(完整版)《大气探测学》复习重点
Part1 绪论
1、大气探测学研究的定义、范围和特点
定义：大气探测主要针对地球大气对表征大气状况的要素（即气象要素）、天气现象及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定，并对获得的记录进行整理。
范围：大气探测分为近地面层大气探测（0~3000m）和高空大气探测（3000m 以上）。通常把1.5km 以下高度的大气探测成为边界层大气探测。
特点：为天气预报、气象信息、气候分析、科学研究和气象服务提供重要的依据。
2、发展历程
1643 年托里拆利于发明水银气压表－－标志性仪器（精度：0.1hPa；相对误差：1/10000 ）1902 年欧洲建立了第一个气象台站网（7 个气象站、35 个降水站）实现了时间和地域的同步连续观测1920s，出现了无线电探空仪，发展了高空风探测技术1940s开始，利用火箭使探测高度从平流层底部，对流层顶部扩展到了100 公里的高度
3、我国的地基探测系统（气象业务组织）国家基准气候站：一般300-400 公里设一站，每天观测24 次。国家基本气象站：一般不大于150 公里设一站，每天观测8次。国家一般气象站：一般50 公里左右设一站，每天观测3次或4 次。高空气象站：一般300 公里设一站，每天探测2次，探测高度25~30km。
4、探测原理
直接探测：感应元件与大气等被测对象直接接触，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数。遥感探测：根据波（电磁波、声波）在大气中传播过程中信号的变化，间接反演大气要素的变化。分为主动遥感（发射能量）和被动遥感（不发射）
5、大气探测仪器的性能指标
灵敏度：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化，仪器的灵敏度与它的感应原理有关。
精确度：是指测量值与实际值（真值）接近的程度，可以通过仪器误差的数值进行衡量。惯性：指仪器的响应速率，它与电子仪器常用的时间常数的意义相同。
坚固性：平均无故障运行时间，对环境温、湿度的要求，电压波动允许范围，外装饰锈蚀的时间长短。
稳定性：主要指被测量与输出信号（读数）之间的检定关系的年变化率。
6、观测场地
25m× 25m 的平整场地，场内保持均匀草坪，草高不超过20cm，不准种植作物。观测场四
周设1.2m 的稀疏围栏，内设0.3~0.5m 宽的小路。观测场外四周要空旷平坦。
高的仪器设施安置在北边，低的仪器设施安置在南边；各仪器设施东西排列成行，南北布设成列。辐射观测仪器一般安装在观测场南面，观测仪器感应面不能受任何障碍物影响。
7、大气探测的三性：代表性、准确性、比较性。
Part2 云的观测
1、云云是悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒或两者混合组成的可见聚合体。按云的底部距地面的高度将云分为低、中、高三族，然后按云的外形特征和结构特点，划分十属二十九类云状。
积云（Cu ）：垂直向上发展的、顶部呈圆弧形或圆弧形重叠凸起而底部几乎是水平的云块。云体边界分明。积云是由气块上升、水汽凝结而成。云底高度为600~2000m 积雨云（Cb ）：云体浓厚庞大，垂直发
展极盛，远看很像耸立的高山。云顶由冰晶组成，有白色毛丝般光泽的丝缕结构，常呈铁砧状或马鬃状。云底阴暗混乱，起伏明显，有时呈悬球状结构。积雨云常产生雷暴、阵雨（雪），或有雨（雪）幡下垂。有时产生飑或降冰雹。云底偶有龙卷产生。云底高度为600~2000m
层积云（Sc ）：团块、薄片或条形云组成的云群或云层，常成行、成群或波状排列。云块个体都相当大，云层有时布满全天，有时分布稀疏，常呈灰色、灰白色，常有若干部分比较阴暗。层积云除直接生成外，也可由高积云、层云、雨层云演变而来，或由积云、积雨云扩展或平衍而成。600~2500m
层云（St ）：云底低而均匀的云层，像雾，但不接地，呈灰色或灰白色。层云除直接生成外，也可由雾层缓慢抬升或由层积云演变而来。50~800m
雨层云（Ns）：厚而均匀的降水云层，完全遮蔽日月，呈暗灰色，布满全天，常有连续性降水。如因降水不及地在云底形成雨（雪）幡时，云底显得混乱，没有明确的界限。雨层云多数由高层云变成，有时也可能直接由蔽光高积云、蔽光层积云演变而成。600~2000m
