气象探测原理与方法

1《气象探测原理与方法》习题部分参考答案第一章总论1.何为大气探测、地面气象观测、高空探测？答：大气探测是利用各种探测手段，对地球大气各个高度上的物理状态、化学性质和物理现象的发生、发展和演变进行观察和测定。地面气象观测是利用气象仪器测定近地层的气象要素值，以及用目力对自由大气中的一些现象如云、光、电等进行观测。高空探测是用气球、雷达、火箭、卫星等手段对自由大气进行探测。2.气象观测资料的“三性”是什么？其关系如何？答：气象观测资料的“三性”是代表性、准确性、比较性。观测资料的代表性、准确性和比较性之间是互相联系、互相制约的。观测资料的代表性是建立在准确性的基础之上的，没有准确性也就谈不上代表性；然而，只有准确性而没有代表性的观测资料，也是难以使用的。同时，观测资料的比较性，也必须以观测资料的代表性和准确性为前提，因为如果观测资料既无代表性，又无准确性，也就没有了时空比较的意义。所以观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。3.简述气象观测的时制、日界？真太阳时、地平时、标准时之间的关系如何？答：时制：以一定的时间间隔作为时间单位，并以一定的起始瞬时计量时间的系统。气象观测的时制有真太阳时、地方时、2北京时等。气象观测的日界：人工器测日照以日落为日界，辐射和自动观测日照采用地平时24时为日界，其余项目均以北京时20时为日界。真太阳时=地平时+时差；地平时=标准时+（本站经度-120）×4分钟/每经度。第二章云的观测8.云的观测主要内容是什么？答：云的观测主要内容是：判定云状、估计云量、测定云高。9.我国现行规范对云状分类的依据是什么？答：按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为3族、10属、29类。10.简述云形成的基本过程？答：云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到饱和而发生凝结或凝华的过程。形成云的有两个必备条件：①要有水汽凝结核；②要有水汽过饱和。二者缺一不可，大气一般不缺凝结核，因此，水汽过饱和是关键。而使水汽达到过饱和的方式有两种：在水汽含量不变的情况下，空气降温冷却；在空气温度不变的情况下，增加水汽含量。对于云的形成来说，降温冷却过程是主要过程。降温冷却的主要过程有：1、绝热上升冷却（包括局地对流上升，大范围斜升、波动上升）2、混合冷却；3、辐射冷却。311.简述云量和云高的观测方法？答：云量：是指云遮蔽天空视野的成数，全凭目测来估计。估计云量的地点必须能见全部天空，当天空部分的为障碍物遮挡时，云量应从未被遮的天空部分估计；如果一部分天空被降水所遮，这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看待。云底距测站的垂直距离称为云高，以米为单位，并在云高数值前加记云状。测云高分实测和虚测，实测包括用气球测定云高、云幕灯测定云高、激光测云仪测定云高。估测云高包括1、目测云高；2、用经验公式计算云高；3、利用已知目标物高度估测云高。补充题：简述积状云、层状云、波状云的基本特征是什么？答：1）积状云：水平范围较小，云内不稳定，垂直发展的云块。孤立、分散、个体分明。底部由水滴，顶部由冰晶组成。底部平，顶部呈圆拱形突出，个体分明。孤立分散。常有阵雨、龙卷、冰雹、雷电、大风、沙尘暴等强对流天气。2）层状云：水平范围很广，云底均匀，成幕状，有时掩盖全天。云内稳定。由冰晶、冰晶水滴混合、小水滴组成。云幕状，成层排列。常有连续或间歇性的雨雪。3）波状云：水平范围较广，云内不稳定，云顶常有逆温层。成群、成行、呈波状排列，云体起伏明显。薄块或团块，4或松动的大云块，成群、成层或散片排列，常有连续或间歇性的雨雪。第三章能见度、天气现象、地面状态的观测4：何谓有效能见度？答：有效能见度是指周围视野中二分之一以上的范围都能看到的最大水平距离。记录时以千米为单位取小数一位。10：能见度的观测仪器主要有哪些？各有何特点？答：能见度的观测仪器主要有透射能见度仪和散射能见度仪两种。1）透射能见度仪的特点是：透射能见度仪是根据准直光束的散射和吸收导致光的损失的原理制成。它与气象光学视程的定义密切相关，观测的能见距离与能见度很一致。