大气探测知识

第一章：总论

大气探测：又称之为气象观测，是指对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行个别或系统的、连续的观察和测定，并对获得的记录进行整理的过程和方法。

大气探测的发展历史：

世界地面气象探测网的建立是大气探测史上的第一次革命。

高空气象要素探测系统的发展是大气探测发展的第二次革命。

1960年美国发射第一颗气象卫星泰罗斯-1号，是遥感技术发展的标志，是大气探测的第三次革命。

随着科学与技术的发展，大气探测取得了显著的发展，主要表现在探测能力显著增强，自动化水平迅速提高，观测方法、观测网的设计和观测工具的配合得到重视，直接探测和遥感技术并存，各取所长，综合利用。

观测站的分类：

（1）国家基准气候站（基准站）：是国家气候站的骨干；一般300-400公里设一站，每天观测24次。（2）国家基本气象站（基本站）：是国家天气气候网中的主体；一般不大于150公里设一站，每天观测8次。

（3）国家一般气象站（一般站）：是国家天气气候站的补充；一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。

（4）无人值守气象站（无人站）：用于天气气候站网的空间加密；观测项目和发报时次可根据需要而定。

（5）高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。

时制：人工器测日照采用真太阳时，

日界：人工器测日照以日落为日界，

对时：台站观测时钟采用北京时。未使用自动气象站的台站，观测用钟表要每日19时对时，保证误差在30秒之内。

地面气象观测场设置：观测场一般为25m×25m的平整场地。

仪器设施布置：要注意互不影响，便于观测操作。

大气探测资料必须具有代表性、准确性、比较性。“三性”是大气探测工作的基本要求。

“三性”的联系：互相联系、互相制约。观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。

第二章云的观测

云是由大气中水汽凝结（凝华）而形成的微小水滴、过冷水滴、冰晶、雪晶，由它们单一或混合组成的，形状各异飘浮在天空中可见的聚合体。其底部不接触地面

我国地面气象观测规范中，按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类。

云状特征：

雨层云（Ns）：厚而均匀的降水云层，常伴有碎雨云，有时两者融为一体，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）旛时，云底显得混乱，没有明确的界限。

透光高层云（As tra）：薄而均匀的云层，呈灰白色。透过云层，日月轮廓模糊，像隔了一层毛玻璃，地物无影。

（1）卷云与卷层云的区别

卷云连成片，或者出现晕时，易误认为卷层云。

卷云云片即使相连，仍然能辨别出个体，云丝方向很不一致，各部分厚度不均匀；出现晕时，晕圈不完整。卷层云水平分布范围广，云丝方向比较一致，各部分厚度较均匀，常见完整的晕圈。最显著的差别：是否有晕或晕是否完整

云形成的基本条件：混合冷却。由于湍流交换，空气产生混合，使一定层次内的空气温度和水汽重新分布，暖空气与冷空气混合后，暖空气温度必然降低，当温度降低到一定程度以后，就凝结成云；辐射冷却。任何物理一方面不断吸收物体的辐射能量，同时又不断地向外辐射能量，当它向外辐射能量超过它吸收的辐射能量时，本身温度就下降。

