部呈圆弧形凸起，垂直发展不旺盛，云 底较扁平，薄的云块呈白色，厚的云块中部有 淡影。分散在空中，晴天常见。
成因：当大气中产生对流运动时，一部分 空气上升，的水平 范围从几十米到几千米，这种大小不等的上升 气块，到达凝结高度时，便形成了许多孤立分 散的对流单体，并形成了大小不一的积云体。
大气探测知识点总结
1.直接探测、直接探测原理直接探测：将感应元件置放于测量位置上，直接测量大气要素的变化。
直接探测原理：根据元件的物理、化学性质受大气某种作用而产生反应的特点。
例子：温度表，水银液体的热胀冷缩性质。
2.遥感探测、遥感探测原理遥感探测：探测元件不放置于测量物体上，间接反演大气要素的变化遥感探测原理：是根据大气中声、光、电等信号传播过程中性质的变化，反演出大气要素的时空变化例子：鸽子照相，胶片对光的感应，卫星，辐射传输的变化3.主动遥感、被动遥感？主动遥感（发射能量）：设备具有声、光、电磁波发射源，在其测量空间中大气特性对其传播信号产生相应的吸收、散射、反射形成带有大气特征的回波信号。
如：测云雨雷达被动遥感（不发射）：直接探测来自大气的声、光、电磁波信号。
如：一些气象卫星传感器4.几个概念：灵敏度，精确度，惯性，稳定性灵敏度：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化，仪器的灵敏度与它的感应原理有关。
精确度：是指测量值与实际值（真值）接近的程度，可以通过仪器误差的数值进行衡量。
惯性：指仪器的响应速率，它与电子仪器常用的时间常数的意义相同。
稳定性：主要指被测量与输出信号（读数）之间的检定关系的年变化率。
5. 大气探测代表性、准确性和比较性的含义。
代表性：观测记录不仅要反映测点的气象状况，而且要反映测点周围一定范围内的平均气象状况。
气象站的暴露状况是决定其代表性的关键因素。
气象站的代表性误差要远大于单纯的仪器系统设定的代表性误差。
在丘陵或滨海地区的气象站，对于较大尺度或中尺度来说，基本不具代表性。
准确性：观测记录应真实地反映实际气象状况。
在气象观测中应使用良好的仪器系统并进行正确操作，以达到所规定的准确度。
在气象观测实际业务中，观测准确性需要熟练的人员、技能培训、良好的装备和技术支持等方面的支撑。
比较性：不同地方的地面气象观测站在同一时间观测的同一气象要素值，或同一个气象站在不同时间观测的同一气象要素值能进行比较，从而能分别表示出气象要素的地区分布特征和随时间的变化特点。
大气探测高技术及应用研究进展
大气探测高技术及应用探究进展引言大气探测是指对地球大气中各种气象因素的观测和探究。
通过利用高技术手段，可以对气象因素进行准确、细致的观测，从而提高天气预报的准确性和预警能力，为人类社会的进步提供重要的科学依据。
本文将从雷达探测技术、卫星遥感技术、超级计算机模拟和辐射探测技术四个方面，综述近年来大气探测高技术及应用探究的最新进展。
一、雷达探测技术雷达探测技术是大气探测中最常用的技术手段之一。
它通过发射电磁波并接收其反射回来的信号，从而得到大气中的各种气象因素信息。
近年来，随着雷达技术的不息进步，大气探测的能力得到了大幅度提升。
1. 多普勒雷达技术多普勒雷达技术是一种能够测量物体相对运动速度的雷达技术。
它通过测量反射回来的信号的多普勒频移，可以获得目标运动的速度信息。
这种技术在大气探测中尤为重要，可以提供对气象因素的速度信息，从而更准确地猜测天气变化。
近年来，多普勒雷达技术的应用已经逐渐普及，并在各地的天气预报中发挥了重要的作用。
2. 相控阵雷达技术相控阵雷达技术是一种能够实现雷达波束的外形和方向可调的技术。
它通过控制雷达天线上的多个元件的相位和振幅，可以实现波束的电调控，从而提高雷达探测的精度和效率。
近年来，随着相控阵雷达技术的不息进步，其在大气探测中的应用越来越广泛。
例如，在雷暴监测中，相控阵雷达可以实现对雷暴的连续跟踪，从而提高对雷暴的预警能力。
二、卫星遥感技术卫星遥感技术是通过利用卫星上的传感器对地球大气进行观测的技术。
