《大氣探測學》教學大綱

1、大氣探測學Atmospheric Observations一、課程基本情況課程類別：學科基礎課課程學分： 3 學分課程總學時： 48 學時，其中講課： 48 學時，實驗（含上機）： 0 學時，課外 0 學時課程性質(zhì)：必修開課學期：第3學期先修課程： 大氣科學概論適用專業(yè)： 大氣科學教 材：孫學金等，大氣探測學，氣象出版社，2009。開課單位：大氣物理學院大氣物理系二、課程性質(zhì)、教學目標和任務大氣探測是指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)的觀測和測定，并對獲得的記錄進行整理的過程和方法。大氣探測學是大氣科學專業(yè)的重要分支，是研究獲取大氣物理和化學性質(zhì)的原理、技術

2、和方法的一門學科。通過這門課的學習，使學生掌握地面和高空各種氣象要素的觀測原理、方法、儀器結(jié)構(gòu)、使用規(guī)范以及探測誤差；熟悉我國正在建設的綜合氣象觀測系統(tǒng)的設計方案、總體構(gòu)成和發(fā)展趨勢，并使學生了解國內(nèi)外1990年代以來的主要大氣探測技術。本課程主要講授常規(guī)氣象站地基（云、能、天、溫、壓、濕、風、降水、蒸發(fā)、積雪、輻射、日照、大氣電場、自動氣象站）和高空（高空溫、壓、濕、風）探測技術，并簡要介紹氣象雷達和衛(wèi)星觀測技術。三、教學內(nèi)容和要求第1章 緒論（2學時）1.1大氣探測的發(fā)展史和趨勢（1學時）（1）了解大氣探測發(fā)展史； （2）理解大氣探測對象和趨勢； （3）掌握大氣探測任務和特點；重點：大氣探

3、測任務和特點難點：大氣探測的任務1.2氣象觀測工作的組織和“三性”要求（1學時）（1）了解氣象觀測的組織形式； （2）理解氣象觀測的基本流程及時間；（3）掌握氣象觀測的“三性”要求；重點：觀測的“三性”要求難點：觀測的“三性”要求第2章 云的觀測（4學時）2.1云的分類、特征及形成（2學時）（1）了解云分類的研究歷史； （2）理解云的分類標準； （3）掌握云的名稱及主要特征；重點：云的名稱和主要特征難點：云的主要特征2.2云量的觀測（1學時）（1）了解云量的定義；（2）理解云量的自動觀測； （3）掌握云量的計算方法；重點：云量的計算方法和自動觀測難點：云量的計算方法2.3云高的觀測（1學時）（

4、1）了解云高的定義；（2）理解云高的三種儀器觀測方法； （3）掌握激光云高儀的探測原理；重點：云高的三種儀器觀測方法難點：激光云高儀的探測原理第3章 能見度的觀測（2學時）3.1能見度及其影響因子（0.5學時）（1）理解能見度的影響因子； （2）掌握能見度的定義；重點：氣象光學視程、能見度和有效水平能見度的定義；難點：氣象光學視程的理解3.2能見度的目測（0.5學時）（1）理解夜間能見度目測方法；（2）掌握白天能見度目測方法； 重點：白天能見度的定義及計算難點：白天能見度的觀測方法 3.3能見度的儀測（1學時）（1）掌握透射式能見度儀的探測原理； （2）掌握散射式能見度儀的探測原理；重點：基于

5、布格-朗伯定律的能見度探測原理難點：散射式能見度儀的探測原理 第4章 天氣現(xiàn)象的觀測（2學時）4.1天氣現(xiàn)象的分類和特征（1學時）（1）掌握天氣現(xiàn)象的定義和符號； 重點：降水現(xiàn)象、視程障礙現(xiàn)象和地面凝結(jié)現(xiàn)象；難點：不同視程障礙現(xiàn)象的區(qū)別4.2天氣現(xiàn)象的儀測（0.5學時）（1）理解降水類型自動識別技術；（2）理解現(xiàn)在天氣現(xiàn)象儀的工作原理； 重點：現(xiàn)在天氣現(xiàn)象儀工作原理難點：降水類型自動識別技術 4.3閃電的測量（0.5學時）（1）掌握閃電定位的基本原理；（2）掌握大氣電場測量的基本方法重點：定向法和時差法的基本原理，旋轉(zhuǎn)式靜電場儀的工作原理；難點：定向法和時差法的基本原理第5章 溫度的測量（4學

