第七章 天气现象的观测仪器

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7.4 闪电定位系统（续） 2、定义
天电：是大气中闪电放电产生的电磁波。 阴极射线定向仪：是—种无线电定向仪，其中有两 个相同的、指向相配合的天线系统用来按收信号， 并在一个双通道按收机中放大，然后加到阴极肘级 管的电子束偏转系统上。 天电源地：是一群天电的源地(风暴中心)。 当地闪电计数器：记录一个站周围闪电总次数的仪 器。 天电定位：是从天电观测中推断的电闪估计位置。 源：是天电发生源地。
序


云和天气现象这类目测内容将改为仪器观测 天气现象大致分为六类：
1. 地面凝结 2. 降水 3. 雾 4. 雷电 5. 光 6. 强风相关
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7.1 降水量的测量

雨量筒：
构造 放置
使用
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7.1 降水量的测量（续）

翻斗式雨量计：
构造 原理
缺点
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7.1 降水量的测量（续）
①
② ③
能分辨出云地闪击和云间闪击；对云、对地 闪击应能分辨出首次以及随后各次的闪击。 对于大的闪击，如峰值电流在16KA以上的 闪击探测效率为90%。 闪击落地的定位精确度应到天气现象仪测的小型元件。
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7.5.1 下垫面状态探头
这种探头首先使用于高速公路的自动站系统中，英 文称 Pavement Surface Sensor。 它实际上是一个组件，包括：
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7.3 能见度仪（续） 7.3.2 散射式能见度仪
后向散射仪，通常在其壳体的上面、下面或
里面彼此并排并且几乎是平行地安装发光器 和收光器。 这类仪器优于前面所述仪器之处，就在于其 对大气的采样体积要比前者大得多。
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7.4 闪电定位系统 1、引言
天电，可定义为大气中闪电放电产少的电磁波。 闪电常常迅速释放居大能量，因而有可能对几千公 里远的天电源定位。 人们已经查明，一些其它现象如阵雪也能产生类似 的效果，但它们只是局地性的。 —般来说，天电源的定位是探测雷暴的一个手段， 能为天气分析与预报提供有价值的观测资料。
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7.3 能见度仪（续） 7.3.1 透射式能见度仪
这类仪器在操作和使用方面的特点，使它特
别适合于航空气象观测的需要。 但是这并不排除在基本天气观测或气候观测 方面的使用，因为此测量简而易行。 缺点是此仪器所测的大气注长度常小于气象 光学视称，一般认为这个距离太短。不过这 可以通过扩展观测时段，在该时段内进行一 系列观测而部分地得到弥补。

当选定的目标物情况有改变，或被其它物体遮蔽而 不能继续观测时，应另选目标物代替，并将情况记 入能见度日标物(灯)登记表的备注栏。
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7.3 能见度（续） 7.3.2 白天能见度观测
三、白天能见度的观测 应在固定地点观测，根据“能见”的最远目 标物来决定观测时的能见度的级数，计入观 测薄。 在拍发天气报告的时间还应加计能见度的米 数。如果各方向能见度不一致，则应以当时 的有效能见度为准。
降水性质的信息。
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7.2 激光云高仪
原理：
发射低功率的激光束遇到云层将往下反射或者散
射回波，检测发射激光与回波信号的时间差 △t , 即可得到检测云层的高度 h = c△t/2 (c为光 速)
工作原理框图7.7 最大探测高度可达7.5km。
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7.3 能见度
能见度反映了大气透明的程度。
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7.3 能见度（续） 7.3.3 夜间能见度观测
夜间由于光照条件限制，能见度观测最好是
用发光物体(如灯光)作为目标物，根据灯光强 度和距离，查出相应的能见距离。在无条件 利用目标灯进行观测的情况下，则只能根据 天黑前能见度的变化趋势、当时天气现象和 气象要素的变化情况，结合实践经验加以估 计。 夜间观测能见度时，应先在黑暗处停留至少 五分钟，待眼睛适应环境后进行观测。

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7.4 闪电定位系统（续） 6、法国Dimensions公司的闪电定位
这种天线系统的定位精度优于十字正交磁场
天线4~5倍。 Dimensions公司同时把接收频段设在无线电 波成直线传播的VHF波段，大约在 110~118MHz，避免了Impact系统的许多缺 点。
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7.4 闪电定位系统（续） 7、闪电定位技术要求的指标

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7.4 闪电定位系统（续） 3、天电观测的目的与应用
借助于天电数据对雷暴活动区的定位，为气
象工作者提供有价值的补允资料。 对于观测站稀少的广大海洋或其它地区，这 种资料尤为可贵。 它也能提供气团的不稳定性以及锋面、飑线、 热带风暴和龙卷的位置和移动的线索，并能 帮助对过去天气过程的研究。
光学雨量计：
工作原理：测量雨滴经过一束光线时，由于雨滴
的衍射效应引起光的闪烁，闪烁光被接收后进行 谱分析，其谱分布与单位时间通过光路的雨强有 关。 光学雨量计的结构图
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7.1 降水量的测量（续）
仪器的输出接口：
RS 232 RS 485
模拟电压
仪器输出信息号通过带通滤波器。 输出信号的数值及其组合可以得到降水强度及其

