《大氣探測學(xué)》課后答案

1、大氣探測學(xué)習(xí)題參考答案第1章緒論大氣探測學(xué)研究的對象、范圍和特點是什么？大氣探測是對表征大氣狀況的氣象要素、天氣現(xiàn)象及其變化過程進(jìn)行個別或系統(tǒng)的連續(xù)的觀察和測 定，并對獲得的記錄進(jìn)行整理。研究范圍是近地層大氣、高空大氣以及一些特殊區(qū)域的大氣（如大 氣邊界層，城市熱島環(huán)流，峽谷風(fēng)場，海陸風(fēng)場等）。大氣探測的特點：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大氣 探測的要素量和空間范圍越來越大。分為近地面層大氣探測、高空大氣層探測和專業(yè)性大氣探測。 近幾十年來，作為主動遙感的各種氣象雷達(dá)探測和作為被動遙感的氣象衛(wèi)星探測，以及地面微波輻 射探測等獲得較多信息的大氣探測方法，正在逐步進(jìn)入常規(guī)大氣探測領(lǐng)域。這些現(xiàn)代大氣探測技術(shù)

2、 應(yīng)用于大氣科學(xué)的研究領(lǐng)域，極大的豐富了大氣探測的內(nèi)容。大氣探測的發(fā)展主要有那幾個時期？創(chuàng)始時期。這是在16世紀(jì)末發(fā)明第一批大氣探測儀器以前的漫長時期，這期間發(fā)明了相風(fēng)鳥、雨 量器和風(fēng)壓板等，不能對大氣現(xiàn)象進(jìn)行連續(xù)記錄。地面氣象觀測開始發(fā)展時期。16世紀(jì)末，隨著氣象儀器的發(fā)明，開始了氣象要素定量測量階段。高空大氣探測的開始發(fā)展時期。這時期陸續(xù)有人采用系留氣球、飛機(jī)及火箭攜帶儀器升空，進(jìn)行 高空大氣探測。高空大氣探測迅速發(fā)展時期。這時期，前蘇聯(lián)、德國、法國、芬蘭等國家都開始研制無線電探空 儀，以及其他高空探測技術(shù)，為高空大氣探測事業(yè)開辟了新的途徑。大氣探測的遙感時期。1945年美國首次將雷達(dá)應(yīng)用

3、于氣象觀測，后來發(fā)射了氣象火箭和探空火箭， 把探測高度延伸到了 500千米。大氣探測的衛(wèi)星遙感時期。這個時期，大氣探測不僅從根本上擴(kuò)大了探測范圍，也提高了對大氣 探測的連續(xù)性。簡述大氣探測原理有那幾種方法？直接探測。將探測元件直接放入大氣介質(zhì)中，測量大氣要素。應(yīng)用元件的物理、化學(xué)性質(zhì)受大氣 作用而產(chǎn)生反應(yīng)作用的原理。遙感探測。根據(jù)電磁波在大氣中傳播過程中信號的變化，反演出大氣中氣象要素的變化，分為主 動遙感和被動遙感。施放示蹤物質(zhì)。向大氣施放具有光學(xué)或金屬性質(zhì)的示蹤物質(zhì)，利用光學(xué)方法或雷達(dá)觀測其隨氣流 傳播和演變規(guī)律，由此計算大氣的流動狀況。模擬實驗。有風(fēng)洞模擬和水槽模擬。風(fēng)洞模擬大氣層邊界層

4、風(fēng)、溫及區(qū)域流場狀況。水槽模擬大 氣層環(huán)流、洋流、建筑物周圍環(huán)境流場特征。可調(diào)控溫度場，模擬大氣邊界層的溫度層結(jié)。大氣探測儀器的性能包括那幾個？精確度。即測量值與實際值的接近程度。又包括儀器的精密度和準(zhǔn)確度。精密度考察的是連續(xù)測 量值彼此相互間的接近程度。準(zhǔn)確度考察的是測量值與實際值的接近程度。探測儀器的精確度取決 于感應(yīng)元件的靈敏度和慣性。靈敏度。即單位待測量的變化所引起的指示儀表輸出的變化。慣性（滯后性）。即儀器的動態(tài)響應(yīng)速度。具有兩重性，大小由觀測任務(wù)所決定。分辨率。即最小環(huán)境改變量在測量儀器上的顯示單位。量程。即儀器對要素測量的最大范圍。取決于所測要素的變化范圍。如何保證大氣探測資料的

5、代表性和可比性？代表性分為空間代表性和時間代表性。要保證大氣探測資料的空間代表性，原則上要確定臺站地形 具有典型性。站址的選擇、觀測站的建立要防止局地地形地物造成大氣要素不規(guī)則變化。一般說來， 平原地區(qū)的臺站資料代表性較好，山區(qū)、城市臺站資料代表性較差。要保證時間代表性，則要保證 大氣要素觀測的同時性。要保證大氣探測資料的可比性，則要求觀測時間、觀測方法、儀器類型、觀測規(guī)范、站臺地理緯度、 地形地貌條件等的一致性。第2章云的觀測敘述積狀云、層狀云、波狀云的基本特征。積狀云：積狀云包括積云，積雨云和卷云，積狀云一般個體比較明顯，云塊之間多不相連； 層狀云：層狀云包括卷層云，高層云，雨層云和層云，

6、它們的共同特征是云體均勻成層； 波狀云：波狀云包括卷積云，高積云和層積云，它們的共同特征是云塊常成群，成行，呈波狀排列。敘述卷積云與高積云、高積云與層積云各有何異同？卷積云與高積云共同點：云塊比較小，一般成群，成行，呈波狀排列；不同點：卷積云呈白色細(xì)鱗片狀，像微風(fēng)吹拂水面而成的小波紋；而高積云在厚薄，形狀上有很大 差異，薄的云呈白色，能見日月輪廓，厚的云呈暗灰色，日月輪廓分辨不清，常呈扁圓狀，瓦塊狀， 魚鱗片或水波狀的密集云條。高積云與層積云共同點：云塊在厚薄，形狀上都有很大差異，云塊一般成群，呈層，呈波狀排列；不同點：高積云云塊較小，輪廓分明常呈扁圓狀，瓦塊狀，魚鱗片或水波狀的密集云條，層積

7、云 云塊一般較大，有的成條，有的成片，有的成團(tuán)；高積云薄的云塊呈白色，能見日月輪廓，厚的云 塊呈暗灰色，日月輪廓分辨不清，層積云常呈灰白色或灰色，結(jié)構(gòu)比較松散，薄的云塊可辨太陽的 位置。敘述卷層云與高層云、高層云與雨層云、雨層云與層云有何異同？卷層云與高層云相同點：云體均勻成層；不同點：卷層云呈透明或乳白色，透過云層日月輪廓清楚，地物有影，常有暈的現(xiàn)象； 高層云呈灰白色或灰色，運抵常有條文結(jié)構(gòu)，常布滿全天；高層云與雨層云相同點：云體均勻成層，常布滿全天；不同點：高層云呈灰白色或灰色，云底常有條紋結(jié)構(gòu)；雨層云低而漫無定形，能完全遮蔽日月， 呈暗灰色，云底常有碎雨云；雨層云與層云相同點：云體均勻成