高层云（As ）：带有条纹或纤缕结构的云幕，有时较均匀，颜色灰白或灰色，有时微带蓝色。云层较薄的部分，可以看到昏暗不清的日月轮廓，看去好像隔了一层毛玻璃。厚的高层云，则底部比较阴暗，看不到日月。由于云层厚度不一，各部分明暗程度也就不同，但是云底没有显著的起伏。2500~4500m
高积云（Ac ）：高积云的云块较小，轮廓分明，常呈扁圆形、瓦块状、鱼鳞片，或是水波状的密集云条。成群、成行、成波状排列。大多数云块的视宽度角在1~5 度。有时可出现在两个或几个高度上。薄的云块呈白色，厚的云块呈暗灰色。在薄的高积云上，常有环绕日月的虹彩，或颜色为外红内蓝的华环。高层云、层积云、卷积云都可与高积云相互演变。
卷云（Ci ）：具有丝缕状结构，柔丝般光泽，分离散乱的云。云体通常白色无暗影，呈丝条状、羽毛状、马尾状、钩状、团簇状、片状、砧状等。卷云见晕的机会比较少，即使出现，晕也不完整。4500~10000m
卷层云（Cs）：白色透明的云幕，日、月透过云幕时轮廓分明，地物有影，常有晕环。有时云的组织薄得几乎看不出来，只使天空呈乳白色；有时丝缕结构隐约可辨，好像乱丝一般。厚的卷层云易与薄的高层云相混。如日月轮廓分明，地物有影或有晕，或有丝缕结构为卷层云；如只辨日、月位置，地物无影也无晕，为高层云。4500~8000m
卷积云（Cc ）：似鳞片或球状细小云块组成的云片或云层，常排列成行或成群，很像轻风吹过水面所引起的小波纹。白色无暗影，有柔丝般光泽。卷积云可由卷云、卷层云蜕变而成。
有时，高积云也可演变为卷积云。真正的卷积云不常见。整层高积云的边缘，有时有小的高积云块，形态和卷积云颇相似，但不要误认为卷积云。卷积云必须具有下列一个或一个以上的特征：①和卷云或卷层云之间，有明显的联系。②从卷云或卷层云蜕变而成。③确有冰晶云的特征。Cc 云块小而明亮，若云块小但具有阴暗部分，则为Ac。4500~8000m
Ac 与Sc：共同点：云块在厚薄，形状上都有很大差异，云块成群、成行、成波状排列；区分：如在地平线30°以上，天空中多数云块视宽度大于5°，为Sc。
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。
2、云量观测云量是指云遮蔽天空的成数，将天空分为10 份。云量观测包括总云量（观测时天空被所有的云遮蔽的总成数）、低云量（观测时天空被低云族的云遮蔽的总成数）。
今天无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10 ；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10ˉ。天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量也记0 。
3、云高观测云高指云底距测站的垂直距离。记录取整数，并在云高前加记云状（十属）。
激光云高仪的工作原理：激光器发射光束到云体,反射回来被接收所用的时间为t ，光速为c，则仪器和被测物间斜距S=C× t/2，云高H=S × sinα
用经验公式计算积云、积雨云云高：H=124 （t-td）温度与露点差
Part3 能见度的观察
1、能见度的定义
能见度用气象光学视程（MOR）表示——气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K 的平行光柱，通过大气，光亮度减少到其初始的5%时的路途长度。MOR≈3/σ
白天能见度是指：视力正常（对比感阈为0.05）的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的地面黑色目标物（大小适度）的最大水平距离。实际上也是气象光学视程。
夜间能见度是指：⑴ 假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离。⑵ 中等强度的发光体能被看到和识别的最大距离
有效能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。
2、气象能见度目测法
白天能见度的观测：在气象站四周不同方向、不同距离上选择若干固定能见度目标物。根据能见的最远距离和不能见的最近距离估计能见度，测绘目标物的分布图。
能见度目标物的选择：颜色越暗越好，应尽量以天空为背景，视角在0.5°～5.0°之间，高
度角应小于6 °
夜间能见度的观测：在各个方向选择一些固定的目标灯或专门设置目标灯作为观测能见度的