注：在任何一次因冷却而形成云的过程中，有时不只是一种冷却过程在起作用。

几种云的形成机理：对流云垂直发展的厚度不同，取决于对流强度、水汽含量和凝结高度。

絮状云——形成机理与堡状云相似，只不过云中湍流和对流更强更普遍，致使原稳定云层因下沉气流或湍流而破裂，象棉絮团似的不规则地分布在天空。

云的演变有两种含义：（1）云体自身的演变，如云的增厚、变薄、衍生扩展或蒸发消失等。

（2）云随天气系统的移动，不同种类的云依次经过测站上空，使得看起

来像是云在发展变化。

注意事项：云的观测应尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台进行，应注意它的连续演变。

云状的判定：

主要根据天空中云的外形特征、结构、色泽、排列、高度以及伴见的天气现象，结合“云图”、天气形势进行综合分析。

实测云高：

●气球测定云高

利用已知升速的氢气球或氦气球，观测其进入云底的时间（气球开始进入像雾一样的云层但未最终消失的点），乘以气球升速。

公式：H＝v×Δt

说明：

（1）主要用于测低云云高（云高大于900米时，不采用此法）。

（2）降水时不宜用此法测云高，除非降水轻微。

●云幕灯测定云高

是夜间实测云高的仪器。观测时，利用云幕灯灯光垂直照射云底，形成明显的光点，在距云幕灯已知水平距离的观测点，用仰角器瞄准光点，测得仰角值，算出云高。

公式：H＝L*tanα

说明：

云幕灯和观测点间最佳距离为300m，若间距远小于此值，则光点不易识别，若测量高度超过600m，其准确度将降低。

●激光测云仪测定云高

由发射望远镜、接收望远镜、电子门组成。

发射望远镜发射激光，激光脉冲遇到云层被云滴散射，其中后向散射部分被接收望远镜接收，计数电路记下激光在测云仪和被测目标物之间往返一次所经过的时间。

公式：H＝S*sinα＝（c*Δt/2）* sinα

各云属常见云底高度范围

第三章能见度、天气现象、地面状态的观测

人工观测能见度，一般指有效水平能见度。

有效水平能见度：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。

如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，可参考下述几点酌情判定：⑴目标物的颜色、细微部分（如村庄的单个树木、远处房屋的门窗等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的五倍以上；

⑵目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的二倍半到五倍；

⑶目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过二倍半。

应考虑目标物的大小，背景颜色，以及当时的光照等情况。

●人工观测

夜间观测能见度时，观测员应先在黑暗处停留5—15分钟，待眼睛适应环境后进行观测。根据最远目标灯能见与否确定能见距离。

?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。在自然雾中，吸收通常可忽略，散射系数可视作与消光系数相同。

降水现象：雨，滴状的液态降水，下降时清楚可见，强度变化较缓慢，落在水面上会激起波纹和水花，落在干地上可留下湿斑。

雨滴直径：0.5-6.0mm。降水性质：间歇性和连续性。

阵雨：开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴。

毛毛雨：稠密、细小而十分均匀的液态降水，下降情况不易分辨，看上去似乎随空气微弱的运动飘浮在空中，徐徐落下。迎面有潮湿感，落在水面无波纹，落在干地上只是均匀地润湿地面而无湿斑。雨滴直径:小于0.5mm。

雪：固态降水，大多是白色不透明的六出分枝的星状、六角形片状结晶，常缓缓飘落，强度变化较缓慢。温度较高时多成团降落。

阵雪:开始和停止都较突然、强度变化大的降雪。

雨夹雪：半融化的雪（湿雪）;或雨和雪同时下降。

霾：白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2-5mm，下降时常呈阵性，着硬地常反跳，松脆易碎。

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５mm。有时内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破碎的冰壳。

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，外面包有透明冰层，或由透明与不透明的冰层相间组成；小雹以霰为核心。大小差异大，大的直径可达数十毫米，小的仅几毫米。常伴随雷暴出现。

?地面凝结现象：

露：水汽在地面以及近地面物体上凝结而成的水珠常出现在微风、晴朗、湿度大的夜晚，出现时地表温度在0 ℃以上。霜融化成的水珠，不记露

霜：水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白色松脆的冰晶；或由露冻结而成的冰珠。易在晴朗微风的夜间生成。出现时地表温度在0 ℃以下。以草、屋顶、露天的木板等表面最多。

雨凇：过冷却液态降水碰到地面物体后直接冻结而成的坚硬冰层，呈透明或毛玻璃状，外表光滑或略有隆起。

雾凇：空气中水汽直接凝华，或过冷却雾滴直接冻结在物体上的乳白色冰晶物，常呈毛茸茸的针状或表面起伏不平的粒状，多附在细长的物体或物体的迎风面上，有时结构较松脆，起伏不平，受震易塌落。一般出现在寒冷的雾天。

?视程障碍现象：

雾：大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，工业区常呈黄、灰色；水平能见度小于1.0千米。出现时，相对湿度常达到或接近100%，高纬度地方出现冰晶雾也记为雾，并加记冰针。

