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。

准确性：一般说来，只需所获得的资料能够满足实际工作提出的精度要求，且所测得的要素值能反映当时该要素的客观特性，这样的资料就认为是准确的。

比较性：所谓比较性，它包含两个方面：一方面是不同测站观测同一要素时，其观测资料可以互相比较，并经过比较能够显示出该要素的地区分布特点，预测天气变化过程的发展方向；另一方面是同一测站不同时刻对同一要素的观测资料也应能互相比较，以说明该要素随时间的变化特点。

第二章云的观测
1、什么是云？
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。

2、云的分类
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。

3、云的形成过程及其必备条件
云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到饱和而发生凝结或凝华的过程。

两个必备条件：要有水汽凝结核、要有水汽过饱和。

4、空气中水汽达到饱和的基本方式
两种方式：空气降温冷却、增加水汽含量。

5、云观测的基本内容
判定云状、估计云量、测定云高
第三章能见度、天气现象
1、什么是能见度？能见度的分类
能见度就是能够看到周围景物的程度，用目标物的最大能见距离来表示。

分为水平能见度、垂直能见度、倾斜能见度。

2、影响能见度的基本因子？
大气透明度、目标物和背景的属性、眼睛的视觉性能
3、水平能见度的观测
气象能见度、有效能见度、观测方法（白天能见度的观测、夜间能见度的观测）
4、气象光学视程，主要测量仪器及原理
气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量，在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。

用来表示大气透明度。

用于测量气象光学视程的仪器可分为以下两类：
（1）用于测量水平空气柱的消光系数或透射因数。

光的衰减是由沿光束路径上的微粒散射和吸收造成的。

（2）用于测量小体积空气对光的散射系数
透射能见度仪透射能见度仪采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光(透射)系数而算出能见度。

发射器提供一个经过调制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一个光检测器组成。

由光检测器输出测定透射系数，再据此计算消光系数和气象光学视程。

散射能见度仪散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器，分为前向散射型，后向散射型，侧向散射型
5、什么是天气现象？
天气现象是指在大气中、地面上产生的降水、水汽凝结物（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电的现象，也包括一些风的特征。

6、常见天气现象的特征
雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、雨夹雪、阵性雨夹雪
第四章气压观测
1、什么气压？气压单位
任何物件表面（每单位面积计）所承受来自其上面空气的重量，便叫做大气压力。

hPa
2、水银气压表的类型及其区别
动槽式水银气压表、定槽式水银气压表。

区别：根据槽面位置是否固定分成动槽与定槽。

3、水银气压表的本站气压订正（具体看课件）
.1 气压表读数的温度订正气压表读数的重力订正海平面气压订正
4、水银气压表的安装条件
气压表要求安置在专门的气压室内，气压室要求如下：室内不装设任何热源或冷源、避免阳光直射、双层门窗，以减小风以及观测人员进入室内时所引起的气压波动、气压表应该垂直悬挂，否则会使读数值偏高
第五章温度的观测
1、温度和温标的概念
从宏观上讲，温度是反映物体冷热程度的一个物理量；从微观上讲，温度是描述大量分子运动平均动能的一个物理量，也就是说它反映了大量分子无规则运动的剧烈程度。

温标:衡量温度的尺度
2、什么是热平衡？
当两个冷热不同的物体相互接触时就会发生热传导现象，较热的物体总是将热量传送到较冷的物体，直到这两个物体的冷热程度相同为止，这就是热平衡。

3、玻璃液体最高温度表和最低温度表的工作原理
最高温度表
最高温度表的构造与一般温度表不同，它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，使感应部分与毛细管之间形成一窄道。

当温度升高时，感应部分水银体积膨胀，挤入毛细管；
而温度下降时，毛细管内的水银，由于通道窄，却不能缩回感应部分，因而能指示出上次调整后这段时间内的最高温度
最低温度表
最低温度表中的感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃形游标。

当温度下降时，酒精柱便相应下降，由于酒精柱顶端张力作用，带动游标下降；
当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱经过游标周围慢慢上升，而游标仍停在原来位置上，因此它能指示上次调整以来这段时间内的最低温度。

