習題參考答案

1、大氣探測學習題參考答案 第1章 緒論1 大氣探測學研究的對象、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，峽谷風場，海陸風場等）。大氣探測的特點：隨著科學技術的發(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，正在逐步進入常規(guī)大氣探測領域。這些現(xiàn)代大氣探測技術應

2、用于大氣科學的研究領域，極大的豐富了大氣探測的內(nèi)容。 2 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)明了相風鳥、雨量器和風壓板等，不能對大氣現(xiàn)象進行連續(xù)記錄。地面氣象觀測開始發(fā)展時期。16世紀末，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、飛機及火箭攜帶儀器升空，進行高空大氣探測。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，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

3、達應用于氣象觀測，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大了探測范圍，也提高了對大氣探測的連續(xù)性。 3 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。應用元件的物理、化學性質(zhì)受大氣作用而產(chǎn)生反應作用的原理。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或金屬性質(zhì)的示蹤物質(zhì)，利用光學方法或雷達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。有風洞模擬和水槽模擬。風洞模擬大

4、氣層邊界層風、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)。 4 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)響應速度。具有兩重性，大小由觀測任務所決定。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。&

5、#160;5 如何保證大氣探測資料的代表性和可比性？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1 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；

6、層狀云：層狀云包括卷層云，高層云，雨層云和層云，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。2 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：卷積云呈白色細鱗片狀，像微風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

7、明常呈扁圓狀，瓦塊狀，魚鱗片或水波狀的密集云條，層積云云塊一般較大，有的成條，有的成片，有的成團；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。3 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

8、暗灰色，云底常有碎雨云；雨層云與層云 相同點：云體均勻成層； 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到4000-5000米，層云云底很低但不接觸地面。4 敘述莢狀、堡狀、絮狀云的形成機理，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烈而在局部垂直發(fā)展而形成

9、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，水汽條件也具備，則往往預示有積雨云發(fā)展，甚至有雷陣雨發(fā)生；堡狀高積云一般預示有雷雨天氣； 絮狀云：絮狀云有絮狀高積云，是由強烈的湍流作用將使空氣抬升而形成，預示將有雷陣雨天氣來臨。5 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，當大氣中對流增強時，碎積云可以發(fā)展成淡積云，若有強風和湍流時，淡積云的

10、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；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。6 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；當大氣對流運動增強時，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；當對流繼續(xù)增強，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

11、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。7對下面的記錄進行分析，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,CHxCL7, CM9,CHx云量4/26/48/610/1010/10- 答

12、：在8h時，天空中的總云量為4/10，低云量占2/10。低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，云塊大小以及在空中的高低都很不一致，或者是云塊細長，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，有較強的上升氣流，云層可能會繼續(xù)發(fā)展。在10h時，總

13、云量為6/10，低云量占4/10。低云已經(jīng)發(fā)展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)，天氣可能還要進一步地

14、轉(zhuǎn)壞。在14h時，低云已經(jīng)遮滿天空，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)生較強的陣性降水，可能伴有大風、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

15、動較快，呈灰色或暗灰色。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1 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、目標物和背景的亮度對比和觀測者的視力指標對比視感域。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、散射等機制削弱光通過大氣的能量。導致目標物固有亮度減弱。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。比如，亮度暗的目標物在亮的背景襯托下，清晰可見；或者亮的目

16、標物在暗的背景下，同樣清晰可見。表示這種差異的指標是亮度的對比值K。 在白天當，當K=0時，難以準確辨別目標物。當K逐漸增大，即亮度差異逐漸增大，當K值增大到某一值時，才能準確地辨別目標物。這個亮度對比值叫做對比視感域，用表示。2 氣象能見度的定義是什么？ 影響目標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。3 白天能見度與夜間能見度的觀測有何不同？ 白天能見度：目標物背景對比度衰減規(guī)律：一般