轻雾：微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，水平能见度为1.0-10.0千米以内。出现时，相对湿度较大。

吹雪：由于强风将地面积雪卷起，使水平能见度小于10.0千米的现象。

雪暴：为大量的雪被强风卷着随风运行，并且不能判定当时天空是否有降雪。水平能见度小于1.0千米。

烟幕：大量的由燃烧而生成的小微粒悬浮在空中，使水平能见度小于10.0千米。

霾：大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0千米的空气普遍混浊现象。霾使远处光亮物体微带黄、红色，而使黑暗物体微带蓝色。

沙尘暴：由于强风或强烈的扰动气流将地面大量沙粒、尘土猛烈地卷入空中，使空气很混浊，出现时，黄沙滚滚、遮天蔽日，天空呈土黄色，水平能见度小于1.0千米。

扬沙：由于较大风速或扰动气流将大量本地或附近的沙尘从地面吹起飞扬在空中，使空气相当混浊，出现时阳光减弱，天空呈黄色，水平能见度在1.0-10.0千米以内。

浮尘：尘土、细粒均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0千米。

?雷电现象：

雷暴：为积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。表现为闪电兼有雷声，有时亦可只闻雷声而不见闪电。

闪电：为积雨云云中、云间或云地之间产生放电时伴随的电光。但不闻雷声。

?风暴现象：

大风：瞬间风速达到或超过17.0米／秒（或目测估计风力达到或超过8级）的风。

飑：突然发作的强风，持续时间短促。出现时瞬间风速突增，风向突变，气象要素随之亦有剧烈变化，常伴随雷雨出现。

龙卷：一种小范围的强烈旋风，从外观看，是从积雨云底盘旋下垂的一个漏斗状云体。有时稍伸即隐或悬挂空中；有时触及地面或水面，旋风过境，对树木、建筑物、船舶等均可能造成严重破坏。

尘卷风：因地面局部强烈增热，而在近地面气层中产生的小旋风，尘沙及其它细小物体随风卷起，从地面向上扩展，形成尘柱。直径超过2 m，高度在10m以上。多形成于干燥地区的春季、夏季午后。

?其他现象：

极光：在高纬度地区晴夜见到的一种在大气高层辉煌闪烁的彩色光弧或光幕。亮度一般象满月夜间的云。光弧常呈向上射出活动的光带，光带往往为白色稍带绿色或翠绿色，下边带淡红色；有时只有光带而无光弧；有时也呈振动很快的光带或光幕。

冰针：飘浮于空中的很微小的片状或针状冰晶，在阳光照耀下，闪烁可辨，有时可形成日柱或其它晕的现象。可降自云中，也可从无云的空中降落，下降速度慢，多出现在高纬度和高原地区的严冬季节。