依据。测定目标灯至观测点的距离，查出其相当的白天能见距离，并绘制成灯光目标物图。灯光目标物的选择：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。
目标灯的灯光强度应固定不变。应是不带颜色、没有灯罩的白色光源。应位于开阔地带，不受地方性烟雾的影响。
3、影响能见度的因子
⑴大气透明度
⑵目标和背景亮度对比K：K=0 ，表示二者无亮度差异，无法辨认目标物；
当B O=0 时，K=1 ，目标物是绝对黑体，表示二者无亮度差异最大，目标物清晰可见。⑶观测者的视觉性能—眼睛的对比视感阈ε：当K> ε时，目标物可见；当K< ε时，目标物不可见；ε的大小主要取决于观测者的视力，观测时的光照条件和目标物视角的大小。
4、能见度仪的工作原理
透射式能见度仪：设置一个人工光源，在一定距离外检测光源的强度，计算其大气衰减系数（即消光系数）即可换算出能见距离。优点：采样体积大，测量精度高，测量的结果与气象光学距离很一致。缺点：需
要足够长基线，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：散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程，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。可分为前向（主流）、后向、侧向散射式。优点：基线长度短，容易对准。缺点：只测量很小体积的空气样本，不够精确。
Part4 天气现象的观测
1、降水量：某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水，在水平面上积累的深度。以毫米
（mm ）为单位，取1 位小数。
2、雨量筒
构造：金属外层护套上部为一接水器，直径20cm ，上缘采用一个圆环硬铜箍，节水口下为
一漏斗，雨水收集后由漏斗注入到取样玻璃瓶内。
放置：安装高度70cm
使用：每天人工读取四次时段内的降水总量，用口径远小于雨量筒接水面积的特制量杯读水，精确至±
0.05mm
3、虹吸式雨量计：用来连续记录液体降水的自记仪器，它由承水器（通常口径为20cm）、浮
子室、自记钟和虹吸管等组成。有降水时，降水从承水器经漏斗进水管引入浮子室。降水使浮子上升，带动自记笔在钟筒自记纸上划出记录曲线。由于虹吸过程中落入雨量计的降水也随之一起排出，因此要求虹吸排水时间尽量快，以减少测量误差。
4、翻斗式雨量计
单翻式雨量计主要由承水器（口径为159.6mm）、过滤漏斗、翻斗、干簧管和底座等组成。降水通过承水器，再通过一个过滤斗流入翻斗里，当翻斗流入一定量的雨水后，翻斗翻转，倒空斗里的水，翻斗的另一个斗又开始接水，翻斗的每次翻转动作通过干簧管转成脉冲信号传输到采集系统。仪器测量范围0-
4mm/min 。
双翻斗雨量计装在室外，主要由承水器（常用口径为20cm）、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。采集器或记录器在室内，二者用导线连接，用来遥测并连续采集液体降水量。
原理：利用翻斗每翻转一次的雨量是已知的，而翻斗翻转的次数是可以记录下来的。根据记录下来的翻斗翻转的次数，即可测出降水量的值以及得到降水量随时间的变化曲线。
5、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。
6、激光云高仪的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）
7、闪电定位系统方位测定法：仪器利用南北向和东西向的两个正交环形天线把观测场地观测到的闪电分成两个方向上的分量，再由增益和相移都匹配的一对放大器把分量信号放大到适合处理的振幅。时间到达法：测定闪击的电磁波从落地点传播到探头所需的时间。
以上两种方法都需要三个以上的测站才能准确定位。
8、哪些天气现象与能见度有关：雾、轻雾、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、霾
9、如何区别雾和霾：霾出现时空气一般都比较干燥，而雾出现时空气湿度比较大。水平能见度大于1km 、垂直能见度大于2km ，可判定为霾。雾是指空气中含有水滴或冰晶，当能见度小于1km 时都认为是雾。
10、浮尘、扬沙和沙尘暴之间的区别
