第01章概述
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碳循环
需要超过世界
天气网的全球 综合观测系统
动力植被 大气化学
NUIST
天气 气候 变率 气候 变化
4 高科技探测系统
卫星
雷达 气球
飞机
地面
——高信息量
地球资 源卫星
静止卫星
极轨卫星
云导风
卫星资料
飞机探测
高层探测
浮标
船舶
大气科学两大挑战
(1)改进观测能力(Improve Observation Capabilities) 改进全球大气、海洋、陆地的观测； 监测天气、气候、空气质量; 为天气、气候、大气化学、空气质量和近地空间
• 20世纪20年代，无线电技术发展，法、 苏、德、芬兰开始研制无线电探空仪
• 40年开始，探测高度从平流层、对流层 低部扩展到二三十公里高度
• 火箭探测，高度到100公里
第三阶段：大气遥感
• 1941~1942年：云雨测量雷达
• 1960年4月：美国，第一颗气象卫星，太罗斯—1号
• 60年代初开始：声雷达、激光雷达、风廓线雷达、 微波辐射计（在中、小尺度试验探测网上运行）
1 经历了几个重要阶段
初始阶段：地面探测
• 一系列定量测量地面气象要素的仪器出现
• 1643年 托里拆利 发明的水银气压表 • 液体玻璃温度表、雨量器、毛发湿度表、风杯风速计、
黑白球日射表
• 1902年 拉马锲克进行了云状分类 • 1902~1915年 第一个气象台站网由拉马锲克在欧
洲建立
• 第二阶段：高空风探测
强化观测基础—提高观测质量，逐步形成对 气候系统多圈层的一体化观测能力
1 遥感观测
台风
2006年8月10日百年一遇超强台风“桑美”登陆我 国
“桑美”在浙江省苍南县登陆时，近 中心最大风速60米/秒（17级）
龙卷风
2 气候变化监测
气候系统的变暖是毫不 含糊的，目前从观测得 到的全球平均气温和海 温升高、大范围的雪和 冰融化、以及全球平均 海平面上升的证据支持 了这一观点。 1906-2005年全球平均 地表温度增加了0.74℃; 1961-2003年全球平均 海平面上升1.8毫米/年； 北半球3-4月积雪从 1922-2004年减少8%。
地球观测峰会•美国华盛顿（2003.7.31）
全球综合地球观测系统 GEOSS
Earth is a complex system of systems
Data is required from multiple observation networks . . .
温度、海平面和北半球积雪变化 (草图)
3 天气气候模式及观测需求
70年代 中期
大气
80年代 中期
大气
地表
90年代 早期
大气
地表
90年代 晚期
大气
地表
现在
大气
地表
21世纪 20年代
大气
地表
海洋和海冰
海洋和海冰
硫化物 气溶胶
海洋和海冰
硫化物 气溶胶 非硫化物 气溶胶
碳循环
海洋和海冰
硫化物 气溶胶 非硫化物 气溶胶
2 探Fra Baidu bibliotek原理
直接探测：将感应元件放置于测量位置上， 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
遥感探测：探测元件不置放于测量物体上， 测量大气要素的变化 遥感探测原理：是根据大气中声、光、电等 信号传播工程中性质的变化，反演出大气要 素的时空变化
3 大气探测系统的组成
观测平台：安放仪器的设施，如：观测场 观测仪器：温湿风压等 资料处理单元：将仪器输出的信号实时采集、
处理、传送和存储
§3 现代气象观测
气象仪器是仪器仪表的重要领域之一
中国气象局郑国光(我校校友)局长强调: 中国气 象事业发展的关键是
建设具有国际先进水平的气象现代化体系 气象综合观测体系 (一体化)
• 90年代：建立不少地面观测自动气象台站网（包括 能见度和降水性质的鉴别）
• 一些遥感系统加入到大气探测的日常观测业务中： 如带RASS (Radio Acoustic Sounding System) 系统的 风、湿廓雷达 成为中、小尺度监测网的主要设备
• 进行探空仪改型换代、数字化信息传输、GPS （Global Position System, 全球定位系统）测风系统 的引入，实现高智能化
5 观测系统
根据2003年G8峰会政治决议成立
1> 地球观测组织(GEO) Group on Earth Observation ---全球综合地球观测系统
主要目标：
制定和实施全球对地观测系统（GEOSS）计划，建立一个 综合、协调和持续的全球对地观测系统，更好地认识地球系 统，包括天气、气候、海洋、大气、水、陆地、地球动力学、 自然资源、生态系统，以及自然和人类活动引起的灾害等。
遥感又分为：主动遥感、被动遥感 两种
主动遥感：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：直接探测来自大气的声、光、电 磁波信号。如：气象卫星
3 仪器的主要性能指标
• 灵敏度 • 精确度 • 惯性（时间常数） • 稳定性
英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出： “Nothing begets good science like development of a good instrument”
（发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超 过了任何其他事情）
•科学仪器是 信息的源头
•科学仪器产业是信息产业
§2 大气探测简介
第一章 气象仪器概述
§1 前言
仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
门捷列夫：“科学是从测量开始的” 钱学森：“新技术革命的关键技术是信息技术。
信息技术由测量技术、计算机技术、通 讯技术三部分组成。测量技术是关键和 基础”
王大珩院士：“能不能创造高水平的科学 仪器和设备体现了一个民族、一个国家的 创新能力。发展科学仪器设备应当视为国 家战略”
物理的数值模拟提供所需的信息。 (2)研发新的观测能力(Develop New Observation
Capabilities) 观测与预报和应用有关的关键变量：各种相态的