8、層；不同點：云層云低而漫無定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，層云呈灰色， 很象霧；雨層云云層厚度常達(dá)到4000-5000米，層云云底很低但不接觸地面。敘述莢狀、堡狀、絮狀云的形成機(jī)理，各代表什么氣層狀況？莢狀云：在山區(qū)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莢狀云，另外由 于過山氣流，或上升、下沉氣流匯合而形成的駐波也會產(chǎn)生莢狀云，多預(yù)示晴天；堡狀云：包括堡狀層積云和堡狀高積云，堡狀層積云是由于較強(qiáng)的上升氣流突破穩(wěn)定層之后，局部 垂直發(fā)展所形成；堡狀高積云是由于中云的局部對流強(qiáng)烈而在局部垂直發(fā)展而形成的；如果天空出 現(xiàn)堡狀層積云而且大氣中對流持續(xù)增強(qiáng)，水汽條件

9、也具備，則往往預(yù)示有積雨云發(fā)展，甚至有雷陣 雨發(fā)生；堡狀高積云一般預(yù)示有雷雨天氣；絮狀云：絮狀云有絮狀高積云，是由強(qiáng)烈的湍流作用將使空氣抬升而形成，預(yù)示將有雷陣雨天氣來 臨。敘述碎積云、碎層云、碎雨云的外形與成因有何不同？從外形上看：碎積云通常個體很小，輪廓不完整，形狀多變，多為白色碎塊；碎層云的云體為不規(guī)則的碎片，形狀多變，移動較快，呈灰色或灰白色；碎雨云的云體低而破碎，形狀多變，移動較快，呈灰色或暗灰色；從成因上看：碎積云往往是破碎了的或初生的積云，當(dāng)大氣中對流增強(qiáng)時，碎積云可以發(fā)展成淡積云，若有強(qiáng)風(fēng) 和湍流時，淡積云的云體會變的破碎，形成碎積云；碎層云往往是由消散中的層云或霧抬升而形成；

10、碎雨云常出現(xiàn)在許層云，積雨云或厚的高層云下，是由于降水物蒸發(fā)，空氣濕度增大，在湍流作用 在下水氣凝結(jié)而成。 簡述對流云從淡積云Cu hum發(fā)展到鬃積雨云Cb cap的物理過程。淡積云cu hum云體不大，輪廓清晰，底部較平，頂部呈圓弧形突起，垂直發(fā)展不旺盛，云底較扁平; 當(dāng)大氣對流運動增強(qiáng)時，淡積云向濃積云發(fā)展此時輪廓仍然清晰，云底仍然較平，但云體個體高大 而且底部比較陰暗，云的垂直發(fā)展旺盛，垂直高度一般大于水平寬度，頂部的圓弧形開始重疊突起， 變得象花椰菜的樣子；當(dāng)對流繼續(xù)增強(qiáng)，云繼續(xù)垂直發(fā)展，云頂就開始凍結(jié)，云頂花椰菜形的輪廓漸漸模糊，即形成了禿 積雨云，此時云的絲絮狀就夠還不太明顯，云體

11、的其余部分仍有濃積云的特性；到積雨云發(fā)展的成熟階段會形成鬃積雨云，它的云頂呈白色，絲絮狀結(jié)構(gòu)明顯，常呈馬鬃狀和鐵砧 狀，底部陰暗，氣流混亂。以上就是從淡積云Cu hum濃積云Cu cong 禿積雨云Cb calv鬃積雨云Cb cab的過程。對下面的記錄進(jìn)行分析，并描述天空狀況，包括云狀、云量、云的特征及可能伴隨出現(xiàn)的天氣現(xiàn) 象等。時間8h10h12h14h16h云碼CL1, CM8,CH1CL2, CM6,CH2CL2, CM6, CHxCL9, CMx, CHx|CL7, CM9, CHx云量4/26/48/610/1010/10-答：在8h時，天空中的總云量為4/10，低云量占2/10。低

12、云為淡積云或碎積云，或兩者同時存在。 低云的云狀為：云的個體不大，輪廓清晰，底部較平，頂部呈圓弧形的突起，云塊較扁平分散孤立 在天空，或者是個體很小，輪廓不完整，形狀多變的白色碎積云。中云為積云狀高積云（絮狀的或 堡狀的）或堡狀層積云。云狀為云塊的邊緣破碎，象破碎的棉絮團(tuán)，云塊大小以及在空中的高低都 很不一致，或者是云塊細(xì)長，底部水平，頂部凸起有垂直發(fā)展的趨勢，看上去象城堡或長條形鋸齒。 高云為毛卷云，云狀為云體很薄，呈白色，毛絲般的纖維狀結(jié)構(gòu)清晰，云絲分散。從中云的情況來 看，空中的氣層不穩(wěn)定，有較強(qiáng)的上升氣流，云層可能會繼續(xù)發(fā)展。在10h時，總云量為6/10，低云量占4/10。低云已經(jīng)發(fā)展

13、為濃積云伴有淡積云和層積云。云狀為： 濃積云的個體高大，輪廓清晰，底部較平，比較陰暗，垂直發(fā)展較旺盛，頂部呈圓弧形重疊。中云 為由積云擴(kuò)展而成的積云性高積云。云塊大小不一致，呈灰白色，外形略有積云特征。高云已由毛 卷云發(fā)展成為密卷云。云體較厚，云絲密集，聚合成片，邊緣毛絲般纖維結(jié)構(gòu)仍較明顯。濃積云在 早晨的發(fā)展，預(yù)示著大氣層結(jié)不穩(wěn)定，也許會有積雨云產(chǎn)生。在12h時，總云量繼續(xù)增多，占到8/10，低云量也在增多，占到6/10。低云為濃積云的繼續(xù)發(fā)展， 中云為積云性高積云的繼續(xù)發(fā)展。高云不能觀測清楚。從云的發(fā)展來看，大氣層結(jié)仍處于不穩(wěn)定狀 態(tài)，天氣可能還要進(jìn)一步地轉(zhuǎn)壞。在14h時，低云已經(jīng)遮滿天空

14、，即總云量和低云量都為10/10。低云已經(jīng)發(fā)展成為鬃積雨云，帶有砧狀，并且可伴有積云、層積云、層云或惡劣天氣下的碎云。鬃積雨云的云頂有明顯的白色毛絲般的 纖維結(jié)構(gòu)，并擴(kuò)展成為馬鬃狀或鐵砧狀，底部陰暗混亂。在云底可能有形狀破碎、多變，移動較塊， 呈灰色或暗灰色的碎雨云。由于低云的遮擋，這時看不清屬于CM和CH的云。鬃積云的出現(xiàn)表明對 流云已經(jīng)發(fā)展到極盛階段，并發(fā)展成為成熟的積雨云，這會產(chǎn)生較強(qiáng)的陣性降水，可能伴有大風(fēng)、 雷電等現(xiàn)象。在16h時，總云量仍為10/10，低云布滿天空，但有空隙。低云為惡劣天氣下的碎雨云，通常在高層 云或雨層云之下。它的云體低而破碎，形狀多變，移動較快，呈灰色或暗灰色。