浮尘：尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0 千米。浮尘多为远处尘沙经上层气流传播而来，或为沙尘暴、场沙出现后尚未下沉的细粒浮游空中而成。扬沙：由于风大将地面尘沙吹起，使空气相当混浊，水平能见度在1.0千米至10.0 千米以内。沙尘暴：由于强风将地面大量尘沙吹起，使空气很泥浊，水平能见度小于1.0 千米。
11、霰和米雪、冰雹和冰粒霰：白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2～5 毫米，下降时常呈阵性，着
硬地常反跳，松脆易碎。米雪：白色不透明的比较扁的或比较长的小颗粒固态降水，直径常小于1 毫米，着硬地不反跳。冰粒：透明的丸状或不规则状的固态降水，较硬，着硬地一般反跳。直径小于５毫米。有时内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破碎的冰壳。激起波纹和水花，落在干地上可留下湿斑。冰雹：坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰层，或由透明的冰层与不透明的冰层相间组成。大小差异大，大的直径可达数十毫米。常伴随雷暴出现。
Part5 温度的测量
1、液体玻璃、热电偶、金属电阻、热敏电阻温度表测温原理液体玻璃温度表的感应部分是一个充满液体的玻璃球，示度部分为玻璃毛细管。由于玻璃球
内的液体的热膨胀系数远大于玻璃。 温度变化时， 引起测温液体体积膨胀或收缩， 使进入毛 细管的液柱高度随之变化。
热电偶温度计 两种不同的金属导体 A 和 B 的两端， 彼此焊接在一起， 构成一个闭合回路时， 若两个接触点的温度不同， 回路中就有电流产生。 两焊接点之间的温差越大， 回路中的电动 势也越大，这种现象叫做温差电现象，也称热电现象，这种电路称热电偶。
金属导体电阻 会随温度变化而变化， 在大气测温范围内， 各种金属的电阻与温度的关系曲线 接近直线关系，由电阻可求得温度。气象上常用铂做成标准温度表。
热敏电阻温度表 测量温度热敏电阻的原材料多是金属氧化物的混合物：如氧化镍（ NiO ）、 氧化锰（ Mn3O4 ）的混合物。用这一类半导体材料制成的电阻元件，温度系数大、灵敏度 高。在气象测温范围内，热敏电阻电阻值与绝对温度之间有指数关系。
2、酒精和水银温度计的优缺点
（1）水银玻璃温度表 优点：比热小；导热系数高； 饱和蒸汽压较小； 性能稳定， 对玻璃无湿润作用； 纯水银易得。 缺点：凝固点高（ -38.862℃ ） ；膨胀系数小。
（2）有机液体（酒精、甲苯）温度表 优点：凝固点低，可用于低温；热胀系数大 缺点 :湿润玻璃，易发生断柱现象；导热系数小，球内温度分布不均匀；饱和蒸汽压高，温 度降低时会有液体小滴凝结在毛细管上部中空部分。
3、最高、最低温度表测温原理
最高温度表（水银） ：升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数，水银 被挤进毛细管内； 但在降温时， 毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部， 水银柱在此中断。 因此，水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度。 （观测完需要人工将毛细管中的水银复位） 最低温度表（酒精） ：观测时将游标调整到酒精柱的顶端，然后将温度表平放。升温时，酒 精从游标和毛细管之间的狭缝通过， 游标不动； 温度下降时， 液柱顶端表面张力使游标向球 部方向移动。 因此游标指示的温度只降不升， 远离球部的一端将指示出一定时段的最低温度。
4、温度 热滞系数 的物理意义及特性 当测温元件从一个环境迅速地转移到另一个温度不同的环境时， 温度测量仪表的示度不能立 即指示新的环境温度， 而是逐渐趋近于新的环境温度， 这种现象称为温度表的热滞 （或滞后） 现象。
c 为比热容， M 为元件的质量， S 为有效散热面积， h 为热交换系数 λ =cM/hs 为热滞系数 ,单位为秒（ s ）。
热滞系数特性： 元件的热容量越小， 散热面积越大，则λ越小；热交换系数 h 的大小取决于 环境介质性质和通风量。
★5、热滞误差计算
一支热滞系数为 100s 的温度表，温度 30℃时，观测环境 20℃的空气温度， 精度要求为 0.1℃， 需要多少时间才能观测？
气温每小时升 3℃，λ =300s ， β=3/3600℃ /s ，求 T- ？ 环境温度呈线性变化引起的滞差 ：T- = -