其采用测量发射器和接收器之间水平空气柱的平均消光(透射)系数而算出能见度。发射器和接收器之间光束传递距离可从几米到一百五十米，它取决于气象光学视程值的范围与测量结果应用情况。2）散射能见度仪的特点是：散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器，它由发送器、接收器与处理器组成。其基线长度很短发射光源与接收器安装在同一支架上，避免基线难以对准的缺陷。12、积雨云的出现可能会带来哪些天气现象？答：积雨云的出现可能产生雷暴，阵雨（雪），或有雨（雪）幡5下垂，有时产生飑或降冰雹，云底偶有龙卷产生。17.浮尘、扬沙、沙尘暴之间如何区别？答：（1）扬沙和沙尘暴出现时，天空都是浑浊、一片黄色；而浮尘出现时，远处呈土黄色，太阳苍白或淡黄色。（2）扬沙和沙尘暴出现是在冷空气过境或雷暴、飑线影响时；浮尘出现一般是在冷空气过境前后。（3）扬沙和沙尘暴出现时风大；浮尘出现时无风或风较小。（4）沙尘暴使水平能见度小于1.0km;扬沙使水平能见度在1.0~10.0km以内；浮尘是尘土、细沙均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10.0km。18.大风、飑、尘卷风、龙卷风之间如何区别？答：大风是瞬间风速达到或超过17.2m/s（或目测估计风力达到或超过8级）的风；飑是指突然发作的强风，持续时间短促。出现时瞬间风速突增、风向突变、气温骤降、气压猛增，并常伴有雷雨出现；尘卷风是因地面局部强烈增热而在近地面气层中产生的小旋风；龙卷风是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。过境处造成破坏较严重。19.何为地面状态，如何划分？答：地面状态是指未经翻耕保持自然的地标状况。6地面状态划分为两种类型，二十种状况，并以00~19二十个数码表示。第四章气压的观测1、什么是气压？大气中气流的运动对气压有什么影响？气压的常用单位是什么？如何换算？答：大气圈本身的重量对地球表面会产生一种压力；对任何一层空气而言，也都会受到它上面的各层空气的压力。我们把单位面积上承受的这种压力，即大气压强，简称气压。简而言之，气压是指单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。当空气产生运动时，压力就要发生变化。当空气中有下沉气流时，空气柱底部的压力就会增加；当空气中有上升气流时，空气柱底部的压力就会减小。常用的气压单位是百帕（hPa）常用单位的换算1hPa=100Pa1Pa=1N/㎡=10达因/厘米²1hPa=0.750069mmHg≈3/4mmHg2、常用的测量气压的方法有哪些？答：（1）液体气压表（2）空盒气压表和气压计（3）膜盒式电容气压传感器（4）振筒式气压传感器（5）压阻式气压传感器（6）沸7点气压表。7、水银气压表为什么要进行读数订正？试说明各项订正的物理意义？答：水银气压表是利用水银的压力（重力）与大气压力相平衡的原理测量大气压力的。我们通常在水银气压表上观测到的标尺示度实际上只表示观测所得到的水银柱的高度，还并不是真正的气压，由于仪器差的存在和气压表并不总是在标准条件下使用，即使气压相同，也会因温度和重力加速度的不同，水银柱的高度不一样。因此，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。仪器差订正：由于受制成气压表的材料的物理特性的变化及制作技术条件的限制而产生的仪器差。温度差订正：当温度变化时水银密度也随之改变，从而引起水银柱高度的变化，同时温度的变化也将使测量水银柱高度的黄铜标尺发生胀缩。这样，当外界气压不变，而温度发生变化时，水银柱和黄铜标尺均会发生胀缩。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。重力差订正：利用水银气压表中水银柱高度表示气压的前提是：t=0℃,纬度ψ=45°，海平面上的重力为标准。若在不同纬度、不同拔海高度的测站上，即使气压一样，水银密度也相同（经温度差订正后）,但因重力加速度不同，而使水银柱高度也不同。14、试述膜盒式电容气压传感器，振筒式气压传感器，压阻式气压传感器的测压原理。利用气压传感器测量气压有什么特点？