《大气探测学》课后答案

《大气探测学》习题参考答案第1章绪论1．大气探测学研究的对象、范围和特点是什么？大气探测是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察和测定，并对获得的记录进行整理。

研究范围是近地层大气、高空大气以及一些特殊区域的大气（如大气边界层，城市热岛环流，峡谷风场，海陆风场等）。

大气探测的特点：随着科学技术的发展，大气探测的要素量和空间范围越来越大。

分为近地面层大气探测、高空大气层探测和专业性大气探测。

近几十年来，作为主动遥感的各种气象雷达探测和作为被动遥感的气象卫星探测，以及地面微波辐射探测等获得较多信息的大气探测方法，正在逐步进入常规大气探测领域。

这些现代大气探测技术应用于大气科学的研究领域，极大的丰富了大气探测的内容。

2．大气探测的发展主要有那几个时期？①创始时期。

这是在16世纪末发明第一批大气探测仪器以前的漫长时期，这期间发明了相风鸟、雨量器和风压板等，不能对大气现象进行连续记录。

②地面气象观测开始发展时期。

16世纪末，随着气象仪器的发明，开始了气象要素定量测量阶段。

③高空大气探测的开始发展时期。

这时期陆续有人采用系留气球、飞机及火箭携带仪器升空，进行高空大气探测。

④高空大气探测迅速发展时期。

这时期，前苏联、德国、法国、芬兰等国家都开始研制无线电探空仪，以及其他高空探测技术，为高空大气探测事业开辟了新的途径。

⑤大气探测的遥感时期。

1945年美国首次将雷达应用于气象观测，后来发射了气象火箭和探空火箭，把探测高度延伸到了500千米。

⑥大气探测的卫星遥感时期。

这个时期，大气探测不仅从根本上扩大了探测范围，也提高了对大气探测的连续性。

3．简述大气探测原理有那几种方法？①直接探测。

将探测元件直接放入大气介质中，测量大气要素。

应用元件的物理、化学性质受大气作用而产生反应作用的原理。

②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，分为主动遥感和被动遥感。

③施放示踪物质。

向大气施放具有光学或金属性质的示踪物质，利用光学方法或雷达观测其随气流传播和演变规律，由此计算大气的流动状况。

④模拟实验。

有风洞模拟和水槽模拟。

风洞模拟大气层边界层风、温及区域流场状况。

水槽模拟大气层环流、洋流、建筑物周围环境流场特征。

可调控温度场，模拟大气边界层的温度层结。

4．大气探测仪器的性能包括那几个？①精确度。

即测量值与实际值的接近程度。

又包括仪器的精密度和准确度。

精密度考察的是连续测量值彼此相互间的接近程度。

准确度考察的是测量值与实际值的接近程度。

探测仪器的精确度取决于感应元件的灵敏度和惯性。

②灵敏度。

即单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化。

③惯性（滞后性）。

即仪器的动态响应速度。

具有两重性，大小由观测任务所决定。

④分辨率。

即最小环境改变量在测量仪器上的显示单位。

⑤量程。

即仪器对要素测量的最大范围。

取决于所测要素的变化范围。

5．如何保证大气探测资料的代表性和可比性？代表性分为空间代表性和时间代表性。

要保证大气探测资料的空间代表性，原则上要确定台站地形具有典型性。

站址的选择、观测站的建立要防止局地地形地物造成大气要素不规则变化。

一般说来，平原地区的台站资料代表性较好，山区、城市台站资料代表性较差。

要保证时间代表性，则要保证大气要素观测的同时性。

要保证大气探测资料的可比性，则要求观测时间、观测方法、仪器类型、观测规范、站台地理纬度、地形地貌条件等的一致性。

第2章云的观测1．叙述积状云、层状云、波状云的基本特征。

积状云：积状云包括积云，积雨云和卷云，积状云一般个体比较明显，云块之间多不相连；层状云：层状云包括卷层云，高层云，雨层云和层云，它们的共同特征是云体均匀成层；波状云：波状云包括卷积云，高积云和层积云，它们的共同特征是云块常成群，成行，呈波状排列。