6、時）5.1溫標及測溫要求（0.5學時）（1）掌握溫標的換算； （2）掌握氣象臺站測溫要求；重點：溫度測量的高度、時間、精度和誤差；難點：溫標的換算5.2溫度的儀器測量（2學時）（1）掌握玻璃液體溫度表的測溫原理及結(jié)構(gòu)；（2）掌握金屬電阻溫度表的測溫原理及結(jié)構(gòu)； （3）掌握半導體熱敏電阻的測溫原理及結(jié)構(gòu)；（4）掌握熱電偶溫度表測溫原理及結(jié)構(gòu)；重點：各種測溫元件的工作原理及結(jié)構(gòu)難點：各種測溫元件的誤差分析5.3熱滯效應（1學時）（1）理解熱滯效應的原因及熱滯系數(shù)的含義； （2）掌握熱滯誤差的計算；重點：熱滯系數(shù)和熱滯誤差難點：熱滯誤差計算5.4 氣溫測量的防輻射方法（0.5學時）（1）理解氣溫測量

7、中防輻射的重要性（2）掌握氣溫測量中防輻射方法和設備重點：防輻射方法和設備難點：防輻射設備對氣溫測量的影響第6章 濕度的測量（4學時）6.1濕度參數(shù)和測濕方法（0.5學時）（1）掌握各種濕度參量的定義及相互換算； （2）理解五種主要測濕方法的基本原理；重點：混合比、比濕、絕對濕度、水汽壓、相對濕度、露（霜）點溫度定義；難點：各種濕度參數(shù)之間的相互換算6.2熱力學測濕法（1學時）（1）掌握干濕表測濕原理及結(jié)構(gòu)；（2）理解干濕表系數(shù)和測濕誤差； 重點：干濕表測濕原理和干濕表系數(shù)的影響難點：干濕表測濕誤差6.3吸濕測濕法（1學時）（1）掌握毛發(fā)濕度表測濕原理； （2）掌握三類電學測濕元件測工作原理；

8、重點：毛發(fā)濕度表、高分子濕敏電容、碳膜濕度片和氯化鋰濕度片測濕原理和結(jié)構(gòu)難點： 電學測濕元件工作原理6.4 露點和光學測濕法（1學時）（1）掌握露點儀的測濕原理和結(jié)構(gòu)（2）理解紅外濕度計的測量原理重點：露點儀和紅外濕度計測濕原理難點：露點儀測濕原理6.5 測濕儀器的檢定（0.5學時）（1）理解四種濕度檢定方法的原理重點：四種濕度檢定方法的原理難點：四種濕度檢定方法的原理第7章 氣壓的測量（3學時）7.1力平衡式測壓（1學時）（1）掌握水銀氣壓表測壓原理和結(jié)構(gòu)； （2）掌握空盒氣壓表測壓原理和結(jié)構(gòu)；（3）理解水銀氣壓表的讀數(shù)訂正；重點：水銀氣壓表和空盒氣壓表測壓原理；難點：動槽和定槽水銀氣壓表的

9、操作和誤差7.2氣壓傳感器（1學時）（1）掌握振筒氣壓計的測壓原理及結(jié)構(gòu)；（2）理解硅壓阻式氣壓傳感器的測壓原理及結(jié)構(gòu)； （3）理解沸點氣壓計的測壓原理及結(jié)構(gòu)；重點：振筒氣壓計的工作原理及結(jié)構(gòu)難點：振筒氣壓計的測壓計算方法7.3海平面氣壓計算和氣壓表基準（1學時）（1）掌握海平面氣壓計算方法； （2）了解氣壓表的基準；重點：海平面氣壓計算方法難點：海平面氣壓計算方法第8章 地面風的測量（4學時）8.1風的表示法及其測量方法（1學時）（1）掌握風向風速的表示法； （2）理解風的各種測量方法的基本原理；重點：風速（風級）、風向的定義及記錄方法；難點：平均分風的計算8.2風向的測量（1學時）（1）掌

