现代大气探测学-第七讲-地面风的测量-夏俊荣49页PPT
大气探测学资料
1、按照探测方法分，大气探测分目测、直接探测和遥感三种。
2、所谓遥感，又称为间接探测，就是指仪器与被测大气不直接接触进行的探测。
遥感又分为主动遥感和被动遥感。
主动式大气遥感是指遥感器向大气发射信号，并通过接收被大气散射、吸收或折射后的信号，从中反演气象要素的方法和技术。
被动式大气遥感是指遥感器接收大气自身发射或散射的自然信号，从中反演气象要素的方法和技术。
3、按照探测范围分，大气探测分为地面气象观测和高空气象探测两种。
4、地面气象观测是指在地面上以目力或仪器对近地面层的大气状况和天气现象进行的观测。
5、高空气象探测，是指对自由大气各气象要素的直接或间接探测。
6、常规的高空气象探测，是指利用气球携带无线电探空仪对空中气温、湿度、气压和风进行的探测，其最大探测高度为35km，又称为无线电高空气象探测。
7、按照大气平台分，大气探测分为地基探测、空基探测和天基探测。
8、按照探测时间分，大气探测分为定时观测和不定时观测。
9、一个比较完整的现代化大气探测系统，包括探测平台、探测仪器、通信系统和资料处理系统四部分。
10、根据国际标准化组织（ISO）的定义，标准器可分为基准、二级标准、国际标准、国家标准、工作标准、传递标准、移云式标准等。
1643年托里拆利发明了水银气压表1783年德索修尔发明了毛发湿度表11、在气象测量中，铂电阻温度传感器已基本取代了400多年的玻璃温度表，其测量误差不超过+-0.2℃。
12、目前湿敏电容传感器的测量准确度在0℃以上只能达到3％-5％RH,在0℃以下为5％-8％RH，在低湿条件下其测量准确度虽然高于铂电阻通风干湿表，但在5℃以上时要比铂电阻通风干湿表低。
13、短波辐射的测量准确率达到1％-2％，长波辐射的测量准确率达到2W.m-214、大气探测在未来15-20年内，大气探测将向以下几个方发展。
（1）、地面气象观测以自动气象站为主，组成自动遥测网。
（2）、电子探空仪、GPS探空仪取代机械探空仪应用于业务系统。
地面气象观测方法PPT课件
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主要内容
一、地面气象观测的组织工作 二、观测场的场地要求和仪器布局 三、常规地面气象要素的观测 四、自动气象观测系统 五、地面气象观测中可能存在的误
差分析 六、加密区域自动站简介
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一、地面气象观测的组织工作
（一）地面气象观测的作用
仪器安装要求：所有的观测仪器和设备 安装严格按照《地面气象观测规范》进行 安装，误差在允许的范围内。
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观 测 场 仪 器 布 局 图
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测量要素 气温
测量范围 -50～+50℃
相对湿度
0～100％
气压 风向
500～1100hPa（任 意200hPa）
0～360°
风速
0～60m/s
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干湿球温度表：通过在同一环境条件下的干球、湿球两支温度示值差
异，计算出湿度要素：水汽压、露点温度、相对湿度。属于间接测量
湿度的方法。
毛发湿度表：主要用于高原、高寒地区，利用不同湿度条件下，毛发
的伸缩量变化测量湿度，直接测量. 相对湿度。
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自动站采用铂电阻作为测温元件，根据铂电阻
的电阻值随温度变化的原理来测定温度的。铂电阻 丝烧制在细小的玻璃棒或磁板上，外面有金属保护 管。铂电阻在0 ℃时的电阻值R0为100Ω，以0℃作 为基点温度，在温度t时的电阻值Rt为
