《大氣探測學》章節(jié)習題答案（大學期末復習資料）

《大氣探測學》習題參考答案

第1章緒論...................................................................................1

第2章云的觀測...............................................................................2

第3章能見度的觀測..........................................................................5

第4章天氣現(xiàn)象的觀測........................................................................8

第5章溫度的觀測............................................................................10

第6章濕度的觀測............................................................................17

第7章大氣壓力的觀測.......................................................................21

第8章風的觀測..............................................................................27

第9章高空風的觀測.........................................................................32

第10章輻射能的觀測........................................................................36

第11章降水和蒸發(fā)的觀測....................................................................38

第12章自動氣象觀測系統(tǒng)....................................................................40

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)代大氣探測技術應用于大氣科學的研究領域，極大的豐

富了大氣探測的內容。

2.大氣探測的發(fā)展主要有那幾個時期？

①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。

②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。

③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.

④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。

⑤大氣探測的遙感時期。1945年美國首次將雷達應用于氣象觀測，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。

⑥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？

①直接探測.將探測元件直接放入大氣介質中，測量大氣要素。應用元件的物理、化學性質受大氣作

用而產(chǎn)生反應作用的原理。

②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。

③施放示蹤物質。向大氣施放具有光學或金屬性質的示蹤物質，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。

④模擬實驗。有風洞模擬和水槽模擬。風洞模擬大氣層邊界層風、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。可調控溫度場，模擬大氣邊界層的溫度層結。

4.大氣探測儀器的性能包括那幾個？

①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。

②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。

③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。

④分辨率。即最小環(huán)境改變量在測量儀器上的顯示單位。

⑤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.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；

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？

①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。

②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，結構比較松散，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？

①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，運抵常有條文結構，常布滿全天；

②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，云底常有條紋結構；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；

③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

而成。

6.簡述對流云從淡積云Cuhum發(fā)展到鬃積雨云Cbcap的物理過程。

淡積云cuhum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，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，絲絮狀結構明顯，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Cuhum——濃積云Cucong——禿積雨云Cbcalv——鬃積雨云Cbcab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?8h.10h^12hP14hr16hP

云碼。CL1,CL2,CM64CL2,CM6〃CLP,CMx*CL7,CM9中

CHIPCH2PCHXPCHXPCHXP

-----JSX

ZZ?里Q4/2。6/4P8Z6P10/1OP10/10-P

答：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，毛絲般的纖維狀結構清晰，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，邊緣毛絲般纖維結構仍較明顯。濃積云在早晨的發(fā)展，預示著大

氣層結不穩(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，大氣層結仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，天氣

可能還要進一步地轉壞。

在14h時，低云已經(jīng)遮滿天空，即總云量和低云量都為10/10o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

構，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

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一一對比視感域e。

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e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：

B{)—B。

一般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K°=一。

觀測者、目標物背景的視亮度對比為：

約

BL為經(jīng)L距離后，目標物的固有亮度；

瓦為經(jīng)L距離后，背景的固有亮度。

由(3.12)式可寫成:

瓦=區(qū)尸"+與(1一

貝！1：

K=綜-珞_______J_______

B。1+包(6-九一1)

珞

F(L)=——^---------

1+涓—)

令：4)

稱作傳輸函數(shù)，則有：KL=K0F(L)

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，背景的固有亮度耳應等于水平天空的視亮度BH

即則有(L)=aLaL

B0=BHFe~KL=KQe

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

減達到長￡=￡時，相應的能見度距離為L

L=_lln血

(J￡

若選擇深色物體作為目標物，即4)=°,相應長。=1再取￡=0.02,則定出的最大能見度距離為：

,1,13.912

L=—In----=------

n，ax。0.02b

按上述規(guī)定的條件進行觀測，測定的乙皿只與大氣消光系數(shù)0成單一函數(shù)關系。它只反映大氣透明度

的單一影響，故視程4皿為氣象能見距離，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C。表示。拜

克維爾給出了4與背景亮度紇的統(tǒng)計表達式：

1g=-6.95+0.8871g紇

練的值與燈光色彩有關，黃光的照度視覺閾值綜最大，紅光的片＞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(Allard)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E°,這時目標燈恰好能見，稱S為燈光能見距

離，即

Ed。”S

S=(lnZ-ln￡0-21nS)/cr

cr=(In/-InEo-2In5)/S

將(3.18)式代入(3.16)式，得：

,3.912S

Lmax=---T----

In-21ns

E。

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一給出大氣消光系數(shù)一推算氣象能見度。

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

c,In0.053L,3.912L

r—L---=---L—-----

InTInT皿InT

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換成電脈沖，由紀錄器和顯示器給出

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。

叫LBL

目標物固有視亮度為&>;通過距離L的空氣層后減為為、°為大氣層消光系數(shù)，單位為。"一；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。

aL

BL=BOL+BL=Boe-+(1-)

線為距離L內所有空氣的氣幕光視亮度。為水平天空的視亮度，BOL、線的意義同上題，

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。

aL

KL=Koe-

目標物背景的固有亮度對比值

B。L瓦

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：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?；驈姸茸兓蝗?，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