10、握風向標的測風原理及結(jié)構(gòu)；（2）掌握風向的轉(zhuǎn)換方法及測量誤差； 重點：風向標的測風原理及結(jié)構(gòu)難點：風向的轉(zhuǎn)換方法8.3風速的測量（2學時）（1）掌握旋轉(zhuǎn)式、壓力式、散熱式、聲學和光學等風速測量儀器的工作原理； （2）了解各類風速測量儀器的適用條件及誤差；重點：旋轉(zhuǎn)式、散熱式、聲學風速測量儀器的工作原理難點：散熱式、聲學風速測量儀器的風速計算第9章 降水、積雪和蒸發(fā)的測量（3學時）9.1降水量的測量（2學時）（1）掌握降水量、降水強度的定義；（2）掌握雨量筒、翻斗式、虹吸式、稱重式雨量計的工作原理； （3）理解電學和光學雨量計的工作原理；（4）理解降水測量中的誤差；重點：雨量筒、翻斗式、虹吸式、

11、稱重式雨量計的工作原理難點：電學和光學雨量計的工作原理9.2積雪深度的測量（0.5學時）（1）掌握雪深的人工測量方法；（2）掌握超聲雪深傳感器的工作原理； 重點：超聲雪深傳感器的工作原理難點：超聲雪深傳感器的工作原理9.3蒸發(fā)量的測量（0.5學時）（1）了解蒸發(fā)量的測量誤差； （2）掌握蒸發(fā)量的定義；（3）掌握小型蒸發(fā)器的測量方法及結(jié)構(gòu)；（4）掌握E601B型蒸發(fā)器的自動測量原理及結(jié)構(gòu)；重點：小型蒸發(fā)器和E601B型蒸發(fā)器的測量原理難點： E601B型蒸發(fā)器的測量原理第10章 輻射能和日照時數(shù)的測量（4學時）10.1輻射能的測量（3學時）（1）理解輻射基本物理量的定義；（2）掌握氣象輻射觀測項

12、目的定義和符號； （3）掌握熱電式輻射傳感器的測量原理；（4）掌握各類氣象輻射觀測項目的測量儀器結(jié)構(gòu)及其工作原理；（5）了解各種輻射觀測儀器的安裝要求；重點：直接輻射、總輻射、散射輻射、全輻射、凈輻射和長波輻射的測量原理難點：熱電式輻射傳感器的測量原理10.2日照時數(shù)的測量（1學時）（1）掌握日照時數(shù)的定義；（2）理解可照時數(shù)的定義（3）掌握暗筒式、聚焦式和雙金屬片日照計的結(jié)構(gòu)和工作原理；（4）了解光電式日照傳感器的工作原理；重點：日照時數(shù)的定義，暗筒式、聚焦式和雙金屬片日照計的工作原理難點：暗筒式、聚焦式和雙金屬片日照計的工作原理第11章 自動氣象站（3學時）11.1自動氣象站的硬件結(jié)構(gòu)與設

13、計（1學時）（1）了解自動站外部設備的架構(gòu)；（2）理解數(shù)據(jù)采集器工作原理（3）掌握自動站氣象傳感器的工作原理；重點：自動站氣象傳感器的工作原理、數(shù)據(jù)采集器工作原理難點：自動站氣象傳感器的工作原理11.2自動站軟件與數(shù)據(jù)處理（1學時）（1）了解自動站軟件組成；（2）理解自動站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法；（3）掌握自動站數(shù)據(jù)采樣和過濾方法；重點：自動站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法、自動站數(shù)據(jù)采樣和過濾方法難點：自動站數(shù)據(jù)采樣和過濾方法11.3邊界層探測（1學時）（1）了解邊界層系留探空系統(tǒng)；（2）理解風廓線雷達和微波輻射計探測原理；重點：風廓線雷達和微波輻射計探測原理難點：風廓線雷達和微波輻射計探測原理第12章 高空風