三、常规气象要素的观测
(二） 器测项目（7）
➢ 7. 冻土
冻土是指含有水分的土壤因温度下降到 0℃或以下而呈冻结的状态。
承担冻土观测的气象站，应根据埋入土中 的冻土器内水结冰的部位和长度，来测定冻 结层次及其上限和下限深度。
第5章 地面风的测量
104第5章 地面风的测量5.1 概述5.1.1 定义风速是由许多在时、空上随机变化的小尺度脉动叠加在大尺度规则气流上的一种三维矢量。
在有关诸如空中污染传播和飞机着陆之类的问题中，需要将风速作为三维矢量考虑。
然而，就本指南的目的而言，地面风将主要作为二维矢量来考虑，即规定风向和风速两个数来表示。
以快速脉动为特征的风则称之为阵风。
大多数使用风的数据的用户需要平均的水平风，通常是在极坐标上表示出风速和风向。
越来越多的应用还需要风的变动性（即风的阵性）的资料。
为此目的，需要用到三个量，即阵风的峰值、风速和风向的标准偏差。
以下的定义是在本章中要用到的（详细资料可参见Mozzarella, 1972）：平均值（Averaged quantities ）：是在10分钟——30分钟时间段的平均的量（即水平风速）。
本章只涉及10分钟时间段的平均量（航空应用可能需要更短时间的平均量，可参见本书第二编第2章）。
标准偏差（Standard deviation ），即{}212)(s s -：式中的s 是与时间有关的信号（即水平风速），而上面带横线的（即s ）是其时间平均值。
标准偏差是用来表征某一特定信号的脉动大小。
阵风峰值（Peak gust ）：在规定的时间间隔内观测到的最大风速。
在每小时的天气报告中，阵风峰值就作为前一整小时的风的极值。
阵风持续时间（Gust duration ）：是对所观测的阵风峰值的持续时间的一种量度，这个持续时间决定于测量系统的响应。
慢响应系统抹去极值而测到了长而平滑的阵风；快响应系统观测到许多尖锐的峰，这就是阵风，只有短短的持续时间。
为了定义阵风持续时间，采用了一种理想的名为单滤波器的测量链，用它对输入的风信号取—在0t 秒时间的运行平均值。
在此滤波器之后观测到的极值就定义为具有持续时间0t 的阵风峰值。
其它的具有不同的滤波作用单元的测量系统，只要它是具有在积分时间0t 的运行平均值滤波器并能产生具有相同高度的极值，就可以认同它能测量具有持续时间0t 的阵风（进一步的讨论可参阅Beljaars, 1987; WMO, 1987）。
大气探测第七章：地面风的观测
7.1 概 述
2．风向：
指风的来向。 人工观测，用十六 方位表示，以拉丁 文缩写记录； 自动观测，风向以 度(°)为单位。
➢最多风向：指在 规定时间段内出现 频数最多的风向。
风向符号与度数对照表
7.1 概 述
3．风速：
是空气质点在单位时间内所移动的水平距 离。以米/秒为单位，定时观测取整数，自 记记录取一位小数。 ➢最大风速：是指在某个时段内出现的最 大十分钟平均风速值。 ➢极大风速(阵风)：是指某个时段内出现 的最大瞬时风速值。 ➢瞬时风速：是指三秒钟的平均风速。
7.2 风的传感器
➢风向标：
是各种测风仪器中用以指示风向的最主要的 部件。分为头部（维持平衡也称平衡锤）、 水平杆与尾翼三部分。整个风向标可绕垂直 轴旋转。它的重心正风向标作用原理：
当风的来向与风向标成某一个交角时，风对风向 标产生压力，这个力可分解成平行和垂直于风向 标的两个分力。由于风向标头部受风面积较小， 尾翼受风面积较大，因而感受的风压不相等，垂 直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直 轴旋转，直至风向标头部正好对着风的来向时， 由于翼板两边受力平衡，风向标就稳定在某一位 置。
5．阵风：
➢阵风（风的阵性）：是指瞬时风向风速在 平均值附近涨落的变化和分布特性。WMO关 于“阵风”的定义是：在规定时间间隔 （指十分钟）内，风速偏离其平均值的一 个正的或负的偏距，其持续时间不超过两 分钟者。 ➢阵风观测：主要有两个变量，风速和风向 的标准偏差、阵风峰值。