它可以提供大范围、实时的气象因素信息，为天气预报和气象探究提供重要的数据支持。
1. 可见光和红外遥感可见光和红外遥感技术是卫星遥感中最常用的技术手段之一。
它通过观测可见光和红外辐射的能力，可以得到大气中云、降水、温度等多种参数的信息。
近年来，随着遥感技术的不息进步，可见光和红外遥感在天气预报中的应用也越来越广泛。
2. 微波遥感微波遥感技术是通过观测微波辐射的能力，得到大气中水汽、降水、海洋风场等信息的技术。
大气探测实验报告
一、实验目的1. 熟悉大气探测的基本原理和方法；2. 掌握常用大气探测仪器的使用和操作；3. 了解大气探测数据的基本处理和分析方法；4. 培养团队合作和实际操作能力。
二、实验内容1. 大气温度、湿度、气压的测量；2. 大气风场的探测；3. 大气颗粒物浓度的测量；4. 大气电磁波探测。
三、实验原理1. 大气温度、湿度、气压的测量：利用温度计、湿度计、气压计等仪器，通过测量大气中水分子的热运动、气压的变化等，得到大气温度、湿度、气压等参数。
2. 大气风场的探测：利用风向计、风速计等仪器，通过测量大气中气流的方向和速度，得到大气风场信息。
3. 大气颗粒物浓度的测量：利用颗粒物采样器、颗粒物分析仪等仪器，通过采集大气中的颗粒物样品，分析颗粒物的质量、数量等，得到大气颗粒物浓度。
4. 大气电磁波探测：利用雷达、激光雷达、卫星遥感等仪器，通过发射电磁波，探测大气中电磁波的传播特性，得到大气结构、云层等信息。
四、实验材料与仪器1. 实验材料：温度计、湿度计、气压计、风向计、风速计、颗粒物采样器、颗粒物分析仪、雷达、激光雷达、卫星遥感数据等。
2. 实验仪器：实验室内仪器设备、实验场仪器设备。
五、实验步骤1. 大气温度、湿度、气压的测量：将温度计、湿度计、气压计放置在实验场，按照仪器说明书进行操作，记录测量数据。
2. 大气风场的探测：将风向计、风速计放置在实验场，按照仪器说明书进行操作，记录测量数据。
3. 大气颗粒物浓度的测量：启动颗粒物采样器，按照仪器说明书进行操作，采集大气颗粒物样品，将样品送至实验室进行分析，得到大气颗粒物浓度。
4. 大气电磁波探测：利用雷达、激光雷达等仪器，按照仪器说明书进行操作，获取大气电磁波探测数据。
六、实验数据记录与处理1. 对实验过程中获得的数据进行记录，包括时间、地点、仪器型号、测量值等。
2. 对实验数据进行整理、分析，得出实验结论。
七、实验结果与分析1. 大气温度、湿度、气压的测量结果：根据实验数据，分析大气温度、湿度、气压的变化规律。
大气探测学-能见度、天气现象、地面状况
3.水平能见度的观测
气象能见度是指视力 正常的人，在当时天气条 件下，能够从天空背景中 看到和辨认出目标物（黑 色，大小适度）的最大水 平距离；
夜间则是能看到和确 定出一定强度灯光的最大 水平距离。
3.水平能见度的观测
有效能见度：是指周围 视野中二分之一以上的范围 都能看到的最大水平距离。 记录时以千米为单位取小数 一位。
一、能见度的观测
1.影响能见度的基本因子 2.适光和暗光 3.水平能见度的观测 4.气象光学视程的仪器测量
1.影响能见度的基本因子
1.大气透明度 2.目标物和背景的属性 3.眼睛的视觉性能
1.影响能见度的基本因子
大气透明度
假如有一目标物， 其原有亮度为B，在通 过了距离为dx的混浊 空气后，亮度被减小 了dB，其在这段距离 的亮度改变率为 dB/B=-αdx，其中α 是大气的消光系数。 若光线在均匀的大气 中通过的路径为L时， 则有：
当 B0＞B时 K＝（B0－B)/B0 当 B0＜B时 K＝（B－B0)/B
0≤K≤1。若B0＝B，则K＝0， 此时，目标物和背景融合在一起， 则无法辨认目标物；若B0＝0，或 B＝0，则K＝1，目标清晰可见。
目标物和背景的属性
1.影响能见度的基本因子
当K＝0时，即目标物与背景亮度完全一样， 就无法从背景上区别出目标物来。但由于人眼镜的 视觉性能，实际上等不到 K＝0，而是当K小到某一 数值ε后，人眼对亮度对比就已经感觉不到了，此 时，目标物已不能见了。我们把人眼开始不能从背 景上再感觉到目标物时的亮度对比的最小值称为 “对比视感阈” ，用ε来表示。当K≥ε时，目标