积雪：雪（包括霰、米雪、冰粒）覆盖地面达到台站四周能见面积一半以上时，称为积雪。

结冰：指露天水面（包括蒸发器的水）冻结成冰。

?观测注意事项：

凡与水平能见度有关的现象，均以有效水平能见度为准，并在能见度观测地点观测判断天气现象。

第四章气压的观测

大气压力与水银气压表所处环境的温度、重力加速度及纬度有关，为了便于比较,国际上统一规定：

1、以温度0?C为标准。

2、g以纬度为45?的海平面为标准,9.80665m/s2。

如果不在标准状态下,则读得的水银柱高度必须订正到标准条件下。

水银气压表

（1）动槽式

?仪器构造：

?内管：一根直径约8mm，长约900mm的玻璃管。

?外套管：用黄铜制成，保护与固定内管。标尺和游尺用来读整数和小数。

?水银槽：分上下两部分，中间有一玻璃圈，可见槽内水银面。

?主要特点：有测定水银柱高度的固定“零点”，故每次测定都需调整水银面的高低，使其符合固定零点的位置。才能读取水银柱高度。

（2）定槽式

?槽顶上有一气孔螺丝，空气通过此螺丝的空隙与槽内水银面接触。

?槽壁中间有一块具有若干小洞的隔板。

7.4 3.2 2.122250.01211

2.1184001273m t C m -==?==??+ ???? 主要特点：槽部没有调整水银面的装置，即没有固定零点，而采用了补偿标尺刻度的方法，

以解决零点位置的变动，它要求内管截面与槽部截面成不变的比例关系。

? 定槽式水银气压表表身刻度要比动槽式短一些，在我国1mmHg 的实际长度只有0.98mm 。

动槽式水银气压表安装：仪器安装：

? 将挂板牢固地固定在准备悬挂气压表的地方。

? 小心地从木盒(皮套)中取出气压表，槽部向上，稍稍拧紧槽底调整螺旋约1—2圈，慢慢地将

气压表倒转过来，使表直立，槽部在下。

? 先将槽的下端插入挂板的固定环里，再把表顶悬环套入挂钩中，使气压表自然下垂后，慢慢

旋紧固定环上的三个螺丝，将气压表固定。

? 旋转槽底调整螺旋，使槽内水银面下降到象牙针尖稍下的位置为止。

安装后要稳定4个小时，方能观测使用。

4.水银气压表的本站气压订正：

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。

因此，制成的气压表必须进行标定（检定），给出仪器在各个刻度上的订正值。

温度差订正：

这种纯系温度的变化而引起的气压读数的改变值，称为水银气压表的温度差。

? 怎样进行温度差订正？

假定：气压不变，温度从t ℃降到0℃

水银线胀系数：0001818.0=α

黄铜线胀系数：0000184.0=λ

水银柱收缩比黄铜标尺多，使水银柱降至p 0处 ，而黄铜标尺却只降至p t 处

（p 0和p t 为标准状态下的长度，也表示经仪器差订正后的水银气压表的读数）

? 为什么要进行重力差订正？

这种因重力不同，造成水银柱高度与标准重力情况下的水银柱高度的差值，称为重力差。 ? 注意事项：

水银气压表的读数要依次经过仪器差、温度差、纬度重力差、高度重力差订正后，就可获得本站气压值。

为什么要进行海平面气压的订正：我国以黄海海面平均高度为海平面基准点。

海平面气压订正计算

计算步骤：

例1：已知P h =730.05mmHg ，t 0=7.4℃ ， t h =-3.2℃，h=255m ，求P 0,C ？

解：

例2：已知Ph=735.0mmHg,h=200m,th=10.0℃,

γ=0.6 ℃/100,求Po,C ？

解：

空盒气压表（计）

? 原理：

用金属弹性膜盒作为感应元件，利用空盒的弹力与大气压力相平衡的原理来测量气压。当大气压力发生变化时，空盒随之产生形变，把这种形变进行一定程度的放大就可以用来指示气压的变化。

1）空盒弹性的温度效应

a 、双金属片补偿法：双金属片被安装在空盒底部。设温度升高影响使厚度减小，使自由端下降了Δk,但双金属片的变形作用使空盒基底提高了ΔS 。

b 、残余气体补偿法：在空盒内残留一定的气体，当温度升高时，盒内气体的张力增大，使空盒向外扩张，以抵消因弹力减弱而引起的空盒压缩。

（2）空盒的弹性后效

a.当气压变化停止后空盒的形变并不停止。

例如气压由1000hPa 降至100 hPa 时，空盒位移由O 点移至P 点，如果气压维持在100 hPa 不变，空盒的形变并不停止，而是继续缓慢地由P 移向P '。

b.空盒的升压曲线和降压曲线不一致。

当气压由1000hPa 降至100 hPa 时，检定线为oap ；然后再由100 hPa 回升到1000hPa 时，检定线为pbo 。两条检定线构成一个封闭曲线，称滞差环。

? 优缺点：

空盒测压不如水银气压表精确，因此一般台站上，只作为参考仪器。

由于它便于携带、使用方便、维护容易，适用于野外考察或测压准确度要求不太高的观测用。 ? 常用的气压传感器类型：

0.012110010730.0510750.69()/1000730.0528.2767/100020.6434()m h h h P P mmHg C P P P M mmHg ==?==-==?=000.620011.2()100