答：测压原理：8膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。当大气压力产生变化时，使真空膜盒（包括金属膜盒和单晶硅膜盒）的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变，通过测量电容量来测量气压。振筒式气压传感器是利用弹性金属圆筒在外力作用下发生振动，当筒壁两边存在压力差时，其振动频率随压力差而变化。因为筒的谐振频率与压力之间有唯一的关系，所以测出频率就可计算出气压。压阻式气压传感器是利用气压作用在敏感元件所覆盖的抽成真空的小盒上，通过小盒使电阻受到压缩或拉伸应力的作用，由压电效应知道电阻值的变化与气压的变化成正比，通过测量电阻值来测量气压。利用气压传感器测量气压的特点：电测气压传感器是将大气压力的变化转换成电信号的变化，再经过电子测量电路对信号进行测量和处理而获得气压值。第四章补充题1：压高公式及测压的标准条件。答：压高公式：。测压的标准条件：1）以0℃的水银密度为准，取1.35951×104kg·m-3，符号为ρ（0）2）取9.80665m/s2为标准重力加速度。（纬度45度的海平面上）。ghP9在此标准下，高度为760mmHg的水银柱所产生的压强等于1013.25hPa。2、何谓本站气压、海平面气压？答：本站气压：水银气压表读数顺序经过仪器差、温度差、重力差三步订正后的气压。海平面气压：由于本站气压统一订正到平均海平面上的气压值。3、简述动槽式水银气压表的观测步骤。答：1)观测附属温度表，准确至0.1℃;2)调整水银槽内水银面，使之与象牙针尖恰恰相接；3)调整游标尺恰好与水银柱顶相切；4)读数并记录，准确至0.1hPa；5)降低水银面，使它与象牙针尖脱离2—3毫米，其目的是使象牙针不被水银磨秃和脏污。第五章空气温度的观测1．简述液体玻璃温度计的构造及原理？答：构造：玻璃液体温度表的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。原理：玻璃液体温度表是利用装在玻璃容器中的测温液体随温度改变引起的体积膨胀，从液体位置的变化来测定温度的。102．简述最高温度表的构造、最高温度的观测时间、观测方法、最高温度表的调整方法？答：构造和工作原理：最高温度表的构造与一般温度表不同，它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，使感应部分与毛细管之间形成一窄道。当温度升高时，感应部分水银体积膨胀，挤入毛细管；而温度下降时，毛细管内的水银，由于通道窄，却不能缩回感应部分，因而能指示出上次调整后这段时间内的最高温度。观测时间：02时（北京时）。观测方法：观测水银柱离水银球部远端的示度。调整方法：取下，手握温度表上部，球部朝下，手向外伸出30度角，前后甩动，直到它的示度接近干球示度为止。放置：先放球部，后放头部。3．简述最低温度表的构造、最低温度的观测时间、观测方法、最低温度表的调整方法？答：构造和工作原理：最低温度表中的感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃形游标。当温度下降时，酒精柱便相应下降，由于酒精柱顶端张力作用，带动游标下降；当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱经过游标周围慢慢上升，而游标仍停在原来位置上，因此它能指示上次调整以来这段时间内的最低温度。观测时间：14时（北京时）。观测方法：观测哑铃游标离水银球部远端的示度调整方法：将表身倾斜，球部向上，使指标借助本身的重力作用，11落到酒精柱顶端即可。放置：先放头部，后放球部，以免指标下滑。4．常用的金属电阻温度表使用的金属是哪一种？为什么？答：常用的测温金属电阻材料有铂、镍、铜等，其中最常用的是铂。因为金属铂电阻的性能稳定，电阻率大，易于提纯，而且电阻与温度的线性关系比较好，工艺性能也好，可以加工成极细的铂丝，常用来制作标准温度表。5．测温元件的热滞效应？答：温度表反映出介质的温度变化，总是落后于实际变化的，温度表的这种性质为热滞现象。第六章空气湿度的观测1．气温是否一定大于露点温度，为什么？答：不一定要大于露点温度。当气温大于露点温度时，空气中的水汽没有达到饱和；