15、透過低云的云縫隙， 可辨別中云為混亂天空的高積云，云底的高度不同，中空不穩(wěn)定。高云不可辨別。由中云和低云預(yù) 測大氣層結(jié)仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，可能會由雷雨天氣。第3章能見度的觀測影響能見度的因子有哪些？影響能見度的因子有大氣透明度、目標(biāo)物和背景的亮度對比和觀測者的視力指標(biāo)一一對比視感 域。大氣透明度是影響能見度的主要因子。大氣中的氣溶膠粒子通過反射、吸收、散射等機(jī)制削弱光通 過大氣的能量。導(dǎo)致目標(biāo)物固有亮度減弱。所以，大氣中雜質(zhì)愈多，愈渾濁，能見度就愈差。在大氣中目標(biāo)物能見與否，取決于本身亮度，又與它同背景的亮度差異有關(guān)。比如，亮度暗的目標(biāo) 物在亮的背景襯托下，清晰可見；或者亮的目標(biāo)物在暗的背景下，

16、同樣清晰可見。表示這種差異的 指標(biāo)是亮度的對比值K。在白天當(dāng)，當(dāng)K=0時，難以準(zhǔn)確辨別目標(biāo)物。當(dāng)K逐漸增大，即亮度差異逐漸增大，當(dāng)K值增 大到某一值時，才能準(zhǔn)確地辨別目標(biāo)物。這個亮度對比值叫做對比視感域，用表示。氣象能見度的定義是什么？影響目標(biāo)物能見度的因子很多，而氣象工作中，需要能見度只反映大氣透明狀況，這就必須選 定和統(tǒng)一實行某種觀測方法，以固定其它因子，使測定的最大水平能見距離只表達(dá)大氣透明程度的 單一因子影響。這樣測出的能見度是氣象能見度。氣象能見度分白天氣象能見度和夜間氣象能見度。白天能見度與夜間能見度的觀測有何不同？白天能見度：B - B00B0目標(biāo)物背景對比度衰減規(guī)律: TOC

17、o 1-5 h z 一般白天目標(biāo)物為擴(kuò)展反射光源，目標(biāo)物背景的固有亮度對比值，取K =觀測者、目標(biāo)物背景的視亮度對比為： B -B0K =LLBBLB由(3.12)為經(jīng)L距離后，目標(biāo)物的固有亮度; 為經(jīng)L距離后，背景的固有亮度。式可寫成：B B e-o l + B (1- e-o l ) 則：K - B0 B0 H 1LB0 1 + g(e-oL-1)稱作傳輸函數(shù)，則有：K - K F(L) 白天氣象能見度及其觀測法:B = B e-。l + B (1-e-oL)L 一0令：F (L)=1 + 甘(e-E -1)0若選擇水平天空作為背景， 即 B0- B 則有 F (L) - e-ol那么，背

18、景的固有亮度B應(yīng)等于水平天空的視亮度BhK - K e-olL0稱為科希米德(Koschmieder)定律，它表達(dá)了目標(biāo)物與水平天空背景亮度對比度衰減規(guī)律。當(dāng)這種衰減達(dá)到匕=時，相應(yīng)的能見度距離為L l _ 1 in Kb ,1 I 13.912L _ 一 Inmax b 0.02若選擇深色物體作為目標(biāo)物，即8 = 0，相應(yīng) K = 1 再取 = 0.02，則定出的最大能見度距離為： 按上述規(guī)定的條件進(jìn)行觀測，測定的乙 只與大氣消光系數(shù)成單一函數(shù)關(guān)系。它只反映大氣透明度 的單一影響，故視程L 為氣象能見距離，或氣象視距。夜間能見必夜間由于光照條件的限制，已不能使用一般的目標(biāo)物，而只能用發(fā)光物體

19、作為目標(biāo)物。燈光目 標(biāo)物是點源，不象擴(kuò)展光源那樣考慮亮度對比問題，對其觀測要用點源在眼睛上產(chǎn)生的照度來衡量。 而夜間決定目標(biāo)能見與否的眼睛的指標(biāo)是眼睛的靈敏度，即所能感受的最小照度，又叫照度視覺閾00值，以 表示g!拜克維6.9籍出邱87場背景亮度 的統(tǒng)計表達(dá)式：0bE與燈光色彩有關(guān)，黃光的照度視覺閾值！最大，紅光的E最小，故用紅色燈光易于辨認(rèn)。影響燈光能見度的因子有：燈光強(qiáng)度、大氣透明度和眼睛的靈敏度。設(shè)燈光強(qiáng)度為/，與觀測 者為距離L，則在觀測者眼睛上產(chǎn)生的照度可由阿拉德(Allagd_定律富義：JL當(dāng)觀測者離燈光距離為S時，燈光產(chǎn)生的照度達(dá)到閾值E，這時目標(biāo)燈恰好能見，稱S為燈光能見 距

20、離，即E _ e-bLl / S 2S= (lnI -lnE - 2ln S)/bb _ (lnI -InE - 2ln S)/S將(3.18)式代入(3.16)式，得：3.912 SlnA - 2ln SELmax0按(3.19)式，可將燈光能見距離換算成氣象能見距離，實際工作中，常按(3.18)式繪制好燈光能見 距離與氣象能見度換算列線圖，由圖便可根據(jù)燈光強(qiáng)度I和距離S查算最大能見距離Lmax。能見度的器測法主要有哪幾種，說明它們的優(yōu)缺點和工作原理。能見度的器測法主要有：遙測光度計原理：由目標(biāo)物、天空背景的視亮度比較T給出大氣消光系數(shù)T推算氣象能見度。測大氣透射率表氣象能見度Lmax或氣象

21、光學(xué)距離P均可寫成大氣透射率(T)的函數(shù)，即_ 3.912 Lp_rln.05_ 3Lmax _- lnT lnT lnT如果選擇兩點間的距離為B的長度作為測量基線，將上式中L取為B，測出兩點間的透射率，即可算 出氣象能見度。測量透射率的儀器由光發(fā)射器，反射器和接受器構(gòu)成。光發(fā)射器和接收器合成一體安置在基線一端， 反射器安置在基線另一端。發(fā)射器發(fā)射的光被分成兩束，一束透過大氣層經(jīng)反射器反射回來被接受器接收；另一束光則不射入 大氣層，作為參考光，直接進(jìn)入接收器，回波信號與參考光信號同軸地照在光電接收器件上，由比 較法確定其透射率。光程差越大，能見度越小。3、大氣散射儀應(yīng)用透射儀需要基線，不適合高