4、金属电阻温度表的材料要求，气象测温常用金属材料
（1）电阻元件具有较大的电阻温度系数。

（2）电阻元件与温度有很好的线性关系。

（3）电阻元件的电阻率大。

（4）电阻元件的物理和化学性能稳定。

气象上，常用于测温的金属电阻材料，有铂、镍、铜几种。

5、测温仪器的热滞现象？
温度表在与被测介质接触后，如果两者温度不同，就要产生热量交换，以逐渐趋于热平衡状态。

但是进行热量交换，建立热平衡需要一定的时间，这就是说，温度表不是瞬间即可取得被测介质的温度，它需要有一段感应时间。

也就是说，温度表反映出介质的温度变化，总是落后于实际变化的，温度表的这种性质称为热惯性或热滞现象，由此引起的误差称为热惯性误差或热滞误差。

6、百叶箱的结构及作用
我国气象台站常用的百叶箱构造，其四壁是由双层百叶木片组成，百叶片向内、外倾斜各45，箱顶和箱底各由三块宽110毫米的木板组成，中间一块比边上两块稍高，以利空气上下流通，箱底离地面高125厘米，箱门朝正北，箱底保持水平。

百叶箱是安置测定温、湿仪器用的防护设备。

它的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。

第六章空气湿度的观测
1、空气湿度、水汽压、相对湿度、露点温度等概念
空气湿度（简称湿度）：是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。

水汽压（e）：空气中水汽部分作用在单位面积上的压力。

以百帕（hPa）为单位，取一位小数。

相对湿度（U）：空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽呀之比。

以百分数（%）表示，取整数。

露点温度(t d):空气在水汽含量和气压不变的条件下，降低温度达到饱和时的温度。

以摄氏度（℃）为单位，取一位小数。

2、气象上空气湿度的主要测量方法？
干湿表法凝结法（露点测定法）吸收法水汽吸收电磁辐射法称量法
3、干湿球温度表测湿原理
干湿球温度表由两只型号完全一样的温度表组成。

一只温度表的球部包扎着纱布，用蒸馏水湿润，称湿球温度表，另一只相应称干球温度表，将两只温度表置于相同的环境中。

湿球周围空气未达到饱和时，表面的水分蒸发，不断消耗蒸发潜热，使湿球温度下降；同时，由于气温与湿球的温差使四周空气与湿球产生热交换。

在稳定平衡的条件下，湿球温度蒸发支出的热量将等于由于与四周热交换得到的热量。

第七章降水与蒸发的观测
1. 降水的基本概念
第一类降水：从天空降落到地面上的液态或固态水，如雨、雪、冰雹等。

第二类降水：也是广义的降水，包括在地面上、地面物体的表面上或植物覆盖层的表面上着落而成的液体或固体状的水分，如雾、露、霜、雾淞、吹雪等
2. 降水观测的内容及其定义
降水量是指从天空降落到地面上的液态或固态（经融化后）降水，未经蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度
降水强度：单位时间的降水量，通常有1分钟、5分钟、10分钟和1小时内的最大降水量。

3. 降水根据强度大小的分类
小雨（0.1~2.5mm/h）中雨（2.6~8.0mm/h）大雨（8.1~15.9mm/h）暴雨（>16mm/h）
4. 降水的基本特点
降水强度愈大，其持续时间愈短，范围愈小。

降水的频率与云的频率分布有一定的相关关系。

锋面连续性降水的时间、雨量和面积较大。

夏季局地积状云的小阵雨，其降水量和范围较小。

5. 常用降水观测仪器、观测原理及安装规范（具体看课件）
雨量器，虹吸式雨量计，翻斗式雨量计
雨量器（图9－1）由承水器（漏斗）、储水桶（外桶）、储水瓶组成，并配有与其口径成比例的专用量杯。

目前我国所用的雨量器承水口为314cm2。

承水器和储水筒是用镀锌铁皮或其它金属材料制成。

承水器口为正圆形并镶有铜制金属圈，成内直外斜的刀刃形，其目的在于防止器口变形及雨水溅入。

承水器内的漏斗是活动的。

漏斗的作用是防止雨量桶中收集到的降水发生蒸发。

储水瓶是有一定容量并有倒水咀的玻璃瓶，雨量杯为特制的玻璃杯，杯上的刻度一般从0.05mm到10.5mm，每一小格代表0.1mm降水量，每一大格为1.0mm降水量，量杯的刻度大小直接表示了降水量，不必要再进行换算。