14、的探測（4學時）12.1氣象氣球（1學時）（1）了解氣象氣球的類型；（2）理解氣象氣球的運動特征；（3）掌握氣球升速的計算方法；重點：氣象氣球的運動和升速難點：氣球升速的計算方法12.2氣球位置的確定（1學時）（1）掌握光學經(jīng)緯儀的測量原理；（2）掌握無線電經(jīng)緯儀的測量原理；（3）掌握測風雷達的測量原理；（4）理解GPS的測風原理；重點：經(jīng)緯儀、測風雷達和GPS的測風原理難點：GPS的測風原理12.3高空風的計算（2學時）（1）掌握單點測風法和基線測風法；（2）理解導航測風法；（3）掌握規(guī)定高度風和合成風的計算重點：單點測風法和基線測風法，規(guī)定高度風和合成風的計算難點：規(guī)定高度風和合成風的計算

15、第13章 高空溫壓濕的探測（3學時）13.1無線電探空儀（1學時）（1）掌握機械式探空儀的組成和測量原理；（2）掌握數(shù)字式探空儀的組成和測量原理；（3）理解GPS探空儀的測量原理；重點：機械式和數(shù)字式探空儀的組成和測量原理難點：數(shù)字式探空儀的測量原理13.2高空溫壓濕的測量（1學時）（1）了解探測的準備過程；（2）掌握探測的實施過程；（3）理解探測記錄的處理原理；重點：高空溫壓濕探測的全過程難點：探測記錄的處理13.3探空儀測量的誤差和比對（1學時）（1）了解探空儀的誤差水平和來源；（2）了解探空儀比對的實施方法及數(shù)據(jù)分析方法；重點：探空儀的誤差和比對實施方法難點：探空儀比對數(shù)據(jù)分析方法 第1

16、4章 被動式大氣遙感（3學時）14.1電磁波傳輸基礎知識（1學時）（1）了解電磁波波譜；（2）理解電磁波在大氣中的折射、散射、吸收和衰減；（3）理解電磁波的多普勒效應；重點：電磁波在大氣中的折射、散射、吸收和衰減難點：電磁波在大氣中的折射和散射原理14.2天氣雷達遙感（1學時）（1）掌握天氣雷達構(gòu)成和基本工作原理；（2）理解天氣雷達參數(shù)和雷達氣象方程；（3）了解雷達探測氣象目標特性及多普勒速度譜分析方法；重點：天氣雷達構(gòu)成、基本原理、雷達參數(shù)和雷達氣象方程難點：雷達參數(shù)和雷達氣象方程14.3激光雷達、RASS系統(tǒng)和GNSS系統(tǒng)（1學時）（1）了解激光雷達種類、遙感原理及其氣象應用；（2）了解聲

17、雷達和RASS系統(tǒng)遙感原理及其氣象應用；（3）了解GNSS遙感原理及其氣象應用；重點：激光雷達、RASS和GNSS的遙感原理及應用難點：激光雷達、RASS和GNSS的遙感原理第15章 主動式大氣遙感（3學時）15.1氣象衛(wèi)星基礎知識（1學時）（1）了解基本輻射量及輻射定律；（2）了解氣象衛(wèi)星發(fā)展歷史及主要遙感儀器；（3）掌握氣象衛(wèi)星軌道及其相關參數(shù)；重點：氣象衛(wèi)星軌道及其相關參數(shù)難點：氣象衛(wèi)星軌道參數(shù)和輻射定律15.2可見光、紅外和微波遙感原理（1學時）（1）了解可見光遙感方程及氣象應用；（2）了解紅外遙感方程及氣象應用；（3）了解微波遙感方程及氣象應用；重點：遙感方程及氣象應用難點：遙感方程的理解15.3氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收和處理（1學時）（1）了解極軌和靜止衛(wèi)星資料接收系統(tǒng)；（2）理解氣象衛(wèi)星資料預處理流程；（3）了解氣象衛(wèi)星產(chǎn)品的應用；重點：衛(wèi)星資料接收系統(tǒng)、資料預處理流程和產(chǎn)品應用難點：氣象衛(wèi)星資料預處理流程 四、課程考核（1）作業(yè)等：作