环境温度恒定时的滞差 ： T 为元件温度， θ为环境温度； T-θ=0.1，T 0-θ=10， 解出 t 。 ln
T 0 T 0
βλβ=t/3600 热滞系数越小，滞差越小
6、气温测量中一般采用哪些方法预防辐射误差
（1）屏蔽：使太阳辐射和地面辐射不能直接照射到测温元件上
（2）增加元件的反射率：使到达元件表面的短波辐射绝大部分被反射掉
（3）人工通风：促进元件与空气之间的热交换，减小两者之间的温差
（4）采用极细金属丝元件：细丝具有较大散热系数，较小的热容量，有利于热交换
Part6 湿度的测量
1、湿度参数的定义
（1）混合比γ：湿空气中水汽质量Mv 与干空气质量Ma 之比
（2）比湿q：湿空气中水汽质量Mv 与湿空气总质量（Mv+Ma ）之比
（3）水汽压e：e= γp/0.62198+γ大气压强为P
（4）饱和水汽压：
水面饱和水汽压е sw：固定气压、温度下，纯水面达到气液平衡时的水汽压冰面饱和水汽压е si：固定气压、温度下，纯冰面达到气固平衡时的水汽压
（5）相对湿度：压力为P、温度为T 的湿空气，其水汽压e 与饱和水汽压的比值的百分数
（6）绝对湿度ρw：单位体积的湿空气中所含的水汽Mv/V ，即:水汽密度、水汽浓度
（7）露点温度（Td）和霜点温度（Tf）：空气在水汽含量和气压不变的条件下，通过冷却达到饱和时的温度。
2、干湿球温度表的测湿原理干湿球温度表是由两支型号完全一样的温度表组成。一支测气温，称干球温度表；另一支的球部包着包有保持浸透蒸馏水的纱布，称湿球温度表。湿球周围空气未达到饱和时，表面的水份蒸发，不断地消耗蒸发潜热，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，湿球温度表蒸发支出的热量将等于由于与四周空气热交换得到的热量。这样在得到干球温度和湿球温度后，根据道尔顿蒸发定律和牛顿换热公式就可求得空气湿度。
利用干湿表方程计算湿度的主要问题是确定干湿表系数A 值。从定义可知，A 值由热扩散系数hc和水汽扩散系数C决定，这两者都是通风速度的函数，所以，A 值必然与风速有关。低温时，湿球纱布结冰时间长，会增加温度表滞后效应造成干湿球温度表的读数误差，导致测量产生较大的误差。因此在-10℃以下停止使用干湿球温度表。
3、毛发湿度表利用脱脂人发具有空气潮湿时伸长，干燥时缩短的特性，制成毛发湿度表或湿度自记仪器。湿度从0~100% 时，毛发伸长2.5%，伸长量与湿度变化成正比。但毛发随相对湿度膨胀是非线性的，测湿精度较差，毛发湿度表通常在气温低于-10℃时使用。
4、露点仪
原理：若使空气通过一个光洁的金属镜面时等压降温，直到镜面上出现露（或霜），读取这瞬间的镜面温度，就是露点（或霜点）温度。此露点对应的饱和水汽压就是实际水汽压。露点温度的测量：一般5 次取平均。先降温，镜面出现露点，记为Td —；再升温，最后一个
露珠消失，记为 Td +；这是一次完整记录。 Td=（ Td —+ Td +）/2 影响露点仪测湿精度的因子 ：
（1）凯尔文效应 露滴的饱和水汽压高于平面饱和水汽压。 因此， 镜面的结露温度低于真实露点温度， 误差约 为-0.1℃。
（2）拉乌尔特 （Rault ） 效应： 由于空气和镜面有杂质， 特别是有一定量的可溶性物质时， 使饱和水汽压低于同温度下的洁 净空气和镜面的饱和水汽压。 降低的数值与溶液的克分子浓度有关。 这种效应将使测量的露 点温度值偏高。
（3）部分压力效应： 仪器的空气循环系统可使测试空间内外存在一定的气压差。 根据道尔顿分压定律， 进入测试 空间空气样本的水汽压， 将按压差以同样的比例降低。 如果要求水汽压测量的精度为 0.5%， 则在大气压力为 1000 hpa 时，系统内外压差应小于 5 hpa 。
（4）正确判断镜面凝结相态：
当露点温度低于 0 ℃时，注意判断镜面的凝结相态。将水滴判断为冰晶，或将冰晶判断为 水滴，都将造成测量误差。温度越低，误差越大。
（5）正确的操作： 操作不当将给测量结果带来较大误差。如降温太快，镜面将生成大露珠，导致测量偏低；将 露珠蒸发完时，往往加热过量，导致测量过高。
5、 高分子薄膜湿敏电容 ：是以高分子聚合物为介质的电容器，因吸收（或释放）水汽而改 变电容值。它制作精巧，性能优良，常用在探空仪和遥测中。
6、 碳膜湿敏电阻 ：利用吸湿膜片随湿度变化改变其电阻值的原理。用高分子聚合物和导电 材料碳黑， 加上粘合剂配成一定比例的胶状液体， 涂覆到基片上组成的电阻片。 这类元件测 湿精度较干湿表低，主要用在无线电探空仪和遥测设备中。
Part7 气压的测量