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<lkm。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GOkm。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?；蛴商柣蚰晏鞖?/p>

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l-10kmo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＜lkm。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.Okm,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（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

轉為間歇性降水，3：40終止。

(1)

16:14-16:16——16:20——$'16:22—

R16：25——16：35——16：40——16：46——16：56；17：12——17：27

R△

(2)]13：25----13：3213:32----13:52—13:55-—13:59

R

13:59—14:0614:06-15：22;19:28_23:11;—14：07;19:55—

20:05:20:21;一一?23:11—3:40

6.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T5.2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：過去三小時內本站氣壓變化為5.2hPa。

54000：過去三小時內本站氣壓無變化。

60061：過去六小時內本站降水量為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:

K——C換算：K=C+273.15；C=K-273.15

59

C一—F換算：C=g(尸一32)；F=-C+32

5Q

K一一F換算：K=§(尸-32)+273.15；F=-273.15)+32

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。液柱的高度即指示溫度的數(shù)值。

設0℃時表內液體的體積為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：

V^(/z-y)ZV=SxAL

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；但在降溫時，毛細管內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

頂可指示出一段時間內的最高溫度。

最低溫度表：

毛細管較粗，內裝透明的酒精，游標懸浮在毛細管中，觀測時將游標調整到酒精柱的頂端，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：

ds=l3曳配(%-4)小；式中L是雙金屬片的弧線總長度;hl和h2為兩種金屬片的

(P2(4+%)

厚度；%和a,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且；0以為

E2(P

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的調整(r3為可調電阻)，使電橋達到平衡，并做

出r3與t的刻度關系，或RI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：4=弓=弓=廠

因加溫度變化引起外接導線電阻的變化為：A/；,=A/;=53=Ar

因加溫度變化引起熱敏電阻阻值的變化為：△&;要求：

在電橋平衡時：5土二=2±L

r2ri

移項得：_1=8+，1_匚］

假設(=右，則

故有：t=—(———1)—Ar^+B；其中：A-—■—；B——

a4凡ar2R0a

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。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。

不平衡電橋對角線的輸出電壓e可用下式表示：

e=V*——5T廿——M

G+R,4+弓為+R,o+Ar4+弓

當電橋平衡時：電橋對角線上無電壓差：Ar=O,R,=R,o，e=。

而凡=R“>+Ar,A,。為當電橋平衡時的阻值；為溫度變化引起阻值的變化。

rR

此時有一=-代入e的公式，得:

4+弓4+4。

,Ar

1+——

e=V-^(——爭—-1)

Ko+弓]+

Ko+4

將上式右邊括號中的項展成塞級數(shù)，則：

1+包、

——勺--1=(1+^)(1+-^―)-'-1=(1+^)[1-Ar

-----------1---------------r]-1將上式

J_1_&o40+r3&oKo+r3(40+幻

耳0+丫3

中忽略二次項，并設：Nr=R[0(aN+0“)；弓=3耳0

代入上式，上式右邊則變?yōu)椋?1+aAz+/3\r)(1-aAr+^Ar+aAt\)-1

1+b(1+6)'

由a》/7,忽略含￡的二次項，得：

1

=占《-占占回5百T+7

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△產(chǎn)項

的系數(shù)總和為零，因此，

111

(1------邪+[-----------]a2=0

\+8(l+b)21+J

化簡得：雜+〃/?-吩=°

1

則得：5=0,或3=巴a—丁B，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rl,r2,r3的計算式。

如圖所示：

設：測溫范圍在TO和T1之間，則令:

火(")=&

R(彗)=%

R(Q=N

由電橋平衡的條件可得:

rR

i_o(1)

T=TP

44+r'

rR

i_m2

T1=T()

%，r'r'

H—r.i4—

2232

rR

i_i⑶

T=TP

4+,r3

由⑴-⑶得：

口+療=&心(4)

名=4々+Rj'⑸

f，

%+七=R/+R,g(6)

將(5)代入(4),移項整理得：

R月+我「+{/=飛弓=>2(R?！?)=/(舄+6)

*鋁■/⑺

小一%

將(7)代入(4)式可得：

竹=小弓一次

_/烏3-4一八、

4=―二

4與iK—舄，r\、K)—舄，

K>/4+、、_jr，=&(&+4)-4-A)

,彳-RJ__八(&-Rj

Ri(&+4)

&&+凡“一(&

((4一用)八(&-4),

4十4K

《)一為rt

將(5)式代入(6)式得:

R也+凡/+41=凡仍+

合并同類項：

將⑺式代入（9）式并兩邊消除r，

也+皿*）=/0/_4

12"'12'J

分解合并同類項

牛耳—凡2）24一尺

通分、合并同類項、移項得：

r=R,”（,>_Rj_2%禺⑼

1一&+R「2R,“―1）

將（9）式代入⑺式得：

「_-（—）+&（『4）（］0）

24（9-2&）+R"2H,"-R了）

將（9）式代入（8）式得:

「,4（%-4）+&（R「R。）&（&+仆-2&“）

“一皤一哥+2月（鳥一q）&（一+N）-2/?0Kl

即得到rl,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dr的時間內與周圍介質交換的熱量為：dQ=-hs（T-O）dv

其中：T:元件溫度；9：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:

dQ=CMdT

其中C為比熱；M為元件的質量。

—（T-6>）

合并上面兩式，移項得：加CM

2=（―）-'

令：CM為熱滯系數(shù)，貝ij：

dT10

丸的單位為秒。

熱滯系數(shù)特性：元件的熱容量越大，散熱面積越小，則人越大。熱交換系數(shù)h的大小取決于環(huán)境介質

性質和通風量。

8.如何測定溫度表的熱滯系數(shù)?