7.1 概 述
6．气象站风的观测项目：
6 强风 大树枝摇动，电线呼呼有声，撑伞困难。高的草不 时倾伏于地
7 疾风 全树摇动，大树枝弯下来，迎风步行感觉不便
8 大风 可折毁小树枝，人迎风前行感觉阻力甚大 9 烈风 草房遭受破坏，屋瓦被掀起，大树枝可折断
《大气探测学》重点内容
第二章云的观测1.熟悉各类云的主要特征。
2.各相似云之间的区别。
3.熟悉云形成的基本过程。
4.理解一般云和对流云的演变过程。
第三章能见度、天气现象、地面状态的观测1.影响能见度的因子有哪些？2.何谓有效能见度？如何确定“能见”和“不能见”，白天和夜间有何不同，白天能见度的观测如何判定？3.能见度仪的分类及工作原理？4.哪些天气现象与能见度有关？5.积雨云的出现可能会带来哪些天气现象？6.天气现象分类，及各类中天气现象间的区别？第四章气压的观测1．动槽式和定槽式水银气压表的构造及工作原理。
3．水银气压表为什么要进行读数订正？试说明各项订正的物理意义。
5．金属空盒有哪些特性？试述空盒气压表和气压计的构造原理，造成他们测量误差的主要原因是什么？6．为什么要进行海平面气压订正？其订正值的准确度与什么因素有关？为什么？7.气压传感器的工作原理。
第五章空气温度的观测1.试述玻璃液体温度表的测温原理，并比较水银与酒精温度表的优缺点。
2.最高和最低温度表的构造与性能有何不同？各自的工作原理是什么？3.双金属片测温原理是什么？4.热电偶测温原理是什么？测温方法主要有哪两种？5.金属电阻温度表与热敏电阻温度表的测温特性有何不同？6.地温测量有哪些项目，主要的测量仪器有哪些，各有何特点？7.为什么地表温度的测量要比空气温度的测量复杂？第六章空气湿度的观测1.试述常用的测湿方法和其代表仪器。
2.干湿球温度表为何可用来测定空气湿度？3.干湿表测湿系数A与风速的关系如何？为什么会随风速的变化而变化？干湿表测湿有哪些误差？5.试述毛发的特性？为什么毛发表的刻度不均匀，而湿度计自记纸的刻度却是均匀的?7.湿敏电容湿度传感器的工作原理?第七章降水与蒸发的观测1.雨量筒规格及安装2.翻斗式雨量传感器工作原理3.测量蒸发的仪器有哪些？掌握其测量方法第八章----地面风的观测1.掌握多齿光盘、格雷码盘测量风速、风向的原理2.掌握EL电接风风向、风速记录整理3. 对测风仪器的安装有什么要求？第九章----积雪、冻土、电线积冰的观测测量积雪、冻土、电线积冰的仪器有哪些？掌握积雪、冻土观测记录方法。
大气探测各章节汇总
第一章1、什么是大气科学？什么是大气探测？大气科学是研究地球大气的特性、结构、运动规律以及大气中各种现象的发生、发展的一门学科。
大气探测是大气科学研究的基础，没有大气探测，大气科学就无从发展。
大气探测已逐渐成为大气科学的一个重要分支——大气探测学。
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。
2、大气探测分类地面气象观测、高空气象观测、专业气象观测3、测量标准基本概念一个实物量具，计量仪器，标准物质或测量系统，用以定义、实现、保存或复现一个量的单位或一个量值、或多个量值，以作为一个标准。
4、测量结果的重复性、复现性、不确定度等概念重复性：在同样的测量条件下，对同一被测的量进行多次测量的结果之间相一致的程度。
复现性：在不同条件下，对相同的被测量进行测量的结果之间相一致的程度。
不确定度：与测量结果有关的一种变量，指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度（也表示结果的可信程度）。
5、测量误差的概念、表示方法、根据性质不同的分类误差：测量的结果减去被测量的真值。
表示方法：绝对误差、相对误差。
分类：系统误差、随机误差、过时误差6、时制和日界的基本概念时制:也就是时间制度北京时是指东经120°的地方时，为全国通用的标准时各地的平均太阳时，叫做该地的地方平均太阳时，简称地平时真太阳时以太阳在天空的实际位置作为时间的标准，当太阳通过当地的子午线的一瞬即为真太阳时的正午。