3.水平能见度的观测
1、选定目标物时，应尽可能以天空为背景； 2、大小适度，视角以0.5－5.0°之间为宜； 3、仰角不宜超过6°，以越接近水平方向越好； 4、颜色应当越深越好，而且亮度一年四季不变
大气探测原理与方法
大气探测原理与方法大气探测技术是地球科学研究中不可或缺的一项重要技术。
通过对大气成分、结构和运动等参数的测量，可以更好地理解大气层的变化和演化过程，掌握天气变化规律，以及对大气环境进行监测和预警。
本文将介绍大气探测的原理与方法。
一、大气探测的原理大气探测的原理主要基于传感器的工作原理，即通过测量特定物理量的变化来推测大气状态。
以下是几种常用的大气探测原理：1. 光学原理：利用光子在大气中的散射、吸收和辐射等特性，通过光束的传播路径和强度变化来推测大气中的物理和化学参数。
例如，利用可见光、红外线和微波束等，可以测量大气中的水汽含量、气溶胶浓度、温度和湿度等。
2. 电磁原理：通过测量电磁信号在大气中的传播和反射等特性，推测大气中的电离度、电场强度和磁场强度等参数。
例如，利用电离层的反射特性可以测量电离层的高度、密度和组成等。
3. 声学原理：利用声波在大气中的传播速度和衰减程度等特性，来测量大气中的温度、风速和风向等参数。
例如，利用声纳技术可以测量大气边界层中的风速剖面。
二、大气探测的方法根据实际应用需求和研究目标的不同，大气探测可以采用多种方法。
以下是几种常见的大气探测方法：1. 地基观测：通过在地面上部署观测站点，利用各种传感器和仪器对大气参数进行实时监测。
地基观测方法可以提供连续、精确的数据，适用于天气预报、气候研究和环境监测等领域。
2. 飞机观测：通过在飞机上安装大气探测设备，对大气参数进行空中观测。
飞机观测方法可以获取较高空间分辨率和时间分辨率的数据，适用于对局地天气和大气边界层等进行详细研究。
3. 卫星观测：通过在轨道上发射和运行大气探测卫星，利用遥感技术对大气参数进行遥感测量。
卫星观测方法可以获得大范围、全球性的数据，适用于对大气环境和气候变化等进行宏观观测。
三、大气探测的应用大气探测技术在各个领域具有广泛的应用价值。
以下是几个典型的应用场景：1. 天气预报和气候研究：通过监测大气参数的变化，可以提供准确的天气预报信息，帮助人们做好防范和调整计划。
大气边界层探测简介
Lyman-α湿度仪原理示意图
§3 大气边界层廓线测量
用于大气边界层廓线直接测量的仪器主
要为低空探空仪和系留探空仪。 系留探空仪是大气边界层探测的主要
工具之一，它可测量地面至1000m高度的大 气温度、湿度、风速、风向、气压等气象 要素。
u u ln( z ) k z0
§2 近地层气象塔测量 ——平均量测量仪器的安装高度
中性条件下近地 层风速随高度可 用对数廓线近似 表示
u u ln( z ) k z0
式中的u为z高度上的风速，u*为摩擦速度，z0为粗糙度 高度，κ为卡门（Karman）常数，一般取0.35-0.40之间的
湿度传感器结构示意图
§2 近地层气象塔测量 ——风速脉动量的测量
风速脉动量测量仪器主要有热线风速仪和超声 风速温度仪，从频率响应特性来讲，热线风速仪是比较
理想的风速脉动量的测量仪器，该类风速传感器的体积非 常小，可做到微米量级，因此具有非常好的频率响应特性， 可以说没有任何一种其它类型的传感器能与热线风速仪的
某个数值。所以在近地层梯度测量中仪器的架设高度一般按 对数律设置。在几十米以下一般取0.5、1.0、2.0、4.0、 8.0、16.0、32.0m等高度，有时为了与气象站测风高度一致， 在10m高度上也安装有风速、风向传感器。
§2 近地层气象塔测量 ——平均温度廓线的测量
温度廓线的测量要求精度为0.01℃，分辨率为
要小于0.5m/s，精度要高于0.1m/s。
§2 近地层气象塔测量 ——平均湿度廓线的测量