1、气压
气压是大气压力的简称， 数值等于单位面积上从所在地点往上直至大气上界整个空气柱的重 量。气象部门采用百帕作为气压单位。 1百帕 = 1毫巴 = 3/4 毫米水银柱
2、本站气压和海平面气压
气象站气压表高度处测到的大气压强，称为 本站气压 ，属于地方气候资料之一。 由于各测站海拔高度不同， 本站气压不便于比较， 为了绘制地面天气图， 需要将本站气压换
中使水银柱长高。反之，气压下降时，水银柱会自动降低，水银自动流回槽里。 4、压高公式及测压的标准条件 p = ρ gH
标准条件 是：（1）以 0℃的水银密度为准，取
1.35951×104 kg · m -3，符号为 ρ（0） 2）取 9.80665 m / s 2 为标准重力加速度（纬度 45 度的海平面上）
5、动槽式、定槽式水银气压表的特点
动槽式水银气压表 的主要特点是标尺上有一个固定的零点。 每次读数时， 须将水银槽的表面 调到这个零点处，然后读出水银柱顶的刻度。 制作较容易，因有固定零点， 观测手续比较麻 烦，使用时间较长后，水银面算到相当于海平面高度上的气压值，我们称之为 海
平面气压的计算： t
t m 海平面气压 。 t h,0 t h, 12 h 设 : m 2 t m 3、 水银气压表 的测压原理
应用托里拆里实验的原理。
18400(1 27m 3) P 0 P h 10m
当外界气压升高时， 大气压力会自动把水银槽中的水银压进管腔
有氧化物，调零点就不容易准确，常造成观测上的误差。
读数顺序：先读温度表；然后调水银面与象牙针相切；再调游标尺与水银柱顶相切；读数并记录，准确至0.1hPa。读数结束后，将象牙针与水银面断开。
定槽式水银气压表的最大特点是槽部没有调整水银面的装置，即没有固定零点。采用补偿标尺刻度的方法，解决零点位置的变动。在制造上要求较严格，但使用上，较为方便而精确。读数顺序：观测附温表；轻击管壁；调整游尺与水银柱相切；读数、记录并复读。水银气压表读数须顺序经过仪器差、温度差、重力差三步订正才是本站气压。
6、空盒式气压表
感应部分：是一个圆形密闭的弹性金属空盒。感应元件是一组具有弹性的薄片。
机械部分和指示部分。
为了读取仪器的温度，空盒气压表还装有弧形的附属温度表。
原理：用金属或非金属材料制成扁圆形的空盒，或串接成空盒组。盒内常留有少量气体。在大气压力作用下，空盒变形，其中心位移量可表示气压的变化。
观测步骤：打开盒盖后，先读取附温准确至0.1℃。然后轻敲盒面（克服摩擦），待指针静
止后再读数。读数时眼睛视线与指针重合，且垂直于刻度盘，准确至0.1 hPa。
空盒弹性后效：空盒测压元件的测压精度低于水银气压表。它具有弹性元件的缺点——弹性后效。有两个主要特点：（1）当气压变化停止后，空盒形变还继续一段时间（2）升降压曲
线不重合（滞差环）。
空盒弹性温度效应：温度升高时，弹性力减弱。如果大气压力维持不变，在升温时空盒的厚度将变薄。补偿的办法有两种：双金属片补偿法和残余气体补偿法（结合使用）
7、振筒式压力传感器振筒式气压传感器是利用弹性金属圆筒在外力作用下发生振动，当筒壁两边存在压力差时，其振动频率随压力差而变化。因为筒的谐振频率与压力之间有唯一的关系，所以测出频率就可计算出气压。但是，在校准时确定的这种关系还会受到温度和气体密度的影响，所以需要
进行温度补偿和采用干空气。
Part8 蒸发的测量
1、蒸发量是指水面蒸发量：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，以毫米（mm）为单位，取一位小数。测定蒸发量的主要仪器（1）小型蒸发器（2）
E-601B 型蒸发器（3）超声蒸发传感器
2、一般情况下蒸发器安装在口缘距地面70cm 高处。每天20 时进行观测，测量前一天20
时注入20mm 清水（即今日原量）经24 小时蒸发剩余的水量，蒸发量＝原量＋降水量－余量。结冰时用称量法测量，其它季节用杯量法或称量法均可。有降水时，应取下金属丝网圈；有强烈降水时，应随时注意从器内取出一定的水量，以防止溢出。
Part9 风的测量
1、风向是指风的来向。风速：2min 的平均风速。风向：10°为一个单位当风速低于0.25 m/s 时称为静风。地面风指离地平面10-12 米高的风。
2、传递和指示风向的方法
风向标感应的风向必须传递到地面的指示仪表上，以触点式最为简单，风向标带动触点，接通代表风向的
灯泡或记录笔电磁铁，作出风向的指示或记录，但它的分辨只能做到一个方位22.5°