太阳两次通过当地子午线的时间间隔称为一个真太阳日日界：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。
7、大气探测的三性要求代表性：所谓代表性，一般可以表述为某一瞬间，在给定区域的任一点（或空间一定点给定时段的任一时刻）测得的要素值在所规定的精度范围内，对该地区（或该时刻）是可信的话，即可认为该测定值具有代表性。
大气探测课件 第二、三、八章 能见度天气现象地面状态的观测
相应的能见距离。
灯光目标物的选择
1. 应选择孤立的点光源作为目标灯，不 宜选择成群、成带、重叠的灯光
2. 目标灯的灯光强度应固定不变 3. 应是不带颜色、没有灯罩的白色光源
(除白炽灯外，碘钨灯、汞灯等均不 适宜) 4. 应位于开阔地带，不受地方性烟雾的 影响
1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪
滴状的液态降水， 下降时清楚可见，强度 变化较缓慢，落在水面 上会激起波纹和水花， 落在干地上可留下湿斑。
一、 天气现象的特征
1.雨 2.阵雨 3.毛毛雨 4.雪 5.阵雪 6.雨夹雪 7. 阵性雨夹雪
开始和停止都较突
然、强度变化大的液态 降水，有时伴有雷暴。
– 若某目标物轮廓清晰，但没有更远或看不到更 远的目标物时，则：
• 目标物颜色、细微部分清晰可辨，能见度为该目标 物距离5倍以上。
• 目标物颜色、细微部分隐约可辨，能见度为该目标 物距离的2.5倍到5倍。
• 目标物颜色、细微部分很难分辨，能见度为该目标 物距离的1倍到2.5倍。
目标物（顺时针排列） 1、电线塔 2、信号塔（盘城小学） 3、长望塔 4、尚贤楼 5、南钢烟囱
透射式能见度仪优缺点
• 优点：是标准仪器，可做检定标准。 • 缺点：需选择一 足够长基线，而且要保持
准确的光源到探测器的光轴。在自然条件 下，大风引起支架的颤动将会造成误差。
散射式能见度仪原理
在光源光路的侧面测量由于空气 分子、各种气溶胶粒子微细的雾滴 引起的侧向散射光通量。
散射式能见度仪类型
能见度、天气现象、地 面状态的观测
第一节：能见度的观测
能见度的定义
大气探测学
1、大气探测概述：指利用科技手段对大气和近地层的大气物理过程、现象及其化学性质等进行系统观察和测量。
2、地面观测站分类：基准气候站、基本/一般/无人值守/高空气象站。
3、探测原理：①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。
②遥感探测：根据电磁波在大气传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化。
4、探测仪器主要性能：准确度（仪器测量值与真值的符合程度，用相对误差表示，误差小准确度高）灵敏度（待测量变化Δx引起的指示仪器输出变化Δy，α=Δy/Δx）惯性（仪器动态响应速度，惯性小变化快）；分辨率（导致一个测量系统变化的最小环境改变量）量程（仪器测量范围）稳定度（仪器性能随时间变化率）。
5、三性要求：①准确性（测量值与真实值误差大小程度）：系统误差、随机误差。
②代表性（探测值能代表一定空间范围和时间段的平均状况）：空间代表性，主要表现在选址上；时间代表性，多次测量取的平均值和选具有一定惯性的仪器可提高代表性。
③可比较性（不同测站、时间的测量值能进行比较）：只改测站体现大气要素地区分布特点；只改时间体现大气要素随时间变化特点。
6、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。
7、云的观测：判定云状、估计云量、测定云高、选定云码★8、云状：（选择题）一、低云→积云【淡积云①、碎积云②、浓积云③】；积雨云【秃积雨云④、鬃积雨云⑤】；层积云【透光层积云⑥、蔽光层积云⑦、积云性层积云⑧、堡状层积云⑨、荚状层积云⑩】；层云【层云⑾、碎层云⑿】；雨层云【雨层云⒀、碎雨云⒁】①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。