2．叙述卷积云与高积云、高积云与层积云各有何异同？①卷积云与高积云共同点：云块比较小，一般成群，成行，呈波状排列；不同点：卷积云呈白色细鳞片状，像微风吹拂水面而成的小波纹；而高积云在厚薄，形状上有很大差异，薄的云呈白色，能见日月轮廓，厚的云呈暗灰色，日月轮廓分辨不清，常呈扁圆状，瓦块状，鱼鳞片或水波状的密集云条。

②高积云与层积云共同点：云块在厚薄，形状上都有很大差异，云块一般成群，呈层，呈波状排列；不同点：高积云云块较小，轮廓分明常呈扁圆状，瓦块状，鱼鳞片或水波状的密集云条，层积云云块一般较大，有的成条，有的成片，有的成团；高积云薄的云块呈白色，能见日月轮廓，厚的云块呈暗灰色，日月轮廓分辨不清，层积云常呈灰白色或灰色，结构比较松散，薄的云块可辨太阳的位置。

3．叙述卷层云与高层云、高层云与雨层云、雨层云与层云有何异同？①卷层云与高层云相同点：云体均匀成层；不同点：卷层云呈透明或乳白色，透过云层日月轮廓清楚，地物有影，常有晕的现象；高层云呈灰白色或灰色，运抵常有条文结构，常布满全天；②高层云与雨层云相同点：云体均匀成层，常布满全天；不同点：高层云呈灰白色或灰色，云底常有条纹结构；雨层云低而漫无定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常有碎雨云；③雨层云与层云相同点：云体均匀成层；不同点：云层云低而漫无定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，层云呈灰色，很象雾；雨层云云层厚度常达到4000-5000米，层云云底很低但不接触地面。

4．叙述荚状、堡状、絮状云的形成机理，各代表什么气层状况？荚状云：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，另外由于过山气流，或上升、下沉气流汇合而形成的驻波也会产生荚状云，多预示晴天；堡状云：包括堡状层积云和堡状高积云，，堡状层积云是由于较强的上升气流突破稳定层之后，局部垂直发展所形成；堡状高积云是由于中云的局部对流强烈而在局部垂直发展而形成的；如果天空出现堡状层积云而且大气中对流持续增强，水汽条件也具备，则往往预示有积雨云发展，甚至有雷阵雨发生；堡状高积云一般预示有雷雨天气；絮状云：絮状云有絮状高积云，是由强烈的湍流作用将使空气抬升而形成，预示将有雷阵雨天气来临。

5．叙述碎积云、碎层云、碎雨云的外形与成因有何不同？从外形上看：碎积云通常个体很小，轮廓不完整，形状多变，多为白色碎块；碎层云的云体为不规则的碎片，形状多变，移动较快，呈灰色或灰白色；碎雨云的云体低而破碎，形状多变，移动较快，呈灰色或暗灰色；从成因上看：碎积云往往是破碎了的或初生的积云，当大气中对流增强时，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；碎层云往往是由消散中的层云或雾抬升而形成；碎雨云常出现在许层云，积雨云或厚的高层云下，是由于降水物蒸发，空气湿度增大，在湍流作用在下水气凝结而成。

6．简述对流云从淡积云Cu hum发展到鬃积雨云Cb cap的物理过程。

淡积云cu hum云体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形突起，垂直发展不旺盛，云底较扁平；当大气对流运动增强时，淡积云向浓积云发展此时轮廓仍然清晰，云底仍然较平，但云体个体高大而且底部比较阴暗，云的垂直发展旺盛，垂直高度一般大于水平宽度，顶部的圆弧形开始重叠突起，变得象花椰菜的样子；当对流继续增强，云继续垂直发展，云顶就开始冻结，云顶花椰菜形的轮廓渐渐模糊，即形成了秃积雨云，此时云的丝絮状就够还不太明显，云体的其余部分仍有浓积云的特性；到积雨云发展的成熟阶段会形成鬃积雨云，它的云顶呈白色，丝絮状结构明显，常呈马鬃状和铁砧状，底部阴暗，气流混乱。