1011.210.6()22

2000.010510.6184001273

h h m t t C t t t C m =+?=?++===?==??+ ???0.0105001073510752.99()752.99735.0017.99()

m h h P P mmHg C P P mmHg ==?==-=-=

（1）膜盒式电容气压传感器

（2）振筒式气压传感器

（3）压阻式气压传感器

自动站中所使用的气压传感器测量出来的是本站气压。

第五章空气温度的观测

?温标：

（1）摄氏温标（℃）

（2）华氏温标（℉）

（3）热力学温标（K）规定水的三相点为273.16K，即0.01 ℃

?玻璃液体温度表构造原理：

构造：其感应部分是一个充满液体的玻璃球或柱，一根一端封闭的玻璃毛细管与它相连。

常用的测温液体有水银、酒精和甲苯等。温度表可以根据不同的测温目的，选用不同的测温液。

2.灵敏度：

温度表内液体体积越大，毛细管截面积越小，液体与玻璃的相对膨胀系数越大，则温度表的灵敏度就越高。

最高温度表的测量原理：观测最高温度表时，发现温度表水银柱上滑，脱离开窄管口，稍抬温度表顶端，使水银柱回到正常位置，再读数

（3）最低温度表:

感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃形游标。不用水银温度表作为测量低温用的温度表是因为水银溶点高。

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。

?双金属片温度计

1.感应部分：利用双金属片曲率随温度变化的特性来测量温度。

?电测温度表：

利用热电动势原理进行温度测量的仪器称为热电偶温度表。

灵敏度与α电阻温度系数、金属电阻率、金属丝长度成正比，与电阻丝的截面积成反比。

金属材料的要求：气象上，常用于测温的金属电阻材料，有铂、镍、铜几种。

仪器特点：缺点：热敏电阻与温度为非线性关系，稳定性较差，互换性不好。

?地温的测量：

理想的测量土壤表面温度的仪器：非接触式的红外辐射计。

草温和雪温观测的切换应在20时进行。

气温测量中的防辐射设备

防辐射罩：轻便防辐射罩、小型防辐射罩主要在野外考察时使用。

小型防辐射罩：防辐射罩性能不如百叶箱，在特殊条件下，如静风，用百叶箱和防辐射罩同时进行气温测量，相差可达2-3度，应注意。

第六章空气湿度的观测

?露点温度t d : 空气在水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度。单位以摄氏度(℃)表示，取一位小数。当空气中的水汽已达到饱和时，气温与露点温度相同t =t d，而水汽未达到饱和时，t ＞t d。t d与t的差值就表示了空气距饱和的程度。

第七章地面风的观测

风向符号与度数对照表

注：6强风

?风的平均量：气象台站观测中，一般是取两分钟的平均风速和最多风向，自记仪器是取十分钟的平均风速和最多风向。

7.3 EL型电接风向风速计

?风速部分：

当风杯转动时，带动涡轮，并通过拨钩推凸轮一起转动。风速电接簧片的一端在凸轮表面滑动，当凸轮不断转动时，上面一个簧片先从凸轮最高点跌下来，与下面一个簧片接触，紧接着下面一个簧片也从凸轮最高点跌下来，于是上面簧片断开，完成一次电接。风速越大，风杯转的越快，单位时间内电接的次数越多。由于每吹过200m风程（风杯转过80圈），接点就接触一次，记录器风速笔尖就在自记纸风速坐标上向上或向下移动1/3格（三次移动一格）。根据笔尖10分钟内自记纸上移动的格数，就可求出当时的平均风速。

?热线风速表：

原理：是利用一根被加热的金属丝置于空气中，散热速率与周围空气的流速有关，利于这种特性来测量风速。

优点：比起风杯风速计和风车风速计，其能更准确的测量风速随时间的瞬间变化。微尺度风速测量感应器常使用热线风速计。

第八章降水与蒸发的观测

测量降水的主要仪器

?承水器：

是用镀锌铁皮或其它金属材料制成。我国采用直径为20cm正圆形承水器，其口缘镶有内直外斜刀刃形的铜圈，以防雨滴溅失和筒口变形。承水器有两种：一是带漏斗的承雨器，另一种不带漏斗的承雪器，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。