22、山、沿海、船舶臺站使用。大氣散射儀的主要原理是光脈沖發(fā)射機(jī) 發(fā)射光脈沖信號，被空氣散射后，由接收機(jī)接收。光敏元件把光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，由紀(jì)錄器和顯 示器給出能見度值。電脈沖信號越強(qiáng)，能見度越小。請寫出水平均一大氣的目標(biāo)物亮度方程(3.5)，并說明方程各項的意義。B。l = B0 e 質(zhì) TOC o 1-5 h z 目標(biāo)物固有視亮度為B ；通過距離L的空氣層后減為 B ，。為大氣層消光系數(shù)，單位為。目標(biāo)物亮度隨距離以指數(shù)衰減。0L請寫出人眼所見目標(biāo)物的總視亮度方程(3.12)，并說明方程各項的意義。B = B + B = B e-o l + B (1-e-oL)L0 LL 0H和距離L內(nèi)所有空氣

23、的氣幕光視亮度。為水平天空的視亮度， 、B的意義同上題，LH0 L0請寫出目標(biāo)物一水平天空背景亮度對比度衰減規(guī)律方程(3.14)，并說明各項意義。K = K e-ol目標(biāo)物晉景的固有亮度對比值K = %0 B0 B - B觀測者、目標(biāo)物背景的視亮度對比為：K = L一LL第4章天氣現(xiàn)象的觀測連續(xù)性、間歇性和陣性降水，應(yīng)按那些特征進(jìn)行判斷？連續(xù)性：雨或雪不間斷地下，而且比較均勻，強(qiáng)度變化不大，一般下的時間長，范圍廣，降水量 也比較大。間歇性：雨或雪時下時停，或強(qiáng)度有明顯變化，但變得比較緩慢。下的時間時短時長。陣性：驟降驟停或強(qiáng)度變化突然，下降速度快，強(qiáng)度大，但往往時間不長，范圍也不大。如何區(qū)別吹

24、雪和雪暴？吹雪是本地或附近有大量積雪時，強(qiáng)風(fēng)將積雪吹起所致。能見度10kmo雪暴是本地或附近有大量積雪，強(qiáng)風(fēng)將地面積雪成團(tuán)卷起，不能分辨是否在降雪，能見度1km。區(qū) 別就在雪暴不能分辨是否在降雪，且能見度有差別。闡述浮塵與霾；霾與輕霧；浮塵、揚沙和沙塵暴間的區(qū)別。形成浮塵的沙塵是由遠(yuǎn)處傳播而來，而霾不是。一般浮塵的能見度更小，并且垂直能見度也不 大。霾常出現(xiàn)在干燥時期，浮塵不一定。霾由大量極細(xì)微沙塵均勻漂浮在空氣中，使空氣混濁，能見距離10km。常出現(xiàn)在氣團(tuán)穩(wěn)定較干燥時 期。浮塵出現(xiàn)在冷空氣過境前后無風(fēng)或風(fēng)小時，由遠(yuǎn)處沙塵經(jīng)高空氣流傳播而來?；蛴苫? 天 氣過后尚未下沉的沙塵浮游在空中所致。能

25、見距離小于1km，垂直能見度也很差。霾和輕霧的組成不同，霾是大量沙塵漂浮在空氣中，而輕霧是由水滴組成。并且霾常出現(xiàn)在氣團(tuán)穩(wěn) 定較干燥時期，而輕霧不一定。輕霧由細(xì)小水滴組成的稀薄霧幕。水平能見距離10km。呈灰白色。早晚較多出現(xiàn)。浮塵是由遠(yuǎn)處沙塵經(jīng)高空氣流傳播而來，或由揚沙、沙塵暴天氣過后尚未下沉的沙塵浮游在空中所 致。而揚沙、沙塵暴則是由本地或附近的沙塵被吹起所致。浮沉出現(xiàn)在風(fēng)較小時，但揚沙和沙塵暴 出現(xiàn)時風(fēng)力較大，沙塵暴還常伴有強(qiáng)對流或雷雨過境。一般說來，浮塵和沙塵暴天氣的能見度比揚 沙更小。揚沙由于本地或附近的沙塵被吹起，使能見度顯著下降，能見距離一般為1-10km。天空混濁，風(fēng)力 較大。

26、在北方春夏，冷空氣過鏡或空氣不穩(wěn)定時出現(xiàn)。沙塵暴成因與揚沙相似，但能見度1km。風(fēng)力很大。常伴有強(qiáng)對流或雷雨過境。闡述虹、暈和華的區(qū)別。虹、暈、華的反、折射的物體不同，出現(xiàn)的位置不同。虹是由日光或月光經(jīng)水滴反射、折射而成的天氣現(xiàn)象，出現(xiàn)在日月相反方向的低云或霧層中。日暈是由日光經(jīng)冰晶折、反射而成的光學(xué)現(xiàn)象，出現(xiàn)在日周圍卷層云Cs或卷云Ci中。月暈是由月光經(jīng)冰晶折、反射而成的光學(xué)現(xiàn)象，出現(xiàn)在月周圍卷層云Cs或卷云Ci中。日華是由日光經(jīng)云滴、冰晶衍射而成的光學(xué)現(xiàn)象，常出現(xiàn)在環(huán)繞日光的高積云Ac （卷積云Cc，層積 云Sc）上。月華是月光經(jīng)云滴、冰晶衍射而成的光學(xué)現(xiàn)象，常出現(xiàn)在環(huán)繞月光的高積云Ac上

27、。記錄下列天氣現(xiàn)象：（1）某日下午積雨云發(fā)展，16: 14狂風(fēng)突起，風(fēng)力達(dá)8級，風(fēng)向、氣壓、氣溫等急劇變化，地面沙 塵吹起，能見度3.0km，16: 16降至0.8km，16: 18風(fēng)力減至8級以下，16: 20降雨數(shù)滴，16: 22 能見度1.2km。16: 25西北方向有雷聲，16: 35 （北）、16: 40 （北）、16: 46 （東北）、16: 56 （東）、 17: 12 （東南）、17: 27 （東南）有雷聲，但不見閃電。（2）6月8日13: 25西北聞雷聲，13: 32開始有陣雨，雷聲頻繁，13: 52移至天頂，夾降冰雹， 13: 55-13: 59間純?yōu)楸?，以后又是陣雨冰?/p>

28、夾降，14: 06冰雹止，14: 07雷聲移至東方，陣雨 維持到15: 22, 19: 28有降陣雨，19: 55西方聞雷聲，20: 05移至西北方，于20: 21在北方消失， 陣雨于23: 11轉(zhuǎn)為間歇性降水，3: 40終止。（1）16:1416:1816:1416:1616:2016:2216: 2516: 3516: 4013: 2513: 3216:13:55-13:59(2)13:59 14:0614:06-15 : 22;19:28_23:1114 : 07;19:55 20:05;20:21;- 23:113:40譯出下列電碼:31656，50905，11152，10026，20