以上就是从淡积云Cu hum——浓积云Cu cong ——秃积雨云Cb calv——鬃积雨云Cb cab 的过程。

7．对下面的记录进行分析，并描述天空状况，包括云状、云量、云的特征及可能伴随出现的天气现象等。

答：在8h时，天空中的总云量为4/10，低云量占2/10。

低云为淡积云或碎积云，或两者同时存在。

低云的云状为：云的个体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形的突起，云块较扁平分散孤立在天空，或者是个体很小，轮廓不完整，形状多变的白色碎积云。

中云为积云状高积云（絮状的或堡状的）或堡状层积云。

云状为云块的边缘破碎，象破碎的棉絮团，云块大小以及在空中的高低都很不一致，或者是云块细长，底部水平，顶部凸起有垂直发展的趋势，看上去象城堡或长条形锯齿。

高云为毛卷云，云状为云体很薄，呈白色，毛丝般的纤维状结构清晰，云丝分散。

从中云的情况来看，空中的气层不稳定，有较强的上升气流，云层可能会继续发展。

在10h时，总云量为6/10，低云量占4/10。

低云已经发展为浓积云伴有淡积云和层积云。

云状为：浓积云的个体高大，轮廓清晰，底部较平，比较阴暗，垂直发展较旺盛，顶部呈圆弧形重叠。

中云为由积云扩展而成的积云性高积云。

云块大小不一致，呈灰白色，外形略有积云特征。

高云已由毛卷云发展成为密卷云。

云体较厚，云丝密集，聚合成片，边缘毛丝般纤维结构仍较明显。

浓积云在早晨的发展，预示着大气层结不稳定，也许会有积雨云产生。

在12h时，总云量继续增多，占到8/10，低云量也在增多，占到6/10。

低云为浓积云的继续发展，中云为积云性高积云的继续发展。

高云不能观测清楚。

从云的发展来看，大气层结仍处于不稳定状态，天气可能还要进一步地转坏。

在14h时，低云已经遮满天空，即总云量和低云量都为10/10。

低云已经发展成为鬃积雨云，带有砧状，并且可伴有积云、层积云、层云或恶劣天气下的碎云。

鬃积雨云的云顶有明显的白色毛丝般的纤维结构，并扩展成为马鬃状或铁砧状，底部阴暗混乱。

在云底可能有形状破碎、多变，移动较块，呈灰色或暗灰色的碎雨云。

由于低云的遮挡，这时看不清属于CM 和CH 的云。

鬃积云的出现表明对流云已经发展到极盛阶段，并发展成为成熟的积雨云，这会产生较强的阵性降水，可能伴有大风、雷电等现象。

在16h 时，总云量仍为10/10，低云布满天空，但有空隙。

低云为恶劣天气下的碎雨云，通常在高层云或雨层云之下。

它的云体低而破碎，形状多变，移动较快，呈灰色或暗灰色。

透过低云的云缝隙，可辨别中云为混乱天空的高积云，云底的高度不同，中空不稳定。

高云不可辨别。

由中云和低云预测大气层结仍处于不稳定状态，可能会由雷雨天气。

第3章 能见度的观测1． 影响能见度的因子有哪些？影响能见度的因子有大气透明度、目标物和背景的亮度对比和观测者的视力指标——对比视感域ε。

大气透明度是影响能见度的主要因子。

大气中的气溶胶粒子通过反射、吸收、散射等机制削弱光通过大气的能量。

导致目标物固有亮度减弱。

所以，大气中杂质愈多，愈浑浊，能见度就愈差。

在大气中目标物能见与否，取决于本身亮度，又与它同背景的亮度差异有关。

比如，亮度暗的目标物在亮的背景衬托下，清晰可见；或者亮的目标物在暗的背景下，同样清晰可见。

表示这种差异的指标是亮度的对比值K 。