精确的方法有自整角机和光电码盘。实际风向角——二进制码——格雷码用光电转换方法把风向角度转换成二进制的角度编码。
使用格雷码，其最大的优点是每一个角度状态的变化只有一位二进数发生0/1 的变化。
3、散热式风速计的原理
基本原理：一个被加热物体的散热速率与周围空气的流速有关。热线风速仪是被电流加热的细金属丝或微型球体电阻，放置在气流中，其散热率与风速的平方根成线性关系。
4、声学风速计的原理利用声波在大气中的传播速度与空气的温度和风速关系，测定风速。在一定距离内，声波顺风传播和逆风传播锁需要的时间有一定差别，测得这个时间差即可得到气流的速度。
5、激光风速仪
激光通过大气层时，大气层中的气溶胶粒子对入射光有散射效应，而运行的气溶胶粒子将使散射光的频率产生多普勒频移效应。在接收器内比较发射的参考光和散射光的频差，就可确定运载气溶胶粒子的气流速度。
6、测风仪器的安装、如何保证观测资料的代表性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。由于风比起其它要素来说，更容易受到地形特征的影响。因此，对测风仪器的安装，要尽可能地减小地形地物的影响，以提高记录的准确性和代表性。
Part10 高空温压湿风的探测
1、高空风的探测方法
气球测风、单经纬仪定点测风、双经纬仪基线测风、雷达测风（一次雷达、二次雷达）、GPS 卫星导航测风
2、气球测风的基本原理把与气球同体积的空气重量与氢气重量之差，称为总举力E。
把总举力与气球的球皮和附加物产生的重力之差称为净举力 A 。
气球在上升过程中，净举力保持恒定（满足：球内部的气体压力接近于周围的空气压力、气球内外的温度相等、球内氢气的质量在放球观测的时段基本不变的条件）
3、测风气球的理论升速与实际升速
在2 公里高度以内，实际升速要比计算升速大20%~30% ，而且越靠近地面，误差越大，起
作用的主要因子是空气的乱流运动的影响。
在2~12 公里内，实际升速和计算升速比较接近，其原因主要是空气密度随高度减小使升速加大的影响基本上和球内氢气向外渗透使升速减小的影响基本上互相抵消
在12 公里以上，实际升速比计算升速小，且越向上越小，这主要是由于随着施放时间的增加，球内氢气渗透量增加从而使升速减小的影响超过了空气的密度的减小而使升速增大的影响。
4、影响气球升速的因素1A
气球的升速公式： b （0）6
（1）A 与B 影响：升速与净举力A ，球皮及附加物重量B 重量有关，要使升速增大，必须要增大A 或减小B 。
（2）空气密度ρ的变化：气球的升速是随空气密度的减小而缓慢增大的，也就是说升速随高度的增高而缓慢增大
（3）空气阻力系数c：理论计算中，阻力系数取为常量0.4。实际上，在乱流很强时，空气阻力系数减小，使实际升速比计算值偏高，在低空，尤其在白天，这一因素影响很大。
（4）大气中垂直气流对升速的影响很大，尤其是在山区，在山的迎风坡，气流上升运动强，背风坡下降运动强，都直接影响升速。
（5）渗透和扩散的影响：随着高度的增加，渗透会越来越大，使升速逐渐减小。
（6）畸形和上升中的翻滚，阻力增大，气球升速变小。
5、单经纬仪定点测风原理：是指通过一台经纬仪在一个固定点观测气球的移动来确定高空的风向和风速。在观测点施放一个具有标准升速的气球，某一瞬时，气球在空间的位置对地面有一个垂直投影点，测得在某一个时段内气球投影点的位移，就是气球在这段时间里的水平位移，据此就可以测定这一时段所对应的高度上的风向和风速。单经纬仪测风简便易行，但由于实际升速偏离所假定的升速，因而误差较大。
各风层的风向，可通过量正北与各线之间的夹角加减180°求得。
各分钟内气球在各层中所移动的距离，并分别用所经过的时间（60 秒）去除，就得到每一层高度上单位时间的平均风速（米/秒）。
6、双经纬仪定点测风
双经纬仪基线测风，就是用两架经纬仪架设在已知距离的两个测点上，同时观测气球的运动，读出仰角和方位角并通过计算求出气球的高度。
两观测点之间的连线称为基线。由于气球高度是实测的，因而准确度较高。
7、高空风向的计算
用角度表示风向，是把圆周分成360度，北风（N）是0度（即360度），东风（E）是90度，南风（S）是180度，西风（W）是270度。横向为x轴，纵向为y轴。<0，>0 反向。
8、雷达测风
利用雷达测定飞升的气球位置。不仅测定气球的角座标，而且能测定气球与雷达的距离，即
斜距。由仰角、方位角、斜距计算高空风。