29、122，39862, 40088，52052，54000，6006131656 :本站氣壓為 1165.6hPa。50906：總云量為6,東風(fēng)，風(fēng)速9米/秒11152：本站氣溫為-15.2攝氏度。10026:本站氣溫為2.5攝氏度。20122 :本站露點為12.2攝氏度。39862：本站氣壓為986.2hPa。40088 ：海平面氣壓為1008.8hPa。52052：過去三小時內(nèi)本站氣壓變化為5.2hPa。54000 :過去三小時內(nèi)本站氣壓無變化。60061:過去六小時內(nèi)本站降水量為6毫米。第5章溫度的觀測什么叫溫標(biāo)？常用溫標(biāo)有哪幾種？如何換標(biāo)？溫標(biāo)是為了定量地表示溫度，而選定的一個衡量溫度的

30、標(biāo)尺。常用溫標(biāo)有：開爾文溫標(biāo)(絕對溫標(biāo))(K);攝氏溫標(biāo)(C);華氏溫標(biāo)(F)。換標(biāo)公式為：KC 換算：K = C + 273.15 ； C = K 273.15CF 換算：C = 5(F 32) ； F = | C + 32KF 換算：K = |(F 32)+ 273.15 ； F = |(K 273.15)+ 32試述玻璃溫度表測溫原理。液體玻璃溫度表的感應(yīng)部分是一個充滿液體的玻璃球，示度部分為玻璃毛細(xì)管。由于玻璃球內(nèi)的液 體的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于玻璃，當(dāng)溫度升高時，液體柱升高，反之下降。液柱的高度即指示溫度的數(shù) 值。設(shè)0 C時表內(nèi)液體的體積為V0,此時球部和這段毛細(xì)管的容積也為V0,當(dāng)溫度升

31、高 匪 時，毛細(xì) 管中液體柱的長度變化為M，則體積的改變量為：V0 (y)Ar = S xAL式中R為液體的熱膨脹系數(shù)；Y玻璃球的熱膨脹系數(shù);S為毛細(xì)管的截面積。將上式改寫成蕓=V Sy)等式左邊稱作溫度表的靈敏度。表示溫度改變1C引起的液體高度變化，靈敏度高的儀器，刻度精密。最高最低溫度標(biāo)測溫原理。最高溫度表：毛細(xì)管較細(xì)，液體為水銀。在玻璃球部焊有一根玻璃針，其頂端伸至毛細(xì)管的末端，使球部與毛細(xì) 管之間的通道形成一個極小的狹縫。升溫時，球部水銀膨脹，水銀熱膨脹系數(shù)大于玻璃熱膨脹系數(shù)， 水銀被擠進(jìn)毛細(xì)管內(nèi)；但在降溫時，毛細(xì)管內(nèi)的水銀不能通過狹縫退回到球部，水銀柱在此中斷。 因此，水銀柱頂可指示

32、出一段時間內(nèi)的最高溫度。最低溫度表：毛細(xì)管較粗，內(nèi)裝透明的酒精，游標(biāo)懸浮在毛細(xì)管中，觀測時將游標(biāo)調(diào)整到酒精柱的頂端，然后將 溫度表平放。升溫時，酒精從游標(biāo)和毛細(xì)管之間的狹縫過，游標(biāo)不動；溫度下降時，液柱頂端表面張力使游標(biāo)向球部方向移動，因此，游標(biāo)指示的溫度只降不升，遠(yuǎn)離球部的一端將指示出一定時段 的最低溫度。雙金屬片測溫原理。雙金屬片測溫測溫原理如下圖所示：ds = L 鯉） 2人 （a 2 %） dt ；式中L是雙金屬片的弧線總長度；hl和h2為兩種金屬片的 1 + 2XriEB （甲）厚度；%和氣為兩種金屬片的熱膨脹系數(shù)；A為系數(shù)，取決于兩種金屬楊氏模量的比值e2為弧線角中的函數(shù)。平衡和不

33、平衡電橋測溫原理。（i）平衡電橋：平衡電橋的測溫電路原理如下圖所示：當(dāng)環(huán)境溫度變化時，Rt的阻值改變，可借助對r3的調(diào)整（r3為可調(diào)電阻），使電橋達(dá)到平衡， 并做出r3與t的刻度關(guān)系，或Rt與t的關(guān)系式，就可由r3的刻度盤讀數(shù)或計算式來確定Rt所處 的環(huán)境溫度。r為外接導(dǎo)線電阻。對同種引出導(dǎo)線有：r = r = r = r123因At溫度變化引起外接導(dǎo)線電阻的變化為:因At溫度變化引起熱敏電阻阻值的變化為:AR ；要求:AR 口 Art在電橋平衡時：工=Fr r川 e r R(r，r 八移項得：號-1- + r r r r )假設(shè)r 二 r，則 L = R = Rtl12 r r r故有：t

34、= (1 1) = Ar + B ；其中：A = r a r R3a r R2 02 0此式說明了溫度t與r3的關(guān)系，對r3電阻可作等分的溫度刻度，直接讀取溫度值。ii）不平衡電橋不平衡電橋的測溫電路原理如下圖所示：在不平衡電橋中，電橋不平衡時，檢流計上有電流流過,對角線上有輸出電壓。可根據(jù)檢流計的讀數(shù)或 電壓確定測溫元件Rt所處的環(huán)境溫度。不平衡電橋?qū)蔷€的輸出電壓e可用下式表示=V (二)=V ( Rt0 +Ar_)r + r r + R + Ar r + r1231012當(dāng)電橋平衡時：電橋?qū)蔷€上無電壓差：Ar = 0,R = Ro,e = 0而 R = R0 +ArR0為當(dāng)電橋平衡時的

35、阻值；&為溫度變化引起阻值的變化。R；代入e的公式，得: r + RRe = V10R + rAr1 +(5-1)Ar1+R + r將上式右邊括號中的項展成冪級數(shù)，則:-Ar 1 +RArAr-1 = (1+)(1+ 1 +ArR R + rR + r10t03ArAr)-1 1 = (1+h )1 R R + rAr2+ 13(R 0 + r)2將上式中忽略二次項，并設(shè)：Ar = R 0 (aAt + pAt2)；aA t + pA 12a 2 A12、，代入上式，上式右邊則變?yōu)椋?1+aAt + pAt2)(1一一 + )11 + 6(1+6 )2由a P，忽略含p的二次項，得:V 11八

36、11e = 1+6 (11+6)aAt + (1 一巨)PAt2 + (一 1+6a2At2即得到了計算e的公式，但為了使輸出電壓e和溫度變化At成線性關(guān)系，應(yīng)使(5.16)式中含At2項 的系數(shù)總和為零，因此，(1土)P+ 一a2 =0,化簡得：6P+62P6a2 = 01 + 6(1+6 )2 1 + 6則得：=0,或 6a 2 p =這是由公式本身要求線性性的帶來的約束條件。推導(dǎo)線性化輸出平衡電橋電阻r1,r2,r3的計算式。如圖所示：R（T0） = R0。由電橋平衡的條件可得:設(shè)：測溫范圍在T0和T1之間，則令：R（ 0 c 1）= R2 mR(T) = Ri iT=T,土, R0(1