17、白天目標物為擴展反射光源，目標物背景的固有亮度對比值，取觀測者、目標物背景的視亮度對比為: 為經(jīng)L距離后,目標物的固有亮度; 為經(jīng)L距離后,背景的固有亮度。 由（3.12）式可寫成：則：令：稱作傳輸函數(shù)，則有：白天氣象能見度及其觀測法：若選擇水平天空作為背景，那么，背景的固有亮度 應等于水平天空的視亮度即 則有 稱為科希米德（Koschmieder)定律，它表達了目標物與水平天空背景亮度對比度衰減規(guī)律。當這種衰減達到 時，相應的能見度距離為L若選擇深色物體作為目標物，即 ，相應再取 ，則定出的最大能見度距離為：按上述規(guī)定的條件進行觀測，測定的 只與大氣消光系數(shù) 成單一函數(shù)關系。它只反映大氣透明

18、度的單一影響，故視程 為氣象能見距離，或氣象視距。 夜間能見度： 夜間由于光照條件的限制，已不能使用一般的目標物，而只能用發(fā)光物體作為目標物。燈光目標物是點源，不象擴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。而夜間決定目標能見與否的眼睛的指標是眼睛的靈敏度，即所能感受的最小照度，又叫照度視覺閾值，以 表示。拜克維爾給出了 與背景亮度 的統(tǒng)計表達式： 的值與燈光色彩有關，黃光的照度視覺閾值 最大，紅光的 最小，故用紅色燈光易于辨認。 影響燈光能見度的因子有：燈光強度、大氣透明度和眼睛的靈敏度。設燈光強度為 ，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（Al

19、lard）定律定義：當觀測者離燈光距離為S時，燈光產(chǎn)生的照度達到閾值 ，這時目標燈恰好能見，稱S為燈光能見距離，即 將（3.18)式代入(3.16)式，得：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)燈光強度I和距離S查算最大能見距離Lmax。4 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：1.遙測光度計原理：由目標物、天空背景的視亮度比較給出大氣消光系數(shù)推算氣象能見度。2.測大氣透射率表 氣象能見度Lmax或氣象光學距離P均可寫成大氣透射率（T）的函數(shù)，即如果選擇兩

20、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、大氣散射儀應用透射儀需要基線，不適合高山、沿海、船舶臺站使用。大氣散射儀的主要原理是光脈沖發(fā)射機發(fā)射光脈沖信號，被空氣散射后，由接收機接收。光敏元件把光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖，由紀錄器

21、和顯示器給出能見度值。電脈沖信號越強，能見度越小。5請寫出水平均一大氣的目標物亮度方程（3.5)，并說明方程各項的意義。目標物固有視亮度為 ；通過距離L的空氣層后減為 , 為大氣層消光系數(shù)，單位為 。目標物亮度隨距離以指數(shù)衰減。6請寫出人眼所見目標物的總視亮度方程(3.12)，并說明方程各項的意義。為距離L內(nèi)所有空氣的氣幕光視亮度。 為水平天空的視亮度， 、 的意義同上題，7請寫出目標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。目標物背景的固有亮度對比值觀測者、目標物背景的視亮度對比為:第4章 天氣現(xiàn)象的觀測1連續(xù)性、間歇性和陣性降水，應按那些特征進行判斷？a)連續(xù)性：

22、雨或雪不間斷地下，而且比較均勻，強度變化不大，一般下的時間長，范圍廣，降水量也比較大。b)間歇性：雨或雪時下時停，或強度有明顯變化，但變得比較緩慢。下的時間時短時長。c)陣性：驟降驟停或強度變化突然，下降速度快，強度大，但往往時間不長，范圍也不大。2如何區(qū)別吹雪和雪暴？吹雪是本地或附近有大量積雪時，強風將積雪吹起所致。能見度<10km。雪暴是本地或附近有大量積雪，強風將地面積雪成團卷起，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。3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處傳播而來，而霾不是。一般浮塵的能見度

23、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)在氣團穩(wěn)定較干燥時期。浮塵出現(xiàn)在冷空氣過境前后無風或風小時，由遠處沙塵經(jīng)高空氣流傳播而來?；蛴?或 天氣過后尚未下沉的沙塵浮游在空中所致。能見距離小于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)在氣團穩(wěn)定較干燥時期，而輕霧不一定。輕霧由細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

24、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)在風較小時，但揚沙和沙塵暴出現(xiàn)時風力較大，沙塵暴還常伴有強對流或雷雨過境。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，風力較大。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。風力很大。常伴有強對流或雷雨過境。4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、反射而成的光學現(xiàn)象，出