湿度可能是测量最为因难的要素之一，湿度测量的 方法很多，所以用于气象塔廓线测量的湿度传感器也比较 多，主要有干湿球法、露点湿度计和高分子吸湿材料制 作的湿度传感器。其中干湿球测湿法是野外实验中经常采
雷达探测大气的基础知识 散射
16
5. 散射函数或方向函数
瑞利散射时的总散射功率
SS
=
Si R2
β (θ ,ϕ)
=
Si R2
16π 4r6 λ4
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ
)
瑞利散射的特征
粒子散射能力与λ 4 成反比。波长越短，散射越 强
粒子散射能力与D 6成正比。粒子半径越大，散 射越强
瑞利散射时方向函数的函数形式：
β
(θ
,
ϕ
)
=
16π 4 λ4
r
6
m2 m2
−1 +2
2
(cos2θcos2ϕ
+
sin
2ϕ )
r：粒子半径
m:折射指数
λ:波长
φ: 任意散射方向与x-y平面之间的夹角
θ: 任意散射方向在x-y平面上的投影与入射波流密度方向之
间的夹角
14
5. 散射函数或方向函数
波长及粒子大小的相态一定时，λ，r，m
E
2 im
21
i =1
球形水滴和冰粒的散射
9. 单个球形粒子的雷达截面(后向散射截面)
雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向(即θ
＝π)的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。因
此，对探测云、雨等有意义的是粒子的后向散射。
对于普遍的球形粒子，根据米氏散射理论，其后向散
射函数
∑ β (π=)
瑞利散射
1871年Rayligh推出散射公式，粒子直径和入射波长
d＜＜λ 的小球形粒子散射。 一般云滴、小雨滴对厘米波长的雷达波的散射可看作
大气探测原理与方法
大气探测原理与方法大气探测是指通过各种仪器和技术手段对大气的组成、结构、属性以及其变化过程进行观测与分析的过程。
大气探测具有重要的科学意义和实际应用价值，可以为气象学、环境科学、天文学等多个学科领域提供重要观测数据。
大气探测的原理主要基于大气介质对辐射的吸收、散射、发射等作用。
不同波长的辐射与大气介质发生相互作用后，其强度、频谱等会发生变化，通过对这些变化的观测可以推断出大气的组成和其他性质。
大气探测的方法主要可以分为主动和被动两种类型。
主动探测方法是指人为发射一定波长的辐射，观测辐射在大气中传播和反射的情况。
这种方法通常包括雷达、激光雷达、声呐等。
其中，雷达是最常用的主动大气探测方法之一。
雷达发射器发射一束雷达波，当这束波遇到大气中的水汽、尘埃、云层等时，会发生散射和吸收，接收器接收到经过散射、反射后的信号，通过分析信号的强度和频谱等参数，可以研究大气层结构、降水、云层、辐射场等情况。
被动探测方法则是利用大气介质对自然辐射的干扰，观测这些干扰信号的变化来推断大气的组成和属性。
这种方法包括遥感技术、光谱观测等。
遥感技术是通过卫星、飞机等载体获取地球表面和大气层信息的技术手段。
卫星遥感是最常用的被动大气探测方法之一，通过地球资源卫星等探测器向地面发射微波、红外等不同波长的辐射，然后接收返回的辐射信号，通过对信号的处理和分析，可以反演大气湿度、温度、云量等参数，并且得到地球表面的植被覆盖、海洋温度等信息。
光谱观测是利用大气对不同波长的电磁辐射的吸收特性进行观测。
由于大气对不同波长的辐射不同的吸收，所以通过监测光谱的变化可以获得大气的信息。
这种方法包括太阳辐射观测、地基观测等。
太阳辐射观测是通过观测太阳辐射穿过大气层的变化，来推断大气的温度、湿度、臭氧等参数。
地基观测是指在地面上布设光谱仪器，观测来自太阳、地面等方向的辐射，通过分析这些辐射的光谱特性来研究大气成分和结构。
总之，大气探测是通过对大气介质与辐射之间相互作用的观测，推断大气的组成、结构、属性和变化过程的一种方法。