外筒内放贮水瓶，以收集降水量。

?量杯：

为一特制的有刻度的专用量杯，其口径和刻度与雨量筒口径成一定比例关系，所以量杯的刻度大小直接表示了降水量，不必要再进行换算。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。

?储水瓶：

是有一定容量并有倒水咀的玻璃瓶。

雨量计--虹吸式

构造：

是用来连续记录液体降水的自记仪器。

由承水器(通常口径为20cm)、浮子室、自记钟和虹吸管等组成。

雨量计--双翻斗式

构造：

由感应器、采集器、记录器组成。

感应器：由承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等组成。

记录器：由计数器、记录笔、自记钟、控制线路板等构成。

雨量传感器

?翻斗式：

?用来连续采集液体降水量的。

?分为双翻斗与单翻斗两种，其结构和测量原理与前述的感应器相同。

?双阀容栅式：

?由承水器、贮水室、浮子与感应极板，以及信号处理电路等组成。

?测量原理：是利用贮水室内浮子随雨量上升带动感应极板，使容栅移位传感器产生的电容量变化，经转换为位移计量的原理测得降水量。

降水量观测的误差来源

?降水量测量的准确与否，不仅与传感器的性能有关，还和传感器安置的地点、位置、雨水溅失、蒸发损失以及风的影响关系密切。

?雨水溅失：对雨量器造成的误差约0.1～0.2mm。

?蒸发引起的误差：与测点的位置、当时的气象条件、仪器本身结构、制作材料等多因素有关，其引起的平均误差是年降水量的3%-6%。

?风的影响：由于雨量器高出地面，风对雨量器的绕流作用导致筒口上方出现局部上升气流，阻碍雨滴落入筒内，造成降水量偏小。对固体降水影响更大，影响的大小与雨滴大小、风速及承水器安装高度有关。

测量蒸发量的主要仪器

?蒸发筒：

由白色玻璃钢制作，是一个器口面积为3000cm2，有圆锥底的圆柱形桶，器口正圆，口缘为内直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上设置测针座，座上装有水面指示针，用以指示蒸发桶中水面高度。在桶壁上开有溢流孔，孔的外侧装有溢流嘴，用胶管与溢流桶相连通，以承接因降水较大时从蒸发桶内溢出的水量。

是承接因降水较大时而由蒸发桶溢出的水量的圆柱形盛水器，可用镀锌铁皮或其它不吸水的材料组成。桶的横截面以300cm2为宜，溢流桶应放置在带盖的套箱内。须注意防止降落在胶管上的雨水顺着胶管流入溢流桶内。

?水圈：

是安装在蒸发桶外围的环套，材料也是玻璃钢。用以减少太阳辐射及溅水对蒸发的影响。它由四个相同的弧形水槽组成。内外壁高度分别为13.7cm和15.0cm。每个水槽的壁上开有排水孔。为防止水槽变形，在内外壁之间的上缘设有撑档。水圈内的水面应与蒸发桶内的水面接近。

?测针：

是专用于测量蒸发器内水面高度的部件，应用螺旋测微器的原理制成。读数精确到0.1mm。测针插杆的杆径与蒸发器上测针座插孔孔径相吻合。测量时使针尖上下移动，对准水面。测针针尖外围还设有静水器，上下调节静水器位置，使底部没入水中。

第九章积雪、冻土和电线积冰的观测

积雪：测站四周能见面积被雪（包括米雪、霰、冰粒）覆盖超过一半时称为积雪。

观测项目：雪深、雪压。

符合观测雪深的日子，每天08时在观测地点将量雪尺垂直地插入雪中到地表为止(勿插入土中)，依据雪面所遮掩尺上的刻度线，读取雪深的厘米整数，小数四舍五入。

每次观测须作三次测量，记入观测簿相应栏中，并求其平均值。三次测量的地点，彼此相距应在10m以上(丘陵、山地气象站因地形所限，距离可适当缩短)，并作出标记，以免下次在原地重复测量。