雷达测风法又可分为一次雷达测风法和二次雷达测风法。前者是利用气球上悬挂的金属反射体反射雷达发射的脉冲信号，测定气球角座标和斜距。后者利用气球悬挂的发射回答器，当发射回答器受雷达发射的脉冲激励后产生回答信号，由回答信号测定气球角座标和斜距。
9、雷达探测——主动遥感技术包括：天气雷达、测云雷达、风廓线雷达和探空雷达
Part11 辐射和日照时数的观测
1、常用的辐射量
辐照度（E）：又称辐射通量密度，是指单位时间内投射到单位面积上的辐射能，即观测到的瞬时值。单位为W/m2
曝辐量（H）：又称辐射通量，指一段时间内的辐照度总量。单位MJ/m 2，1MJ=10 6W · s
2、辐射观测主要是太阳短波辐射（0.29~ 3.0um）和长波辐射（3~100 um ）太阳直接辐射（S）：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围一个狭窄的环形天空辐射。散射辐射（Ed↓）：太阳辐射经过大气、气溶胶以及云的散射和反射后，从天空2π立体角
以短波形式向下传输，到达地面的那部分短波辐射，又称天空辐射。
总散射（Eg↓）：到达地面的太阳散射辐射和太阳直接辐射之和。Eg↓ =S L+ Ed↓
反射辐射（Er）：总辐射到达地面后被下垫面向上反射的那部分短波辐射。
全辐射（E）：短波辐射与长波辐射之和。
向上全辐射E↑= Er↑ +E L↑，向下全辐射E↓= Eg↓+ E L↓，E L为长波辐射净全辐射（E* ）：向下全辐射（短波辐射与长波辐射之和）与向上全辐射之差。
3、总辐射表（辐射传感器）的外玻璃罩为半球形双层石英玻璃，既能防风，又能透过短波辐射，双层罩的作用防止了外层罩红外辐射的影响，减少测量误差。白色挡板挡住太阳辐射对机体下部的加热，又防止仪器水平面以下的辐射对感应面的影响。
总辐射表感应面朝下，即可测定短波反射辐射。长波辐射表构造与外观与总辐射表基本相似，不同的是玻璃罩内镀上硅单晶，使短波辐射不能到达感应面。
4、暗筒式日照计和聚焦式日照计太阳照射时间的长短称为日照时数，简称日照。
暗筒式日照计利用阳光透过仪器上的小孔射入筒内，使涂有感光药剂的日照纸上留下感光痕迹线，来计算日照时数的。
聚焦式日照计是利用太阳光经玻璃球聚焦后烧灼日照纸留下的焦痕来记录日照时数的。暗筒试日照计能全年比较能准确的观测日照的准确性，但缺点需要准确的仪器安装。聚焦式日照计较方便的观测出日照，但在雨天，雪天不宜使用。
Part11 自动气象站
1、何谓自动气象站，如何分类？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。按提供数据的时效性：实时自动气象站、非实时自动气象站根据对自动气象站人工干预情况：有人自动站、无人自动站
2、自动气象站的基本构成和工作原理
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、电源和计算机；软件包括：信息采集
软件和业务应用软件。①通过传感器和数据采集器采集数据②工程量→物理量③可视化显示③分类存储④分发系统
3、自动气象站的主要功能数据采集、处理、存储、传输、质量控制，运行监控功能，气象业务处理功能
4、自动气象站常用的传感器
变形元件：双金属片（温度计）、毛发（湿度表）和碳膜湿敏电阻、空盒式（气压表）电子元件：热敏电阻和铂电阻（温度表）、高分子薄膜湿敏电容和碳膜湿敏电阻气压——振筒式、膜盒式气压传感器
气温——铂电阻温度传感器湿度——湿敏电容湿度传感器风向——单翼风向传感器风速——风杯风速传感器雨量——翻斗式雨量传感器蒸发——超声测距蒸发量传感器辐射——热电堆式辐射传感器地温——铂电阻地温传感器
日照——直接辐射表、双金属片日照传感器
5、自动气象站的数据采样顺序如何？采样顺序：气温、湿度、降水量、风向、风速、气压、地温、辐射、日照、蒸发
Part12 气象卫星遥感与应用
1、气象卫星的观测优势
1）遥感技术:传感器“远离”被观测对象
2）大范围、全球均匀一体的观测
3）多要素、多圈层综合观测
4）具有高时空分辨率特点，及全天候、三维观测手段
2、卫星轨道周期
（1）椭圆轨道T2 = 4 2a3 / 卫星轨道周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。
（2）圆轨道T2 = 4 2（R+H）3 /
3、升交点:卫星由南半球飞往北半球那一段轨道称为轨道的升段, 轨道的升段与赤道的交点
称升交点。
截距（L）：连续两次升交点之间的经度间隔。L=T*15 度/小时。
轨道倾角（i）：指赤道平面与轨道平面间的（升段）夹角。