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绪论本课程主要目标和任务: 掌握云、能见度、天气现象、温度、湿度、气压、风、辐射等气象要素的观测方法及常用观测仪器（表）的原理、读数方法，理解数据误差，了解观测仪器的安装方法；掌握高空气象观测的方法和基本内容；掌握自动气象站的基本组成和工作原理；了解气象雷达及气象卫星的观测特点、基本组成和主要观测内容。
大气探测是大气科学的重要分支，是大气科学的基础（为天气预报、气候分析、科学研究以及国民经济和国防安全提供气象资料），并使基础理论与现代科学技术相结合，形成多学科交叉融合的独立学科（大气物理学、气象学、传感器技术、遥感技术、电子技术、无线通信技术和空间技术），处于大气科学发展的前沿。
气象业务组织:基准气候站：一般300-400公里设一站，每天观测24次。
基本气象站：一般不大于150公里设一站，每天观测8次。
一般气象站：一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。
高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。
(8:00,20:00北京时)探测原理: 直接测量：感应元件置于待测介质之中，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数。
(11大气)遥感探测：根据电磁波在大气中传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化。
可以分为主动遥感和被动遥感两种方式。
仪器的性能包括：准确度——仪器的测量值（已做各种订正后）与真值的符合程度。
准确度考察的是测量值与实际值的接近程度。
反映的是系统误差和随机误差的合成大小，常用相对误差来表示，其值越小，准确度越高。
灵敏度：仪器的灵敏度就是它的示度在被测要素改变单位物理量时所移动的距离、旋转的角度或显示输出量的大小。
即：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化。
如果被测要素的物理量改变Δx,相应仪器示度改变量为Δy ，则灵敏度表示为：Δy/Δx大气探测的“三性”要求大气探测资料应具备：代表性、准确性和可比性 准确性：反映测量值与真实状况误差大小的程度代表性：探测值代表一定空间范围和时间段的平均状况 可比较性：不同测站和不同时间的 测量值能进行比较观测资料的比较性是建立在一致的基础上，即要求观测时间、观测方法、仪器类型、观测规范、台站地理纬度、地形地貌条件等的一致性。
没有这些一致性，也就谈不上比较性。
大气探测的代表性、准确性以及比较性直接是互相联系、互相制约的。
观测资料的代表性是建立在准确性的基础之上的，没有准确性也就谈不上代表性；然而，只有准确性而没有代表性的观测资料，也是难以使用的。
同时，观测资料的比较性，也必须以观测资料的代表性和准确性为前提，因为如果观测资料既无代表性，又无准确性，也就没有了时空比较的意义。
观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”来衡量。
为提高大气探测资料的代表性和比较性，不仅要重视仪器本身性能的选择，还要对观测场地和仪器架设条件作统一要求，尽量减少周围环境对测量的影响。
第二章 云：是悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒或二者混合的可见聚合体。
有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒。
底部不接触地面。