37、)1 r r + rT=T ,二 Rm ,(2)mr rr +一 r +一T=T,rir + rRir3(3 )由（1）-（3）得:+ rr = R r (4)1 0 2=R1 r2 + R1 r (5)+ r = R r + R (6)1 2 m 2 m 2R r + R r + rr = R r n r (R R )= rf(R + r )1 2110 220111將代入(4),移項整理得：R + rn r = ir (7 )01rr = R r rr將代入式可得:0 21里r= r1R0-r2尸1頃。一 R1Jfrr (r + r ) r (R R )=0r (RR )011011r r

38、R R + R r rR + rR017041011r (R R )101R1 (r0+r) r (R R1)101(8 )R +r R 011 rR R rRr + Rr + r = R r + R 1 211 2 m 2 m 2合并同類項：r（R -R ）= rr 1R -R -1 r |（9） TOC o 1-5 h z 21 m 2 m 12 1 ）將式代入（6）式得：將（7）式代入（9）式并兩邊消除r，（11 -R - R -r2 m i 2 i） HYPERLINK l bookmark168 o Current Document r3m/s時，A基本不變；不同類型的溫度表A值有

39、差異，但是在風(fēng)速高的時候，差異很??；元件的特征尺度d越小，A隨風(fēng)速的變化越小。為什么采用人工通風(fēng)的干濕球溫度表能提高測量精度？因為干濕表系數(shù)受風(fēng)速影響大，如果用人工通風(fēng)的干濕球溫度表，可以保持楓樹的穩(wěn)定從而使A值 保持穩(wěn)定，以減小實驗誤差。簡述露點儀的測量原理。若使空氣通過一個光潔的金屬鏡面時等壓降溫，直到鏡面上出現(xiàn)露(或霜)，讀取這瞬間的鏡面溫度， 就是露點(或霜點)溫度。先降溫，鏡面出現(xiàn)露點時，記為：七；再升溫，最后一個露珠消失時， 記為：T+ d 1這是一次完整記錄，一般5次取平均：T- = -ET-,T + = -ET + ； T = Td + Td即得到露點溫 d 5 di d 5

40、di d 2度。影響露點儀測量精度的因素有哪些？露點儀測濕精度：半=d c e“二)Ve / e (T )影響露點儀測濕精度的因子有：爾文效應(yīng)：設(shè)彎曲水面飽和水汽壓為esw, r；純水平面飽和水汽壓為esw ,有kT ln sw.r = v e y式中K為波爾茲曼常數(shù)；b為水表面張力系數(shù)；v為水分子容積；y為露滴的曲率半徑。又由于在 同溫、同壓下，彎曲水面飽和水汽壓與平面飽和水汽壓的關(guān)系為：eswr = esr，r ； 其中 c = 1.2 x 10 -7 cm, r = 5 x 10 -4 cm故:e e ，即露滴的飽和水汽壓高于平面飽和水汽壓。因此鏡面的結(jié)露溫度低于真實露點溫度， 誤差約為

41、-0.1 C。拉烏爾特(Rault)效應(yīng)：由于空氣和鏡面有雜質(zhì)，特別是有一定量的可溶性物質(zhì)時，使飽和水 汽壓低于同溫度下的潔凈空氣和鏡面的飽和水汽壓。降低的數(shù)值與溶液的克分子濃度有關(guān)。這種效 應(yīng)將使露點值偏高。公式如下：e = e 村 esw. nsw N + n sw其中e sw.n :為空氣中和鏡面有雜質(zhì)時的飽和水汽壓；n：雜質(zhì)的克分子數(shù)；N：總克分子數(shù)部分壓力效應(yīng)：儀器的空氣循環(huán)系統(tǒng)可使測試空間內(nèi)外存在一定的氣壓差。根據(jù)道爾頓分壓定律，進(jìn)入測試空間 空氣樣本的水汽壓，將按壓差以同樣的比例降低。測量濕度的方法有哪幾種？簡述原理。(1 )干濕球溫度表原理為e 1(”)P(T - T )0.6

42、22kL(T)w ，其中 A為干濕表系數(shù)，=e (T ) - Ap(T - T )(2)毛發(fā)濕度表原理為：濕度從0100%時，毛發(fā)伸長2.5%，伸長量與濕度變化成正比lgU = 1.086L + 0.918，其中，L =叢0吸濕稱重法原理為：利用吸濕劑P2O5吸收一定容積空氣中的水汽，只要精確測定空氣的容積和吸濕劑的重量變化，即可直接計算出1立方米空氣中所含的水量，即：P = % -* (克/立方 w V V21米)水汽壓:PT其中:匕=匕40 1同上有:PT=V pT02其中：為容器的容積（初始容積）；P0、T0為初始容器內(nèi)的氣壓和溫度；P1、T1為抽氣后容器內(nèi)的氣壓和溫度；P2、T2為進(jìn)氣

43、后容器內(nèi)的氣壓和溫度；m2、ml為吸濕后和吸濕前干燥管的質(zhì)量。（4）光譜吸收法根據(jù)空氣中水對紅外輻射的吸收原理確定空氣濕度的方法。主要以兩束波長不同的光線，一束 波長入=1.37|im,對水汽有很強(qiáng)的吸收；另一束波長入=1.24|im （參考光），對水汽不吸收。將兩束 光線交替通過被測氣層，并比較這兩束光線的能量，確定大氣（含水量）濕度。（5）氯化鋰測濕：測量其飽和溶液水汽壓與環(huán)境水汽壓平衡時的露點（6）碳膜濕敏元件根據(jù)高分子聚合物吸濕后膨脹，使懸浮于其中的碳粒子接觸率減小，元件的電阻增大；反之當(dāng) 濕度降低時，聚合物脫水收縮，使碳粒子相互接觸率增加，元件的電阻減小。通過測量元件的電阻 值的變化

44、，即可確定大氣中的濕度。（7）露點儀原理：若使空氣通過一個光潔的金屬鏡面時等壓降溫，直到鏡面上出現(xiàn)露（或霜），讀取這瞬間的鏡面 溫度，就是露點（或霜點）溫度，在利用露點計算出當(dāng)時的大氣溫度。露點溫度的測量：一般5次取平均先降溫，鏡面出現(xiàn)露點時，記為：t 完整記錄再升溫，最后一個露珠消失時，記為：匕，這是一次T - = - T -, T+ = - T+ d 5 di d 5 di第7章大氣壓力的觀測簡述動槽式、定槽式水銀氣壓表的觀測原理。水銀氣壓表的讀數(shù)原理為：如圖所示，利用一根抽成真空的玻璃管插入水銀槽內(nèi)，由于大氣壓力的作用，玻璃管內(nèi)的水銀柱將 維持一定的高度。當(dāng)管內(nèi)水銀柱對水銀槽面產(chǎn)生的壓力