②破碎的不规则积云块（片），个体不大、形状多变。
③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。
地面气象观测基础知识课件
普通温度计
用于测量空气温度和地表温度。
最高温度计和最低温度计
用于测量一天中的最高和最低温度。
温度传感器
用于自动记录温度。
湿度计
干湿球湿度计
测量空气湿度的一种传统方法。
毛发湿度计
一种毛发材料制成的传感器，用 于测量空气湿度。
电阻式湿度计
利用电阻值的变化来测量湿度。
气压计
水银气压计
测量大气压的一种传统方法。
VS
详细描述
城市热岛效应是由于城市高楼大厦和硬化 路面等建筑物对地表太阳辐射的吸收和反 射作用，使得城市地区气温高于周边农村 地区。这种现象会导致城市地区空气污染 加重、能源消耗增加等问题，因此需要采 取措施进行监测和评估，以便采取相应的 措施进行改善。
气候变化对生态环境的影响研究
要点一
总结词
要点二
气压传感器
用于自动记录气压数据。
等压面观测
利用多个气压观测数据计算出大气层的高度。
风向风速计
风向标
01
测量风向的一种传统方法。
风杯风速计
02
测量风速的一种传统方法。
超声波风速计
03
利用超声波测量风速。
雨量器
翻斗式雨量器
测量降雨量的传统方法。
遥测雨量器
利用遥感技术测量降雨量。
自动雨量站
自动记录降雨量的系统。
构建服务平台的关键
建立一个集数据收集、处理、存储、分发于一体的服务平台，以支持地面气象观测数据的 共享和应用。
云计算和大数据技术的运用
利用云计算和大数据技术可提高数据处理和分析能力，为气象服务提供更强有力的支持。
观测数据的深度挖掘和应用拓展
数据挖掘的价值
测风员培训
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（4）采煤工作面不设固定的测风站， 但必须随工作面的推进选择支护完 好、前后无局部阻力物的断面上测 风。
风速）v表与实际风速（真风速）v真的
关系可用风表校正曲线来表示。风表 出厂时都附有该风表的校正曲线，风 表使用一段时间后，还必须按规定重 新进行检修和校正，得出新的风表校 正曲线。图1-3为风表校正曲线示意图。
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图1-3 风表校正曲线示意图
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风表的校正曲线还可用下面的表达式来表 示：
均风速v均。 平均风速v均与最大风速v大的比值叫做巷道的风
速分布系数（速度场系数），用K速表示，其值 与井巷粗糙程度有关，巷道周壁越光滑，K速就
越大，即断面上的风速分布越均匀。
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据调查，对于砌碹巷道，K速=0.8~0.86；木棚支 护巷道，K速=0.68~0.82；无支护巷道，K速
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（四）超声波风速计
超声波风速计是利用超声波技术， 通过测量气流的卡蔓涡街频率来测 定风速的仪器，目前主要用于集中 监控系统中的风速传感器。它的特 点是结构简单，寿命长，性能稳定， 不受风流的影响，精度高，风速测 量范围大。
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三、测风方法及步骤
（一）测风地点
v真＝a＋bv表
（1-2）
式中 v真——真风速，m/s；
a——表明风表启动初速的常数，决定
于风表转动部件的惯性和摩擦力；
b——校正常数，决定于风表的构造尺
寸；
v表——风表的指示风速，m/s。