观测时的注意事项
a.雨量器安置在观测场内固定架子上，器口要保持水平，口沿离地面高度为70cm，仪器四周不受障碍物影响，以保证准确收集降水。

b.在冬季积雪较深地区，应在其附近装一备份架子。

c.当雨量器安在此架子上时，口沿距地面高度为1.0－1.2m，在雪深超过30mm时，就应该把仪器移至备份架子上进行观测。

d.冬季降雪时，须将漏斗从承水器内取下，并同时取出储水瓶，直接用外筒接纳降水。

虹吸式雨量计
1、测量原理
当雨水通过承水器和漏斗进入浮子室后，水面即升高，浮筒和笔杆也随着上升（由于笔杆总是做上下运动，因此雨量自记纸的时间线是直线而不是弧线），下雨时随着浮子室内水集聚的快慢，笔尖即在自记纸上记出相应的曲线表示降水量及其强度。

当笔尖到达自记纸上限时（一般相当于10mm），室内的水就从浮子室旁的虹吸管排出，流入管下的盛水器中，笔尖即落到0线上。

若仍有降水，则笔尖又重新开始随之上升，而自记纸的坡度就表示出了降水强度的大小。

由于浮子室的横截面积与承水口的面积不等，因而自记笔所记出的降水量是经过放大了的
观测时的注意事项
a.虹吸管应经常保持清洁，使发生虹吸的时间小于14秒。

因为虹吸过程中落入雨量计的降水将随之排出仪器外，而不计入降水量，虹吸时间过长将使仪器误差加大。

b.在记录时要注意雨量计的型号，因为对于每一种型号的雨量计，其虹吸管的规格都是一定的，不能乱用，任一参数的改变都将影响记录的准确性。

翻斗式遥测雨量计
1、基本组成
翻斗式遥测雨量计是由感应器、记录器等组成的有线遥测雨量仪器。

感应器由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等组成。

上翻斗是使不同自然强度的降水调节成近似大小的降水强度，以减小由于翻斗翻转瞬间所接收的雨水量，因不同降水强度所带来的随机性；计量翻斗不直接计数的原因是为了避免信号输出系统的电磁场对雨量计量的影响。

记录器由计数器、记录笔、自记钟、控制线路板等构成。

翻斗式遥测雨量计
2、测量原理
利用翻斗每翻转一次的雨量是已知的（可为0.1mm、0.25mm或1mm），而翻斗翻转的次数是可以记录
下来的（翻斗每翻转一次就出发一个电脉冲）。

根据记录下来的翻斗翻转的次数，即可遥测出降水量的值以及得到降水量随时间的变化曲线。

光学雨量计
1、基本组成
由一个光源和接收检测装置组成。

光源是一个红外发光管。

2、测量原理
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。

6. 蒸发的概念
蒸发：物质从液态转化为气态的相变过程。

蒸发量是指一定口径的蒸发器中，在一定时间间隔内因蒸发而失去的水层深度
第八章风的测量
1、风、风速、风向的概念
风就是指空气的水平运动，风的运动既有速度又有方向。

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。

风向以度为单位，指风的来向。

以地理正北为起点按顺时针进行度量。

2、台站风的基本观测项目
瞬时风速空气微团的瞬时水平移动速度。

平均风速在给定时段内风速的平均值。

最大风速在给定的时间段或某个期间内，平均风速中出现的最大值。

极大风速在给定的时段或某个时期内，瞬时风速的最大值。

3、风向标及风杯的作用及工作原理
测定风速
风向标工作原理：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。