（与雾的区别） 云的观测：判定云状，估计云量、测定云高、选定云码通常按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为3族、10属、29类xy ∆∆=α雨层云(Ns) 碎雨云(Fn)雨层云层云(St) 碎层云(Fs)层云(St)透光层积云(Sc tra) 蔽光层积云(Sc op) 积云性层积云(Sc cug) 堡状层积云(Sc cast) 荚状层积云(Sc lent)(大探)层积云(Sc)秃积雨云(Cb calv) 鬃积雨云(Cu cap)积雨云(Cb)积云淡积云（Cu hum) 碎积云(Fc)浓积云(Cu cong) 低云透光高积云(Ac tea) 蔽光高积云(Ac op) 荚状高积云(Ac lent) 积云性高积云(Ac cug)絮状高积云(Ac flo) 堡状高积云(Ac cast)高层云(As) 透光高层云(As tra)蔽光高层云(As op)中云高积云(Ac)毛卷云(Ci fil)密卷云(Ci dens)伪卷云(Ci not) 钩卷云(Ci unc)毛卷层云(Cs fil) 匀卷层云(Cs nebu)卷积云(Cc)低云：积云Cu 、积雨云Cb 、层积云Sc 、层云St 、雨层云Ns 。
低云多由水滴组成，垂直发展旺盛的低云由水滴、过冷水滴和冰晶组成。
云底在2500m 以下，随季节、地理纬度变化。
大部分低云都可能产生降水，雨层云常有连续性降水，积雨云多阵性降水，有时降水量很大1.积云 Cu成因：在不稳定层结的空气中，由于热力和动力产生对流作用，使水汽凝结而成的云。
特征：生成的云体垂直向上发展；消散时向水平方向扩展，常为分散孤立大云块。
个体明显，底部较平，顶部成圆弧形或重叠的圆弧形突起。
云块之间多不相联。
发展旺盛的积云，可降小阵雨2）碎积云 Fc卷云(Ci)高云 卷层云(Cs) 卷积云(Cc)> 5000 m特征：在淡积云形成之前或积云被风吹散时，会形成边缘破碎、轮廓不完整、形状多变的碎积云成因：积云体的形成，开始并不很明显，往往是边形成边消散。
所以，形成了薄而边缘破碎的碎积云。
大气中对流增强时，碎积云可以发展成淡积云。
若有强风和湍流时，淡积云的云体会变的破碎，形成碎积云碎积云多由1-15微米的水滴组成.天空中若只有碎积云出现，且无明显发展时，一般表示天气系统稳定1）淡积云Cu hum特征：云的个体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形凸起，垂直发展不旺盛，云底较扁平，薄的云块呈白色，厚的云块中部有淡影。
分散在空中，晴天常见成因：当大气中产生对流运动时，一部分空气上升，四周空气下沉补充，下沉气流区则因绝热增温，不会凝结成云；上升气流的水平范围从几十米到几千米，这种大小不等的上升气块，到达凝结高度时，便形成了许多孤立分散的对流单体，并形成了大小不一的积云体淡积云由直径5-30微米的水滴组成,而北方和高寒地区冬季的淡积云是由冰晶组成,有时会下零星雨雪3）浓积云Cu cong特征：云的个体高大，轮廓清晰，底部较平、阴暗，垂直发展旺盛，垂直高度一般大于水平宽度，顶部呈圆弧形重叠凸起，很象花椰菜成因：浓积云由淡积云发展而成，是对流云发展的旺盛阶段。
一般不产生降水，但有时降小雨。
如果在早晨有浓积云发展，表明大气层结不稳定，常有积雨云发展，甚至有雷阵雨产生浓积云是由大小不同的水滴组成，小水滴直径一般为5-50微米之间；大水滴多出现在100-200微米之间。
当垂直气流很强，发展旺盛时，顶部温度在-10 C以下，可出现霰和冰晶。
有时顶部出现一条白云，叫做幞状云2、积雨云Cb特征：云体庞大、浓厚，很象耸立的高山，顶部已开始冻结，呈白色，轮廓模糊，有的有毛丝般的纤维结构。
云底阴暗，气流混乱，起伏明显，有时呈悬球状结构，常有雨幡下垂，或伴有碎雨云成因：积雨云是对流云发展的极盛阶段。
发展成熟的积雨云常产生较强的阵性降水，并伴有大风、雷电等现象。
有时还会降冰雹，偶尔有龙卷风产生积雨云多由水滴、过冷水滴、冰晶、雪花组成，有时还包含有霰粒、冰雹。
在云内有强烈的上升、下沉气流区，可观测到速度为几十米/秒的上升、下沉气流，并经常出现起伏不平的云底1）秃积雨云Cb calv这种云是浓积云向鬃积雨云发展的过渡阶段。
云顶已开始冻结，云顶花椰菜形的轮廓渐渐模糊，丝絮状结构还不太明显，云体其余部分仍具有浓积云特征。
这是积雨云的初始阶段，存在时间较短促（2）鬃积雨云Cb cap这种云是积雨云发展的成熟阶段。