平均雪深不足0.5cm记0；若08时未达到测定雪深的标准，之后因降雪而达到测定标准时，则应在14时或20时补测一次；记录记在当日雪深栏，并在观测簿备注栏注明。

雪压计算公式为：P＝M/100P为雪压（g/cm2）；M为样本重量(g)，分母100为量雪器内截面积(cm2)。

雪压计算公式：P＝M/S＝50×m/50＝m

P为雪压（g/cm2）；S为圆筒内截面积(50 cm2)；m为秤杆刻度数；M为样本重量(g)。因秤杆上每一刻度单位(即十个小格)等于50g，故M值用秤杆刻度度数m乘50而得。

冻土：是指含有水分的土壤因温度下降到0℃或以下而呈冻结的状态。

电线积冰：是指雨淞、雾淞凝附在导线上或湿雪冻结在导线上的现象。

积冰重量的测量：是指1m长导线上冰层的重量。

按下式换算成一米长导线上的冰层重量：一米长导线上的冰层重量=冰层重量值/被测量的冰层长度*100。

第十章辐射和日照时数的观测

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。

气象站用总辐射表：玻璃罩：半球形双层石英玻璃，既防风又能透过短波辐射。

净全辐射测量仪器：上下两个感应面都能吸收全波段辐射。

感光迹线的基本特征：

夏半年（春分至秋分），阳光直射北半球，感光迹线位于洞孔的切平面以南，呈凹形，即偏于水平线之上且较长。

冬半年（秋分至春分），阳光直射南半球，感光迹线位于洞孔的切平面以北，呈凸形，即偏于水平线之上且较短。

用总辐射与散射辐射计算日照时数：临时性措施，不能长期使用。

第十一章自动气象观测系统

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，是一种能自动收集、处理、存储或传输气象信息的装置。

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。

自动气象站常用传感器：

气压——振筒式气压传感器、膜盒式电容气压传感器

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

第十二章高空温压湿风的探测

测量三维温压湿的方法：

探空气球携带无线电探空仪升空（主要）：资料具有较高的精确度和分辨率；形成了一个比较严密的全球探测网。其中，探空气球携带无线电探空仪升空是测量高空温压湿的常规方法。

无线电探空仪的测量单位：

气压：百帕(hPa)

温度：摄氏度(℃)

相对湿度：百分数(％)

露点温度：摄氏度(℃)

高度：位势米(gpm)，1位势米≈0.980665动力米

五九型转筒式电码探空仪，简称GZZ型探空仪，发射机频率：一种是24.5MHz；一种是400MHz。

五九型转筒式电码探空仪误差：

1.测温误差：滞后误差(双金属片的热滞系数)、和辐射误差、元件沾湿误差、气球的热空气尾流。

2.测湿误差：肠膜性能不稳定、滞后系数随温度降低而加大，在-30度以下几乎无法使用。

3.测压误差：弹性后效、温度效应

变低频式探空仪，简称RS-90探空仪：采用双湿度元件（湿敏电容）；硅单晶空盒；感温陶瓷中封入两根铂丝作为电容极板。

根据随气流飘动的物体在空中运动的轨迹，从而测定出风向、风速。这类方法称轨迹法，在高

空观测中广泛采用。

高空风测量中使用的示踪物一般是灌满氢气的气球，即测风气球。

气球轨迹法测风的定位参量至少需要方位角、仰角、垂直距离。

气球只飘浮在某一高度(等密度面)上，一般称为平移气球。

作用在气球上的力：

定义净举力A 为气球所受浮力与重力之差：

式中E 称为总举力,是气球排开空气的重量与球内气体重量之差.

气球升速公式：

气球的运动方程为：

气球的上升速度计算公式：

因此，我们控制球重及净举力，就可改变球的升速。

在净举力及球重不变时，空气密度越小，升速越大，因而，气球的升速随高度会稍有增大。 光学测风经纬仪：主要观测气球仰角和方位角。气球高度由升速和施放时间推算。

无线电经纬仪：利用无线电定向原理，跟踪气球携带的探空仪发射机信号，测得气球仰角和方位角。气球高度则由探空资料计算得出。

测风雷达：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。

二次雷达测风法：把气球上的反射靶换成回答器，就能增强回波的强度，这种雷达叫二次雷达。 气球上的回答器收到地面雷达发来的询问脉冲后，立即发射一个脉冲代替反射波，称为回答脉冲，回答脉冲被地面接收机接收，确定仰角、方位角、斜距。