45、與作用于水銀槽面的大氣壓力相平衡時，水 銀柱將維持一定高度。如果在水銀柱旁邊樹立一標(biāo)尺，標(biāo)尺的零點對準(zhǔn)水銀面，就可直接讀取水銀柱的高度（Hg ），即可求得大氣壓力（Ph）Ph=Phg （t） g 聊，h）Hg t, g （?, t）式中Phg （t）為溫度tC時水銀密度，g（中，t）為測站緯度為中、海拔高度為h處的重力加速度。為了便于比較，國際上統(tǒng)一規(guī)定，ph以溫度0C為標(biāo)準(zhǔn)，g以緯度為45的海平面為標(biāo)準(zhǔn).如果不在 標(biāo)準(zhǔn)條件下，則 讀得的水銀柱高度必須訂整到標(biāo)準(zhǔn)條件下。即：Ph = P 飲（0C）g（45。,0 ）Hg 0C, g（45。,0 ）V P （t） g （甲,h）/ q因此 Hhg

46、 C，g（45。,0）5） g（45。,0 ） Hhg M g L h）P EgCp,h）其中 一（0。切 為溫度訂正因子，（4；C0）為重力（緯度高度）訂正因子；hgP h（0C） = 1.35951X 104 kg.m-3; g（45。,0 ） = 9.80665m.s-2動槽是水銀氣壓表的讀數(shù)原理為：它的主要特點是標(biāo)尺上有一個固定的零點。每次讀數(shù)時，須將水銀槽的表面調(diào)到這個零點處，然后 讀出水銀柱頂?shù)目潭?。在讀數(shù)時，先讀溫度表，再調(diào)水銀面與象牙針相切，再調(diào)游標(biāo)尺與水銀柱頂 相切，最后讀數(shù)。讀數(shù)結(jié)束后，將象牙針與水銀面斷開。定槽式水銀氣壓表的讀數(shù)原理為：它的水銀槽是一個固定容積的鐵槽，沒有

47、皮囊、水銀面調(diào)節(jié)螺釘以及象牙針。當(dāng)氣壓變化時，水銀 柱在玻璃管內(nèi)上升或下降所增加或減少的水銀量，必將引起水銀槽內(nèi)的水銀減少或增加，使槽內(nèi)的 水銀面向下或向上變動。即整個氣壓表的基點隨水銀柱頂?shù)母叨茸儎?。如圖所示：氣壓升高ImmHg，表內(nèi)水銀柱上升x mm，而槽內(nèi)水銀面同時下降y mm，則有x + y = 1因為水銀槽內(nèi)水銀體積的減少，必將等于管內(nèi)水銀體積的增加，即（體積相等）：x-a = y（A-a）y = 1 - x式中a為水銀柱玻璃管的內(nèi)橫截面積；A為水銀槽的內(nèi)橫截面積；a為插進(jìn)水銀槽中的玻璃管尾端 的外橫截面積。A aA a + a a 、 a因而有x =;x =:;=1 ;A a +

48、aA a + a A a + a從上式可看到，定槽式水銀氣壓表的刻度1mm長度將短于1mm，實際等于A一% a，+ a，以補(bǔ)償 氣壓表水銀面基點的變動，這種刻度的標(biāo)尺又稱補(bǔ)償標(biāo)尺。水銀氣壓表誤差主要有哪些？說明原理。儀器誤差由于制造條件的技術(shù)及材料的物理特性等因素，導(dǎo)致水銀氣壓表具有一定的儀器誤差。氣壓表主要的儀器誤差有：1、儀器基點和標(biāo)尺刻度不準(zhǔn)確；2、真空度不良；3、毛細(xì)管液面張力誤差：這是由于液面的表面張力所造成的一種指向液體內(nèi)部的壓力。這個壓力的 大小隨液體的種類和液體表面的曲率而變化。在槽式氣壓表中，這個誤差是由于內(nèi)管的壓力比槽部 大而產(chǎn)生的一個使水銀柱偏低的誤差。，_2c由拉普拉斯

49、公式，彎曲液面產(chǎn)生的附加壓力(壓力差)為：P = =S R4c cos 0dPs為毛細(xì)管內(nèi)與槽內(nèi)彎曲液面的壓力差；s為表面的張力系數(shù)；R為液面的曲率半經(jīng)；q為液面與管 壁接觸角。式中壓力Ps使得水銀氣壓的讀數(shù)偏低。偏低值主要隨著管的直徑d，液面與管壁接觸角0而變。d越大，影響越小；0越小，曲率越大，影響越大。4c cos 0dn X,4c cos 0Ah =P gd式中P為水銀的密度；g為重力加速度。設(shè)Ps作用下，使水銀柱降低了 A h，則：M p g =-溫度誤差：銅尺的長度隨溫度變化的伸縮帶來的誤差。氣壓表讀數(shù)的重力誤差H (0, g ,h)還需訂正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下即H (0, g ,0)，其

50、中 %(! g45，) =蘭皿0 中h 45h0(0, g , h)g45 0由于緯度和高度不同，會造成g值的差異。因而重力訂正分緯度重力訂正和高度重力訂正。如何對水銀氣壓表讀數(shù)進(jìn)行器差、溫度、重力訂正。器差訂正：將讀數(shù)加上儀器上的區(qū)差訂正值即可。溫度訂正：動槽式氣壓表的讀數(shù)溫度訂正：假設(shè)水銀氣壓表在0C的環(huán)境溫度下，水銀槽上的標(biāo)尺為銅尺；如果在水銀槽上另立一支沒有溫 度系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)尺，在tC，銅尺刻度Ht與水銀柱頂相齊，而標(biāo)準(zhǔn)尺測得的水銀柱高度為Lt,L = L (1+ W)L = L(1+Xt)如果氣壓不變，只將環(huán)境溫度降至0C標(biāo)準(zhǔn)條件，此時，標(biāo)準(zhǔn)尺測得的水銀柱高度為L0，原刻度Ht 的長度

51、為L1；此時，銅尺H0刻度與水銀柱頂相齊，H0=L0。已知口為水銀的熱膨脹率系數(shù)，入為銅的熱膨脹系數(shù)，則對標(biāo)準(zhǔn)尺有: 溫度為時t，銅尺刻度為Ht，標(biāo)準(zhǔn)尺刻度Lt，則可改寫為：L = H (1 +人t)保持氣壓不變，溫度降至0C，銅尺的刻度為H0，標(biāo)準(zhǔn)尺為L0，則L = H 0(1 +h t)合并上面兩式得：H(1+ = H0(1+s，1 + Xt 1 + 口t0 = Ht 1+t Ht= H 0 1+17nX - uAH = H - H 0 =- H 1三 t其中X = 1.840 x 10-5 C-1U = 1.818 x 10 -4 C-1e = h Q。001634t 1 + 0.000