由秃积雨云发展而成。
云顶白色，丝絮状结构明显，常呈马鬃状和铁砧状，底部阴暗，气流混乱由淡积云——浓积云——秃积雨云——鬃积雨云是对流增强时依此发展形成的为低空积状云的四个阶段。
当对流减弱，云内下沉气流占主导作用时，云体将逐渐瓦解消散，演变成其它的云3、层积云Sc特征：云块较大，在厚薄、形状上有很大差异，常呈灰白或灰色。
薄的云可辨别太阳位置，厚的云比较阴暗。
云块常成群、成行或成波状排列。
布满天空，犹如大海的波涛成因：在多数情况下，层积云是由于空气的波状运动和湍流混合作用使水汽凝结而成。
有时是由强烈的辐射冷却而形成的。
一般表示天气稳定，若层积云逐渐加厚，甚至融合成层，则表示天气将有变化。
低而厚的层积云往往产生降水层积云厚度一般从几百米到二千米。
多由直径为5-40微米的水滴组成。
在冬季出现的层积云也可能由冰晶、雪花组成1）透光层积云Sc tra特征：云块较薄、呈灰白色，排列整齐，云块之间常有明显缝隙，边缘比较明亮（2）蔽光层积云Sc op云块较厚，呈暗灰色，云块之间无缝隙，常密集成层，底部有明显的波状起伏，常布满全天，可产生降水（3）积云性层积云Sc cug云块较大，呈灰白色，多为条状，顶部具有积云特征。
是由衰退的积云或积雨云扩展而成。
也可由傍晚地面湿热空气上升凝结而成。
它的出现一般表示对流减弱，天气系统逐渐趋向稳定，但有时可降小雨（4）堡状层积云Sc cast云块细长，底部平整，顶部凸起，有垂直发展地趋势。
远处看去，好象城堡或长条形锯齿堡状层积云是由于较强的上升气流突破稳定层后，局部垂直发展所形成的。
如果大气中对流继续增强，水汽条件也具备，则往往预示有积雨云发展，甚至有雷阵雨产生（5）荚状层积云Sc lent中间厚、边缘薄，形似豆荚、梭子状的云条。
个体分明。
在山区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荚状云4、层云St(1)层云St云体均匀成层，呈灰色，很象雾，云底很低，但不接触地面，一般由直径5-30微米的水滴或过冷水滴组成。
厚度一般400—500米层云是在气层稳定的情况下，由于夜间强烈的辐射冷却或湍流混合作用使水汽凝结或由雾抬升而成。
层云经常在日出后由于气温升高，稳定层结被破坏而随之消散。
有时层云也会降毛毛雨或米雪（2）碎层云Fs云体为不规则的碎云片，形状多变，移动较快，呈灰色或灰白色，往往是由消散中的层云或雾抬升而成。
天空出现碎层云多预示晴天5、雨层云Ns(1) 雨层云Ns灰暗的均匀云层，能完全遮蔽日月，云底常伴有碎雨云。
云底混乱，没有明显的界限，云层水平分布范围很广，常布满全天。
云层厚度4000—5000米。
一般有连续性降水。
云层较高的雨层云，常形成下垂的雨幡或雪幡。
雨层云多由高层云发展而成，如可从蔽光高积云、蔽光层积云演变而成。
（2）碎雨云Fn云体低而破碎，形状多变，移动较快，呈灰色或暗灰色，常出现在雨层云、积雨云或高层云下。
是由于降水物蒸发，空气湿度增加，在湍流作用下水汽凝结而成。
这种低而破碎的云，叫作恶劣天气下的碎雨云。
所谓，恶劣天气，一般指降水时或降水前后的天气状况（黑云压境）(自动化)中云中云由水滴、过冷水滴与冰晶混合组成。
云底高度一般在2500—5000米之间。
高层云常产生降水中云包括：高层云As、高积云Ac1、高层云As云体均匀成层，呈灰白色或灰色，云体常有条纹结构，多出现在锋面云系中，常布满全天高层云是由直径5-20微米的水滴、过冷水滴和冰晶组成演变成雨层云Ns时，云底有时出现雨幡、雪幡，产生降水演变过程：毛卷云Ci fil ——密卷云Ci dens ——卷层云Cs ——高层云As ——雨层云Ns（1）透光高层云As tra薄而均匀的云层，呈灰白色，日月朦胧可见，好像隔了一层毛玻璃(2）蔽光高层云As op云体较厚，厚度较均匀，呈灰色，布满全天，不见日月，可产生连续性或间歇性降水2、高积云As云块较小，轮廓分明，在厚薄、形状上差异很大，薄的云块呈白色，能见日月轮廓；厚的云块呈灰色，日月轮廓分辨不清。