风杯的工作原理：在稳定的风力作用下，风杯受到的扭力矩作用而开始旋转，它的转速与风杯成一定关系。

当风吹来时，风杯开始顺时针方向旋转，风速越大，起始的压力差越大，产生的加速度越大，风杯转动越快。

当风杯开始旋转后，作用在三个风杯上的分压差为零时，风杯就变作匀速转动。

这样根据风杯的转速（每秒钟转的圈数）就可以确定风速的大小。

4、测风仪器的安装
１.安装高度根据风速随高度的变化情况以及为了观测和维护的方便，同时不受地形地物的影响，测风仪器的安装高度最好在10—20米之间。

２.安装地点测风仪器安装的地点要求尽量开阔空旷，远离障碍物，使之不受气流涡旋的影响。

因为建筑物、凹地、山谷等地形作用会使气流产生涡流、辐合、辐散，使风的资料只有小气候方面的意义，而缺少代表性。

３.安装要求测风仪器必须垂直安装；安装测风仪器的杆不能太粗，否则会改变气流的自然状况；仪器应安装在杆的顶端，如果需要安装在杆的中间，则应使用一定长度的横臂，以使风速仪器远离杆柱。

第九章辐射
1.各种辐射的基本概念
辐射：是以电磁波形式传递能量的一种方式，太阳辐射是地球表面获得热量的主要源泉，也是地球表面与大气交换热量的一种形式。

太阳短波辐射
垂直于太阳入射光的直射辐射：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围的一个非常狭小的环形天空辐射S
水平面太阳直接辐射:L S = S *sin A H ( A H 为太阳高度角)
散射辐射：太阳辐射经过大气散射或云的反射，从天空2π立体角以短波形式到达地面的那部分辐射量 d E ↓
总辐射：水平面上，天空2π立体角内接受到的太阳直接辐射和天空散射辐射之和g E ↓ 短波反射辐射：总辐射到达地面后被下垫面向上反射的那部分短波辐射r E ↑
地球长波辐射
大气长波辐射：大气以长波形式向下发射的那部分辐射L E ↓
地面长波辐射：地球表面以长波形式向上发射的辐射L E ↑
全辐射：短波辐射和长波辐射之和。

净全辐射：太阳与大气向下发射的全辐射和地面向上发射的全辐射之差*E
2.辐射测量的基本依据：对辐射的观测都是以测定吸收辐射能所产生的热量为基础的。

3.各种辐射量的基本关系：
g E ↓=L S +d E ↓
*E =g E ↓+L E ↓—r E ↑—L E ↑
净短波辐射*
g E =g E ↓-r E ↑
净长波辐射*l E =L E ↓-L E ↑
4.日照实数的定义
日照是指太阳在一地实际照射的时数。

在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120瓦每平方米的那段时间总和。

以小时（h ）为单位，取一位小数。

日照时数也称实照时数。

主要用于表征当地气候、描述过去天气状况。

5常用日照实数的测量方法：
烧痕法：由聚焦直接太阳辐射（吸收太阳能），产生聚焦记录之多阈值效应，由烧痕读出日照时间。

直接辐射测量法 ：直接辐射检测直接太阳辐照度通过120W/m2阈值的转换。

由相应的向上和向下的转换触发时间计数器，可读出日照时数。

总辐射测量法 ：由总的太阳辐射度和散射太阳辐照度的总辐射测量，得出WMO 推荐的直接太阳辐照度阈值。

对比法 ：在某些传感器之间进行辐射对比鉴别，这些传感器以不同的位置对着太阳，利用
与WMO建议的阈值相当的传感器输出信号的特定差值进行测量比较来测定。

扫描法：用连续扫描小范围天空的传感器接受的辐照度，与WMO建议的辐照度阈值相等的方法进行鉴别。

第十章自动气象观测系统
1、自动气象观测系统的定义
自动气象观测系统，从狭义上说是指自动气象站，从广义上说是指自动气象站网。

自动气象站是一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。

如果需要，可直接或在中心站编发气象报告，也可以按业务需求编制各类气象报表。

自动气象站网由一个中心站和若干自动气象站通过通信电路组成。

2、自动气象站的分类
按提供数据的时效性，分为实时自动气象站和非实时自动气象站。

根据对自动气象站人工干预情况，分为有人自动站和无人自动站。

3、自动气象站的基本结构和测量原理
基本结构：自动气象站由硬件和系统软件组成,硬件包括传感器、采集器、通讯接口、系统电源、计算机等,系统软件和地面测报业务软件。

现用自动气象站主要采用集散式和总线式两种体系结构。

测量原理：随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。