25、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現(xiàn)象，常出現(xiàn)在環(huán)繞月光的高積云Ac上。5記錄下列天氣現(xiàn)象：（1）某日下午積雨云發(fā)展，16：14狂風突起，風力達8級，風向、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

26、（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?，以后又是陣雨冰雹夾降，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） 16:1416:18 16:14 16:16 16:20 16:22 16：2516：3516：4016：4616：56；17：1217：27（2） 13

27、：2513：32 13:32 13:5213:55-13:5913:5914:06 14:06-15：22;19:28_23:11; 14：07;19:5520:05;20:21;- 23:113:406譯出下列電碼：31656，50905，11152，10026，20122，39862，40088，52052，54000，60061 31656：本站氣壓為1165.6hPa。50906：總云量為6，東風，風速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

28、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1什么叫溫標？常用溫標有哪幾種？如何換標？溫標是為了定量地表示溫度,而選定的一個衡量溫度的標尺。常用溫標有：開爾文溫標（絕對溫標）(K)；攝氏溫標 ()；華氏溫標(F)。換標公式為： KC換算：； CF換算：； KF換算：；2試述玻璃溫度表測溫原理。液體玻璃溫度表的感應部分是一個充滿液體的玻璃球，示度部分為玻璃毛細管。由于玻璃球內(nèi)的液體的熱膨脹系數(shù)遠大于玻璃，當溫度升高時，液體柱升高，反之下降。液柱的高度即指

29、示溫度的數(shù)值。設0 時表內(nèi)液體的體積為V0，此時球部和這段毛細管的容積也為V0，當溫度升高 時，毛細管中液體柱的長度變化為，則體積的改變量為： 式中 為液體的熱膨脹系數(shù); 玻璃球的熱膨脹系數(shù);S為毛細管的截面積。將上式改寫成 等式左邊稱作溫度表的靈敏度。表示溫度改變1引起的液體高度變化，靈敏度高的儀器，刻度精密。3最高最低溫度標測溫原理。最高溫度表：毛細管較細，液體為水銀。在玻璃球部焊有一根玻璃針，其頂端伸至毛細管的末端，使球部與毛細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)，水銀被擠進毛細管內(nèi)；但在降溫時，毛細管內(nèi)的水銀不能通過狹縫退回到球部，水銀

30、柱在此中斷。因此，水銀柱頂可指示出一段時間內(nèi)的最高溫度。 最低溫度表：毛細管較粗，內(nèi)裝透明的酒精，游標懸浮在毛細管中，觀測時將游標調(diào)整到酒精柱的頂端，然后將溫度表平放。升溫時，酒精從游標和毛細管之間的狹縫過，游標不動；溫度下降時，液柱頂端表面張力使游標向球部方向移動，因此，游標指示的溫度只降不升，遠離球部的一端將指示出一定時段的最低溫度。4雙金屬片測溫原理。雙金屬片測溫測溫原理如下圖所示：；式中L是雙金屬片的弧線總長度； h1和h2為兩種金屬片的厚度；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； 為弧線角的函數(shù)。5平衡和不平衡電橋測溫原理。（i）平衡電橋：平衡電橋的測溫電

31、路原理如下圖所示： 當環(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），使電橋達到平衡，并做出r3與t的刻度關系，或Rt與t的關系式，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。為外接導線電阻。對同種引出導線有：因溫度變化引起外接導線電阻的變化為：因溫度變化引起熱敏電阻阻值的變化為：；要求：在電橋平衡時： 移項得：，則故有：；其中：；此式說明了溫度t與r3的關系，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?？筛鶕?jù)檢流計的讀數(shù)或電

32、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：當電橋平衡時：電橋?qū)蔷€上無電壓差： 而，為當電橋平衡時的阻值；為溫度變化引起阻值的變化。 此時有；代入e的公式，得： 將上式右邊括號中的項展成冪級數(shù)，則： 將上式中忽略二次項，并設：；代入上式，上式右邊則變?yōu)椋河?，忽略含的二次項，得：即得到了計算e的公式，但為了使輸出電壓e和溫度變化成線性關系，應使（5.16）式中含項的系數(shù)總和為零，因此， 化簡得：則得：或，這是由公式本身要求線性性的帶來的約束條件。6推導線性化輸出平衡電橋電阻r1,r2,r3的計算式。如圖所示： 設：測溫范圍在T0和T1之間,則令： 由電橋平衡的條