水、风、气溶胶、化学成分，以及与近地空间现 象有关的变量，可用于预报和模拟不同尺度的现 象，如气候变化、空气污染以及天气预报。
需要超过世界
天气网的全球 综合观测系统
动力植被 大气化学
NUIST
天气 气候 变率 气候 变化
4 高科技探测系统
卫星
雷达 气球
飞机
地面
——高信息量
地球资 源卫星
静止卫星
极轨卫星
云导风
卫星资料
飞机探测
高层探测
浮标
船舶
大气科学两大挑战
(1)改进观测能力(Improve Observation Capabilities) 改进全球大气、海洋、陆地的观测； 监测天气、气候、空气质量; 为天气、气候、大气化学、空气质量和近地空间
• 20世纪20年代，无线电技术发展，法、 苏、德、芬兰开始研制无线电探空仪
• 40年开始，探测高度从平流层、对流层 低部扩展到二三十公里高度
• 火箭探测，高度到100公里
第三阶段：大气遥感
• 1941~1942年：云雨测量雷达
• 1960年4月：美国，第一颗气象卫星，太罗斯—1号
• 60年代初开始：声雷达、激光雷达、风廓线雷达、 微波辐射计（在中、小尺度试验探测网上运行）
1 经历了几个重要阶段
初始阶段：地面探测
• 一系列定量测量地面气象要素的仪器出现
• 1643年 托里拆利 发明的水银气压表 • 液体玻璃温度表、雨量器、毛发湿度表、风杯风速计、
黑白球日射表
• 1902年 拉马锲克进行了云状分类 • 1902~1915年 第一个气象台站网由拉马锲克在欧
洲建立
• 第二阶段：高空风探测
强化观测基础—提高观测质量，逐步形成对 气候系统多圈层的一体化观测能力
1 遥感观测
台风
2006年8月10日百年一遇超强台风“桑美”登陆我 国
“桑美”在浙江省苍南县登陆时，近 中心最大风速60米/秒（17级）
龙卷风
2 气候变化监测
气候系统的变暖是毫不 含糊的，目前从观测得 到的全球平均气温和海 温升高、大范围的雪和 冰融化、以及全球平均 海平面上升的证据支持 了这一观点。 1906-2005年全球平均 地表温度增加了0.74℃; 1961-2003年全球平均 海平面上升1.8毫米/年； 北半球3-4月积雪从 1922-2004年减少8%。
地球观测峰会•美国华盛顿（2003.7.31）
全球综合地球观测系统 GEOSS
Earth is a complex system of systems
Data is required from multiple observation networks . . .
温度、海平面和北半球积雪变化 (草图)
3 天气气候模式及观测需求
70年代 中期
大气
80年代 中期
大气
地表
90年代 早期
大气
地表
90年代 晚期
大气
地表
现在
大气
地表
21世纪 20年代
大气
地表
海洋和海冰
海洋和海冰
硫化物 气溶胶
海洋和海冰
硫化物 气溶胶 非硫化物 气溶胶
碳循环
海洋和海冰
硫化物 气溶胶 非硫化物 气溶胶
2 探Fra Baidu bibliotek原理
直接探测：将感应元件放置于测量位置上， 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
遥感探测：探测元件不置放于测量物体上， 测量大气要素的变化 遥感探测原理：是根据大气中声、光、电等 信号传播工程中性质的变化，反演出大气要 素的时空变化
3 大气探测系统的组成
观测平台：安放仪器的设施，如：观测场 观测仪器：温湿风压等 资料处理单元：将仪器输出的信号实时采集、
处理、传送和存储
§3 现代气象观测
气象仪器是仪器仪表的重要领域之一
中国气象局郑国光(我校校友)局长强调: 中国气 象事业发展的关键是
建设具有国际先进水平的气象现代化体系 气象综合观测体系 (一体化)
• 90年代：建立不少地面观测自动气象台站网（包括 能见度和降水性质的鉴别）
• 一些遥感系统加入到大气探测的日常观测业务中： 如带RASS (Radio Acoustic Sounding System) 系统的 风、湿廓雷达 成为中、小尺度监测网的主要设备
• 进行探空仪改型换代、数字化信息传输、GPS （Global Position System, 全球定位系统）测风系统 的引入，实现高智能化
5 观测系统
根据2003年G8峰会政治决议成立
1> 地球观测组织(GEO) Group on Earth Observation ---全球综合地球观测系统
主要目标：
制定和实施全球对地观测系统（GEOSS）计划，建立一个 综合、协调和持续的全球对地观测系统，更好地认识地球系 统，包括天气、气候、海洋、大气、水、陆地、地球动力学、 自然资源、生态系统，以及自然和人类活动引起的灾害等。
遥感又分为：主动遥感、被动遥感 两种
主动遥感：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：直接探测来自大气的声、光、电 磁波信号。如：气象卫星
3 仪器的主要性能指标
• 灵敏度 • 精确度 • 惯性（时间常数） • 稳定性
英国著名科学家H.Pavy曾经明确指出： “Nothing begets good science like development of a good instrument”
（发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超 过了任何其他事情）
•科学仪器是 信息的源头
•科学仪器产业是信息产业
§2 大气探测简介
第一章 气象仪器概述
§1 前言
仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
门捷列夫：“科学是从测量开始的” 钱学森：“新技术革命的关键技术是信息技术。
信息技术由测量技术、计算机技术、通 讯技术三部分组成。测量技术是关键和 基础”
王大珩院士：“能不能创造高水平的科学 仪器和设备体现了一个民族、一个国家的 创新能力。发展科学仪器设备应当视为国 家战略”
物理的数值模拟提供所需的信息。 (2)研发新的观测能力(Develop New Observation
Capabilities) 观测与预报和应用有关的关键变量：各种相态的
水、风、气溶胶、化学成分，以及与近地空间现 象有关的变量，可用于预报和模拟不同尺度的现 象，如气候变化、空气污染以及天气预报。