52、1818t定槽式氣壓表讀數(shù)的溫度訂正: 對于定槽式氣壓表，必須將水銀槽的熱膨脹效應(yīng)考慮在內(nèi)，而寫成下述形式:AHtV-1.33（日一3門）tA0.0001634t1 + 0.0001818t其中A為水銀槽的截面積;V為氣壓表內(nèi)的水銀體積；門=1.0 x 10-5C-1為鐵的熱膨脹系數(shù).該訂正值應(yīng)從讀數(shù)中減去氣壓表讀數(shù)的重力訂正H (0, g ,h)還需訂正到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下即H (0, g ,0)，其中Hh* g45,0)=邑山 0 中h 45H0(0, g , h)g45 0重力訂正分緯度重力訂正和高度重力訂正：1、緯度重力訂正在海平面上，由重力加速度與緯度的關(guān)系g = g45 0 (1 -0.0

53、0264cos 2中)因而有氣(0, g450) = (1 - 0.00264cos 2中)H0 (0, g單。)則緯度訂正：A% =氣(0, g 45 0) H 0(0, g 平 0) =-0.00264cos 2 中 H 0(0, g 平 0)因此當(dāng)中 45時，AH 45。時，AH 0,即訂正值為正值。2、高度訂正g R 2 一一 h在同一緯度上，重力加速度隨高度的變化關(guān)系為：15 = 1 - 2 = 1 - 0.000000314hg(R + h)2R45,0hR(R=6370000m，地球半徑)，h以m為單位。對高山站：r 1 - 5 h = 1 -0.000000196h g 4 R

54、45,0H (0, g ) = (1 - 0.000000196 h)H (0, g )h 45,0045, h則高度訂正：AH = H (0, g ) - H (0, g ) = -0.000000196 hH (0, g )h 45,009,0045, h由上式可知：當(dāng)測站海拔高度h0, DH V2 時，A=1。 c2同理,y方向的風(fēng)速分量七的計算式為:2dv 1 2dvAty= t2-11 C2 A=Ac 2 At n v yy2dz方向的風(fēng)速分量七的計算式為:1 2dvzA _ 2dvZ 21 c 2 - V 2 A c 2Ac 2 Atz2d可得總風(fēng)速:V 2 V 2 + V 2 +

55、 V 2 nV2 =+ At2 + At2 )4d2x y z c2)1+布+ At2 + At2jc2因此，各方向風(fēng)速分量為2d4d+ At2 + At2)AtX(9)(10)(11)c22At7。2 心 A A ) y1+d At2 + At2 + At2 1c2v = 2dAt2 1 + 4 At2 + At2 + At2) 2y、z方向類似。由（9）、（10）、（11）可得結(jié)論：聲波沿聲程方向順風(fēng)傳播和逆風(fēng)傳播的時間差與沿聲程方向的風(fēng)速成 正比。由此可知，聲學(xué)風(fēng)速儀的測速技術(shù)就歸之于測量聲波傳播的時間差。用適當(dāng)?shù)碾娮泳€路和裝置實現(xiàn)此項時間差的測量，便可測得所需風(fēng)速及其分量。下面是一實用

56、原理圖:激光風(fēng)速儀的測量原理及其存在的問題。原理激光風(fēng)速儀(Laser Doppler Anemometer LDA; Laser Doppler Velocimeter LDV)是建立在激光技 術(shù)和多普勒頻移原理基礎(chǔ)上，通過頻率測量來測定風(fēng)速的(FV)。激光通過大氣層時，大氣層中的氣溶膠粒子對入射光有散射效應(yīng)，而運行的氣溶膠粒子將使散射光 的頻率產(chǎn)生多普勒頻移效應(yīng)。在接收器內(nèi)比較發(fā)射光的參考光和散射光的頻差，就可確定運載氣溶 膠粒子(Aerosol particle)的氣流速度。激光風(fēng)速儀由以下五部分組成：1、激光器；2、入射光學(xué)單元；3、收集光學(xué)單元：收集運動流體中粒子的散射光，得到多普勒

57、頻移頻率f ；D4、多普勒信號處理單元：頻率跟蹤器，計數(shù)式處理器，光子相關(guān)器;5、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：模擬量、數(shù)字量轉(zhuǎn)換成風(fēng)速。2u sin 差動式頻移LDV系統(tǒng)示意圖 多普勒頻移頻率u = -n /U D2sin 2激光測速儀存在的問題：激光風(fēng)速儀測得的風(fēng)速并不是真正的大氣流動速度，而是懸浮于氣流中的散射粒子的運動速度。因 為粒子與流體的密度有顯著差異，粒子不可能完全跟隨流體運動，其速度總會有差異，這就造成了 激光測量的誤差。u-p-uf若u為粒子速度，氣為流體流速，則由于粒子不完全跟隨流體運動而造成的相對誤差為8=x 100 =（1-n）x 100,n =Hf 100100這就是激光測速技術(shù)中的

58、離子跟隨問題:n=1,8=0，完全跟隨;叩1,8 0,粒子超前于流體運動;n 0,粒子滯后流體運動。第9章高空風(fēng)的觀測簡述經(jīng)緯儀氣球測風(fēng)原理。氣球以速度w上升，測得方位角a (相對正北)、仰角8。在t時刻氣球上升的高度為：H=wt氣球在水平方向上的投影距離為：L=Hctg8。 水平風(fēng)速為：v=L/tsin(a -a .)2+(L -L)cos(a. -a .)2假如連續(xù)測量，測得多組數(shù)據(jù)。第i個點處測得ai.5i，則可得t -t(a-ai i+1 it -t)P到基線的垂線交基線于A的外側(cè)+(w(t. -t)ctgd- Hsec20 -d)2雙經(jīng)緯儀測風(fēng)是在已知基線長度的兩端，架設(shè)兩架經(jīng)緯儀同

59、步觀測，分別讀出氣球的仰角、方位角， 利用三角法或矢量法計算氣球高度和風(fēng)向風(fēng)速。單經(jīng)緯儀測風(fēng)的優(yōu)缺點有哪些？優(yōu)點：測量簡單，節(jié)省人力；缺點：有上升下沉氣流時，會使氣球上升速度偏大或偏小，并且氣球本身上升速度在不同高度有變 化。雙經(jīng)緯儀平面投影法在什么情況下不能使用？ 水平投影法計算球高的公式為：b sin p tan 8b sin p tan 8H =8 sin 甲sin(a p)b sin a tan y b sin a tan y H =y sin 甲sin(a p)由此推出堇七=tan1 pAp + tan1 (a - p )(Aa + Ap )+ 一”H 8sin 28= tan1 a

60、Aa + tan1 (a p )(Aa + Ap )+ 2AyHsin 2yy在實際工作中，要求球高計算值的最大相對誤差不能超過實際球高的5%。因此，在觀測中出現(xiàn)以下 三種情況之一就不能使用水平面投影法：.a(或p) 358 或 a(或p) 2 ；. a-P 176 ；.6（或y）88或8（或y）2。雙經(jīng)緯儀垂直面投影法在三種情況下的球高計算公式。A點對P的仰角為6、P的仰角為6 ； B點對P的仰角為y、P的仰角為y B點對A的仰角以 表示。AB長已知，記為C。在 AAPa P中，H6 = P PA = AP sin 6 在 ABP P中，Hy = PP = BP siny 1)P到基線的垂線