33、件可得：由(1)-(3)得： 將(5)代入(4),移項整理得:將(7)代入(4)式可得：將(5)式代入(6)式得：通分、合并同類項、移項得：即得到r1,r2,r3的表達式。7說明溫度熱滯系數(shù)的物理意義及特性。物理意義：元件在d 的時間內(nèi)與周圍介質(zhì)交換的熱量為：其中：T:元件溫度；：環(huán)境溫度；S：有效散熱面積；h：熱交換系數(shù)元件得到（或失去）熱量后，增（或降）溫，則有： 其中C為比熱；M為元件的質(zhì)量。合并上面兩式，移項得：令： 為熱滯系數(shù)，則：的單位為秒。 熱滯系數(shù)特性：元件的熱容量越大，散熱面積越小，則越大。熱交換系數(shù)h的大小取決于環(huán)境介質(zhì)性質(zhì)和通風量。8如何測定溫度表的熱滯系數(shù)?測溫元件溫度

34、和介質(zhì)溫度的差值降至初始差值的36.8%時的時間為。也就是說 的改變量達到了起始差值的即63.2%時所需要的時間為。這個時間常數(shù)在實驗中可以用這樣的方法來測定： 把溫度表加熱（或冷卻）到高于（或低于）介質(zhì)溫度若干度后，把它放入介質(zhì)中，然后用秒表測定溫度變化到36.8%的時間，這個時間就是該溫度表的熱滯系數(shù)值。9一支熱滯系數(shù)為100S的溫度表，溫度30時，觀測環(huán)境20的空氣溫度，精度要求為0.1 ，需要多少時間才能觀測？解: T-q為感應元件溫度與環(huán)境溫度之差,則: =460.52s8min即約需要8分鐘通風后即可讀取數(shù)據(jù).10百葉箱氣溫日變化振幅A0 =10，要求日振幅誤差小于0.1，計算熱滯

35、系數(shù)。解：由得：即熱滯系數(shù)大約為33分鐘。11氣溫測量中防止輻射誤差方法有主要哪幾種？防止輻射誤差的方法主要有:1.屏蔽技術:使太陽輻射，地面反射輻射不能直接照射到測溫元件上。（百葉箱，各種類型的防輻射罩）;2.增加元件的反射率(熱敏電阻涂成白色);3.人工通風,加快元件散熱(阿斯曼通風干濕表);4.采用體積小,并具有較大的散熱系數(shù)的測溫元件。第6章 濕度的觀測1簡述干濕球溫度表的測濕原理。由于蒸發(fā)，濕球表面不斷有耗散蒸發(fā)潛熱，使?jié)袂驕囟认陆?；由于濕球與四周空氣有溫差，則在穩(wěn)定平衡時，濕球溫度表蒸發(fā)支出的熱量應等于與四周熱空氣交換得到的熱量： ； 其中，h：熱擴散系數(shù);T為干球溫度;TW為濕球

36、溫度.單位時間通過單位濕球面積蒸發(fā)水分的質(zhì)量：，其中，k：水汽擴散系數(shù)式中gg為空氣的混合比;gs(Tw)為濕球溫度TW時的飽和混合比;k為水汽擴散系數(shù).濕球蒸發(fā)消耗的熱量為：故 其中 稱為干濕表系數(shù)。 2干濕球溫度表A值與哪些因素有關？從A值的定義可知，熱擴散系數(shù)h和水汽擴散系數(shù)k是通風速度的函數(shù)，所以，A值必然與風速有關。 d=10mm d=4mm 由上述公式得：A值隨風速變化大，風速增加，A迅速減??；但是V>3m/s時，A基本不變；不同類型的溫度表A值有差異，但是在風速高的時候，差異很??；元件的特征尺度d越小，A隨風速的變化越小。3為什么采用人工通風的干濕球溫度表能提高測量精度？因