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7.3 能见度仪（续） 7.3.2 散射式能见度仪
由于不需要长的光程，在没有用以估计气象
光学视程的目标物成光源可用时，这种仪器 应是有用的。 但它有缺点，即观测时的空气采样体积非常 小，可能不能完全代表外部的空气。这一缺 点在某种程度上是可以克服的，办法是取相 当数量的读数的平均值。如果要想使空气的 有效体积大大增加，则应采用测量后向散射 的仪器。
二、能见度的定义 气象能见度的定义：
正常人的视力，在当时天气条件下，所能看到的
以天空为背景的绝对黑体目标物（视角较大）的 最大水平距离。
有效能见度的定义：
四周视野中二分之一以上范围里都能看到的最大
距离。
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7.3 能见度（续） 7.3.2 白天能见度观测
一、能见度目标物的选择 1. 目标物颜色越暗越好 2. 目标物应投影到天空背景上 3. 目标物的视角不应小于0.3° 4. 目标物的高度角应小于6 °
观测能见度是通过辨别目标物（距离为已知
的）的能见与否，来进行的。
“能见”就是能将目标物的轮廓从天空背景上分
辨出来； “不能见”就是目标物完全与天空背景融合，连 它的大概情况都看不出时，才算“不能见”
地面气象观测中，主要观测水平能见度，以
能见距离米数或相当级数来记录。
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7.3 能见度（续）
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7.3 能见度（续） 7.3.2 白天能见度观测

目标物的距离、方位测定后，应按表的格式进行登 记，并绘制能见度目标物分布图。
绘图方法：一般是先在纸上画九个同心圆。圆心代表观
测点，自近而远地每圈分别代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0， 5.0，10.0，20.0，50.0千米的距离。然后把所有目标物 按其所在方位、距离，分别标在相应的位置上。近距离 的目标物也可单独绘制，以使图象更为清晰。
它接收的是闪击电磁波的LF波段信号，以地波传
播为主，因此地形的起伏，下垫面的干湿程度均 会导致传播时间的误差，对仪器的接地要求很高。 它没有分辨云内正极性闪电的能力。
弥补：另1/3探头只有电场天线，只应用时间
到达定位技术的LAPTS探头，它可以探测云 地和云内的闪击。
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7.4 闪电定位系统（续） 6、法国Dimensions公司的闪电定位
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7.3 能见度（续） 7.3.2 白天能见度观测
二、目标物图的编制 目标物选定后，要测定观测点与目标物的距 离和目标物所在的方位。
对近距离的目标物，可用卷尺、测绳等方法测定
距离； 远距离的目标物可用经纬仪、平板仪、测距仪(测 远机或激光测距仪)等测定，或从大比例尺的地图 上量取。 目标物的方位可用经纬仪或指北针测定。
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7.3 能见度仪

大多数的能见度测量仪器，是根据下述两个原理之 一来设计的：
(a)测量一个长空气柱的衰减系数或消光系数； (b)测量一个小空气体积对光的散射。
这两类仪器，包括用眼睛进行测量的仪器和用光电 装置进行测量的仪器。 视觉型测量的主要缺点是，如果观测员未能用充分 时间使他的眼睛习惯于黑暗环境，观测就会有相当 大的误差。

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7.3 能见度仪（续） 7.3.1 透射式能见度仪
这类仪器，在聚光镜焦点处放有光电装置。
当距仪器远至几百米处的小发光器发出光束 时，由光电装置测定其辐射出射度的减弱情 况。 除了上述发光器外，只要对主要光电装置采 取妥善的防光措施，使之不受其它光线的照 射，这类仪器就不仅用于夜间也可在白天使 用。现在这类仪器已被广泛采用，甚至在阳 光充足的条件下也在使用这样的仪器。
仍是利用方位定位法，但抛弃了十字正交形磁场天 线。 天线组共有8根天线单元，布置在一个圆环上，严 格均匀分布在360度之内，保持各个天线单元相距 在45度。 闪电电磁场处在不同方位时，各个天线接收的信号 产生一定的相位差。如果设置两组天线分别测量水 平和垂直平面上的相位差，可以测定闪击的方位角 和仰角，比较简单地分辩出对地闪击以及云内闪击。
7.3.1 影响能见度的因子和能见度的定义
一、影响能见度的因子 1. 大气透明度 2. 目标物和背景的性质—亮度对比 K
K=1 目标最清晰 K=0 目标不能见
3.
观测者的视觉性能—眼睛的对比视觉 ε
K > ε 目标物才能见
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7.3 能见度（续）
7.3.1 影响能见度的因子和能见度的定义
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7.3 能见度仪（续） 7.3.2 散射式能见度仪
光在大气中的衰减虽然是由大气中尘埃、烟雾和气 体微粒的散射和吸收效应两者所引起的，但吸收效 应常常是可以忽略不计的，因而消光系数就可被认 为等于散射系数。据此，测量散射系数的仪器就可 用来得到气象光学视程。 最方便的测量方法是把一束光汇聚到一小块气体体 积里，再用光度测定法确定光在足够大的立体角里 和在非关键方向上的散射比例。只要能完全遮蔽来 自其它光源的干扰，这样的仪器在白天和夜间就都 可使用。