測溫元件溫度和介質溫度的差值降至初始差值的36.8%時的時間為入。也就是說8的改變量

達到了起始差值的Iej即63.2%時所需要的時間為幾。

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）介質溫度若干度后，把它放入介質中，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20C的空氣溫度，精度要求為0.1℃,需要

多少時間才能觀測？

解：T-e為感應元件溫度與環(huán)境溫度之差，

nK-030-20

T=zln—----=100In--------

則：T0,1=460.52sss8min

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0.1C,計算熱滯系數(shù)。

解：由4/4=Jl+4//12/p2得：

10.00-0.1八4病丸2

----------=（1H---------）-―、

10.00864002=>2=1960s?33min

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)袂驕囟认陆担挥捎跐袂蚺c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：Q=h(T-TH\

其中，h：熱擴散系數(shù);T為干球溫度;TW為濕球溫度.

單位時間通過單位濕球面積蒸發(fā)水分的質量：

M=k[rs(Tw)-ryt其中，.水汽擴散系數(shù)

式中g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：0，"="(，?)比窩)一八

☆Q=Q”,并設：-=0.622?

P

4(圖)=0.622^^

P

=kL(Tw)[rs(Tw)-r]=h(T-Tw)

0.622H__.i,、

—K---------[e(zT.)-e]=h(T-T)

*PsHw

0,C)22KL(TW)

故=e,(7J—4P(T—G

“1h

其中0.622L(T“,)K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0.622”1)“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。

A=5.931x1CT4+1.35x1CT4/㈠+4.80xIO-/u

d=10mm

A=6.403x10-4+4.3x1Of/人+5.15x1Of/yd=4mm

由上述公式得：

A值隨風速變化大，風速增加，A迅速減?。坏荲>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，差異很小：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：T-

再升溫，最后一個露珠消失時，記為：7^

這是一次完整記錄，一般5次取平均：以以，04；5=”^

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：四=""七（1》

Ve/eswiTJ

影響露點儀測濕精度的因子有：

爾文效應：設彎曲水面飽和水汽壓為外卬，〃；純水平面飽和水汽壓為esw,有

kT\n^-^—v

e,wY

式中K為波爾茲曼常數(shù)；為水表面張力系數(shù)；為水分子容積；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系為：

_crlr

^sw.r—4（其中cr=1.2x10-7cw=5x1O’c7n

即露滴的飽和水汽壓高于平面飽和水汽壓。因此，鏡面的結露溫度低于真實露點溫度，誤差約為

-0.l℃o

(2)拉烏爾特(Rault)效應：由于空氣和鏡面有雜質，特別是有一定量的可溶性物質時，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：

N

＜紇卬

N+n

e

其中sw-n:為空氣中和鏡面有雜質時的飽和水汽壓;

n:雜質的克分子數(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：

ph

=2)-(T-TJ

0.622表S,)

=e，(7；)—Ap(T—7；)

其中A為干濕表系數(shù)，0-622"7；)K

(2)毛發(fā)濕度表

原理為：濕度從0~100%時，毛發(fā)伸長2.5%,伸長量與濕度變化成正比

\g,Uh=1.086L+0.918其中A￡()

(3)吸濕稱重法

原理為：：利用吸濕劑P205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：

m2-叫

匕一X

(克/立方米)

e=T其中：X二匕如

水汽壓：216.6"匕”一町。胴

一曙

同上有：

其中：V：為容器的容積（初始容積）；

PO、TO為初始容器內的氣壓和溫度；

Pl>T1為抽氣后容器內的氣壓和溫度；

P2、T2為進氣后容器內的氣壓和溫度；

m2、ml為吸濕后和吸濕前干燥管的質量。

（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

=1.37um,對水汽有很強的吸收；另一束波長入=1.24（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)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：的

再升溫，最后一個露珠消失時，記為：窩

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，由于大氣壓力的作用，玻璃管內的水銀柱將維

持一定的高度。當管內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（Hhg）,

即可求得大氣壓力（PQ

Ph=Phg（t）g?h）Hhglt,g（＜p,ty\

式中0g⑺為溫度產(chǎn)C時水銀密度，g（。"）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，Phg以溫度為標準,g以緯度為45°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：R=Ph.（0℃）g（45°,0）/,[0℃,g（45°,0）]

因此/吁小總g：黑