37、為干濕表系數(shù)受風速影響大，如果用人工通風的干濕球溫度表，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。4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。如圖所示：先降溫，鏡面出現(xiàn)露點時，記為： 再升溫，最后一個露珠消失時，記為： 這是一次完整記錄，一般5次取平均：；即得到露點溫度。5影響露點儀測量精度的因素有哪些？露點儀測濕精度： 影響露點儀測濕精度的因子有：（1） 爾文效應：設彎曲水面飽和水汽壓為；純水平面飽和水汽壓為，有 式中K為波爾茲曼常數(shù)； s 為水表面張力系數(shù)；n為水分子容積；g為露滴的曲

38、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系為： ； 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-0.1。（2）拉烏爾特（Rault)效應：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。這種效應將使露點值偏高。公式如下： 其中: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)（3）部分壓力效應： 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，進入測試空間空氣樣本的水汽壓，將按壓差以同

39、樣的比例降低。6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： 其中 A為干濕表系數(shù)，（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 ，其中，（3）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： （克/立方米）水汽壓： ，同上有： 其中：V：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為進氣后容器內(nèi)的氣壓和溫度；m2、m1為吸濕后和吸濕前干燥管的質(zhì)量。（4）光譜吸收法 根

40、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=1.37m，對水汽有很強的吸收；另一束波長=1.24m（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，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)

41、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： 再升溫，最后一個露珠消失時，記為： 這是一次完整記錄 ；第7章 大氣壓力的觀測1.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。當管內(nèi)水銀柱對水銀槽面產(chǎn)生的壓力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尺，標尺的零點對準水銀面，就可直接讀取水銀柱的高度（），即可求得大氣壓力（） 式

42、中為溫度 時水銀密度，為測站緯度為、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, 以溫度為標準,g以緯度為的海平面為標準.如果不在標準條件下,則讀得的水銀柱高度必須訂整到標準條件下。即：因此 其中為溫度訂正因子，為重力（緯度高度）訂正因子；動槽是水銀氣壓表的讀數(shù)原理為：它的主要特點是標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，沒有皮囊、水銀面調(diào)節(jié)螺釘以及象牙

43、針。當氣壓變化時，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： 當氣壓升高1mmHg，表內(nèi)水銀柱上升mm，而槽內(nèi)水銀面同時下降mm，則有 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）： 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為插進水銀槽中的玻璃管尾端的外橫截面積。因而有 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，以補償氣壓表水銀面基點的變動，這種刻度的標尺又稱補償標尺。2.水銀氣壓表誤差主要有哪些？說

44、明原理。儀器誤差 由于制造條件的技術及材料的物理特性等因素，導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、儀器基點和標尺刻度不準確；2、真空度不良；3、毛細管液面張力誤差：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。由拉普拉斯公式，彎曲液面產(chǎn)生的附加壓力（壓力差）為：式中Ps為毛細管內(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。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

45、接觸角而變。d 越大，影響越?。辉叫?，曲率越大，影響越大。設Ps作用下，使水銀柱降低了h，則： 式中為水銀的密度；g為重力加速度。 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 還需訂正到標準狀態(tài)下即 其中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。 3.如何對水銀氣壓表讀數(shù)進行器差、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： 假設水銀氣壓表在0的環(huán)境溫度下，水銀槽上的標尺為銅尺；如果在水銀槽上另立一支沒有溫=、度系數(shù)的標準尺， 在t，銅尺刻度Ht與水銀柱頂相齊，而標準尺測得

46、的水銀柱高度為Lt,如果氣壓不變，只將環(huán)境溫度降至0 標準條件，此時，標準尺測得的水銀柱高度為L0，原刻度Ht 的長度為L1；此時，銅尺H0刻度與水銀柱頂相齊，H0=L0。已知為水銀的熱膨脹率系數(shù)，為銅的熱膨脹系數(shù)，則對標準尺有： 溫度為時t，銅尺刻度為Ht，標準尺刻度Lt，則可改寫為：保持氣壓不變，溫度降至0，銅尺的刻度為H0，標準尺為L0，則合并上面兩式得： 其中：； 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考慮在內(nèi),而寫成下述形式：其中A為水銀槽的截面積;V為氣壓表內(nèi)的水銀體積; 為鐵的熱膨脹系數(shù).該訂正值應從讀數(shù)中減去.氣壓表讀數(shù)的重力訂正 還需訂正到標準