GPS 的组成：

GPS 卫星：向用户连续发送定位信息；接收和储存地面监控站发出的卫星导航电文等信息，并适时地发送给用户;接收并执行地面监控站发来的指令；提供精确的时间标准

地面监控系统：监视卫星的运行；确定GPS 时间系统；跟踪并预报卫星星历和卫星钟状态；向

()h A F mg Vg B ρρ=-=--A E B

=-()h E Vg ρρ=-2

12dw m F mg R dt dw dw dz dw dt dz dt dz =--==而

21/2exp()]D C r w z m πρ=-

-,z w ∞→∞=有：

每颗卫星的数据存储器注入卫星导航数据

GPS 接收机：是用户部分的核心，与天线、微处理器及其终端设备和电源等共同构成

第十三章 大气遥感探测

遥感：就是不直接接触测量目标物或有关的大气物理现象，通过探测器接收来自被测目标物发出的辐射信息，并对其处理、分类和识别的一种技术。

雷达：是Radio Detection And Ranging 缩写Radar 的音译，字面上含义是无线电探测和测距。确切的讲，就是无线电方法发现并测定空间目标的位置。

瑞利散射：1871年Rayligh 推出散射公式，粒子直径和入射波长 d ＜＜λ 的小球形粒子散射。 米散射：1908年G.Mie 推出均匀介质圆粒子对平行波散射的函数表达式。粒子直径和入射波长 d ≈ λ 的大球形粒子散射。

红外辐射：光谱段从0.8微米到1000微米。红外辐射也称热辐射。红外辐射是人眼看不见的光线，但是利用仪器可以测量它。

红外辐射探测一般可分为两种情况，一是接收来自地球表面或者是大气发射的红外辐射；另一种是接收太阳的红外辐射，该波段位于大气中某种大气成份的吸收带上，用于遥感大气中该成份的浓度或含量。

利用感应器测量物体发射的微波辐射来探测物体的各种特性的技术称微波遥感。

第十四章 大气边界层探测技术

热线风速仪有两个致命的缺点，一是受到大气污染后其标定值易偏离，二是极易损坏。所以该类仪器不宜于长时间的野外观测。

系留探空仪是大气边界层探测的主要工具之一，它可测量地面至1000m 高度的大气温度、湿度、风速、风向、气压等气象要素。

系留气艇外形如飞艇，呈较好的流线型，在有风情况下能保持较小的阻力，还能保持艇的头部对准风的来向。

湿度计算和海平面气压换算方法

? 一、湿度计算

（1）水汽压 E:水汽压(hPa);

E tw

:湿球温度t w 所对应的纯水平液面的饱和水汽压；

p 0:本站气压（ hPa

）；t: 干球温度(℃);t w :湿球温度(℃);

A ：干湿表系数(℃-1)。我们取

A=0.8* 10-3 (℃-1)。

（2）露点温度

利用Magnus 公式 E : 实际水汽压（ hPa ）；

E 0: 0 ℃时的饱和水汽压，取6.1078（ hPa ）；

a :系数，取7.69；

b :系数，取243.92。 0()

tw w E E AP t t =--

（3）相对湿度

U:相对湿度（%）；

E:实际水汽压（ hPa ）；

E w :干球温度t 所对应的纯水平液面的饱和水汽压（ hPa ）。

? 二、海平面气压换算

气象台站测的气压值为本站气压，为比较各台站间的气压值，需作海平面气压订正。

由拉普拉斯气压公式

变形得： p :海平面气压（ 0。 h :海拔高度（m ）。

t m :假想气柱的平均温度(℃ )：

t :观测时气温（ ℃ ）；

t 12:观测前12小时气温（ ℃ ） 南京h 约为23m, 简化0.1

400h

≈

用t m 和p 0查表可得海平面气压，内差相等时取小值。

1

212

(273.15)ln d v R p

z z t g p -=+010p p α=18400(1273)

m h

t α=+121

()2400

m h

t t t =++