47、狀態(tài)下即 其中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系因而有則緯度訂正：因此即訂正值為負值； 即訂正值為正值。 2、高度訂正在同一緯度上，重力加速度隨高度的變化關系為： h<<R(R=6370000m,地球半徑），h以m為單位。 對高山站： 則高度訂正： 由上式可知：當測站海拔高度h>0, DH<0, 訂正值為負值；反之，為正值。4.簡述空盒氣壓計、空盒氣壓表的測壓原理?？蘸袣鈮罕淼母袘且唤M具有彈性的、抽成真空的（或殘留少量空氣）空盒組成的。 將空盒底部固定，頂部可自由移動，用以操作指示讀數(shù)的機械系統(tǒng)。包括：感應

48、部分、傳動放大部分、顯示部分。外界氣壓的變化引起空盒形變從而使讀數(shù)變化。 空盒氣壓計是利用空盒感應元件制成的連續(xù)記錄氣壓的儀器。其結(jié)構(gòu)包括：感應部分；傳動放大部分；自記部分。它與空盒氣壓表的區(qū)別在于它有自己部分，而空盒氣壓表需要靠人去讀數(shù)。5.簡述空盒氣壓計的彈性后效、彈性溫度效應原理及其解決方法。彈性后效特點：1、當氣壓變化停止后，空盒形變還繼續(xù)一段時間；2、升降壓曲線不重合（滯差環(huán)）?？蘸袕椥詼囟刃侵缚蘸械臈钍夏Ａ烤哂胸摐叵禂?shù)。溫度升高時，彈性力減弱。如果大氣壓力維持不變，在升溫時空盒的厚度將變薄解決辦法：1、雙金屬片補償法空盒的溫度效應位移dD，剛好由雙金屬片的位移DS相抵消。即：

49、空盒彈性溫度系數(shù)；上升1C，彈性變化P0；引起空盒自由端位移kP0;有單點補充和雙點補充兩種。2、殘余氣體補償法空盒內(nèi)留有一定壓力p的氣體，在氣壓為P時，空盒所受壓力為P-p，空盒的彈性應力為F，壓力平衡時，F(xiàn)=P-p。升溫1°C時，彈性力減弱了bF=b(P-)；盒內(nèi)殘余氣體的壓力升高了pa；當pa=b（P-p）或 時，空盒的溫度效應就可得到補償。P點是完全補償點。b是空盒的彈性溫度系數(shù)（1/ °C ）；a為殘余氣體的熱膨脹系數(shù)（1/°C）。6.簡述沸點氣壓計測壓原理。將一個裝有純凈液體的容器與待測空氣相通，將溶液加熱到沸點，溶液表面的飽和蒸汽壓將達到大氣壓力的數(shù)

50、值，測定它的沸點溫度就可計算出大氣壓力。 大氣壓力與沸點溫度的關系為： 這種方法的優(yōu)點是將復雜的氣壓的測量轉(zhuǎn)化為溫度的測量。7.已知在北緯40°，海拔高度為120m的氣象站動槽式水銀氣壓表的氣壓讀數(shù)為988.2hPa，器差為0.6hPa，th=25，r=0.6/100，求：Ph , P海，壓差C。解：=988.2hPa+0.6hPa=988.8hPa=988.8hPa* =988.81hPa = =(1-0.000000196*120)(1-0.00264cos80)*988.81hPa =988.33hPa即Ph=988.33hPath=25, r=0.6/100,h=120m因而

51、有t0=(25+120*0.6/100)=25.72因而有tm=(25=25.72)/2=25.36因而有m=120/18400(1+25.36/273)=0.00596 M=（100.00596-1）*1000=13.818 P海=988.33hPa*100.00596=1001.99hPa C=1001.99hPa-988.33hPa=13.656hPa8、已知在北緯45°海拔高度為220m的氣象站動槽式水銀氣壓表的氣壓讀數(shù)為986.1hPa，器差為-0.2hPa，th,0=25，th,-12=30.6，求：Ph,P海，壓差C。解：P=（986.1-0.2）hPa=985.9hPath=(25+30.6)/2=27.8P0=985.9*(1+1.840*10-5*27.8)/（1+1.818*10-5*27.8）hPa=985.91hPaPh=985.91*(1-0.00