大气探测复习提纲

1《大气探测》复习题参考答案第一章绪论1．大气探测学研究的对象、范围和特点是什么？答：大气探测是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。研究范围是近地层大气、高空大气以及一些特殊区域的大气（如大气边界层，城市热岛环流，峡谷风场，海陆风场等）。大气探测的特点：随着科学技术的发展，大气探测的要素量和空间范围越来越大。分为近地面层大气探测、高空大气层探测和专业性大气探测。近几十年来，作为主动遥感的各种气象雷达探测和作为被动遥感的气象卫星探测，以及地面微波辐射探测等获得较多信息的大气探测方法，正在逐步进入常规大气探测领域。这些现代大气探测技术应用于大气科学的研究领域，极大的丰富了大气探测的内容。3．简述大气探测原理有那几种方法？答：①直接探测。将探测元件直接放入大气介质中，测量大气要素。应用元件的物理、化学性质受大气作用而产生反应作用的原理。②遥感探测。根据电磁波在大气中传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化，分为主动遥感和被动遥感。③施放示踪物质。向大气施放具有光学或金属性质的示踪物质，利用光学方法或雷达观测其随气流传播和演变规律，由此计算大气的流动状况。④模拟实验。有风洞模拟和水槽模拟。风洞模拟大气层边界层风、温及区域流场状况。水槽模拟大气层环流、洋流、建筑物周围环境流场特征。可调控温度场，模拟大气边界层的温度层结。4．大气探测仪器的性能包括那几个？答：①精确度。即测量值与实际值的接近程度。又包括仪器的精密度和准确度。精密度考察的是连续测量值彼此相互间的接近程度。准确度考察的是测量值与实际值的接近程度。探测仪器的精确度取决于感应元件的灵敏度和惯性。②灵敏度。即单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化。③惯性（滞后性）。即仪器的动态响应速度。具有两重性，大小由观测任务所决定。④分辨率。即最小环境改变量在测量仪器上的显示单位。⑤量程。即仪器对要素测量的最大范围。取决于所测要素的变化范围。5．如何保证大气探测资料的代表性和可比性？答：代表性分为空间代表性和时间代表性。要保证大气探测资料的空间代表性，原则上要确定台站地形具有典型性。站址的选择、观测站的建立要防止局地地形地物造成大气要素不规则变化。一般说来，平原地区的台站资料代表性较好，山区、城市台站资料代表性较差。要保证时间代表性，则要保证大气要素观测的同时性。要保证大气探测资料的可比性，则要求观测时间、观测方法、仪器类型、观测规范、站台地理纬度、地形地貌条件等的一致性。6.谈谈你对物理学原理与工程技术的理解或认识？7.通过大气探测的学习，谈谈您对气象探测仪器研制的认识？8．怎样理解应用和工程技术的关系？2第二章温度的观测1．什么叫温标？常用温标有哪几种？如何换标？答：温标是为了定量地表示温度,而选定的一个衡量温度的标尺。常用温标有：开尔文温标（绝对温标）(K)；摄氏温标(℃)；华氏温标(F)。换标公式为：K——C换算：K=C+273.15；C=K−273.15C——F换算：5329CF9325FCK——F换算：532273.159KF9273.15325FK。2．试述玻璃温度表测温原理。答：液体玻璃温度表的感应部分是一个充满液体的玻璃球，示度部分为玻璃毛细管。由于玻璃球内的液体的热膨胀系数远大于玻璃，当温度升高时，液体柱升高，反之下降。液柱的高度即指示温度的数值。设0℃时表内液体的体积为V0，此时球部和这段毛细管的容积也为V0，当温度升高Δt时，毛细管中液体柱的长度变化为ΔL，则体积的改变量为：0VtSL式中μ为液体的热膨胀系数;γ玻璃球的热膨胀系数;S为毛细管的截面积。将上式改写成0VLtS等式左边称作温度表的灵敏度。表示温度改变1℃引起的液体高度变化，灵敏度高的仪器，刻度精密。3．最高最低温度标测温原理。答：最高温度表：毛细管较细，液体为水银。在玻璃球部焊有一根玻璃针，其顶端伸至毛细管的末端，使球部与毛细管之间的通道形成一个极小的狭缝。升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数，水银被挤进毛细管内；但在降温时，毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部，水银柱在此中断。因此，水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度。最低温度表：毛细管较粗，内装透明的酒精，游标悬浮在毛细管中，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。7．说明温度热滞系数的物理意义及特性。3答:热滞系数物理意义：元件在d的时间内与周围介质交换的热量为：dQ=−hs(T−θ)dτ其中：T:元件温度；θ：环境温度；S：有效散热面积；h：热交换系数元件得到（或失去）热量dQ后，增（或降）温dT，则有：dQ=CMdT其中C为比热；M为元件的质量。合并上面两式，移项得：()dThsTdCM令：1()hsCM为热滞系数，则：1()dTTdλ的单位为秒。热滞系数特性：元件的热容量越大，散热面积越小，则λ越大。热交换系数h的大小取决于环境介质性质和通风量。8．如何测定温度表的热滞系数?答：测温元件温度和介质温度的差值降至初始差值的36.8%时的时间为λ。也就是说t−θ的改变量达到了起始差值的11e，即63.2%时所需要的时间为λ。这个时间常数在实验中可以用这样的方法来测定：把温度表加热（或冷却）到高于（或低于）介质温度若干度后，把它放入介质中，然后用秒表测定温度变化到36.8%的时间，这个时间就是该温度表的热滞系数值。9．一支热滞系数为100S的温度表，温度30℃时，观测环境20℃的空气温度，精度要求为0.1℃，需要多少时间才能观测？解:T-θ为感应元件温度与环境温度之差,003020lnln100ln460.528min.0.1ttstt即约需要8分钟通风后即可读取数据.10．百叶箱气温日变化振幅A0=10℃，要求日振幅误差小于0.1℃，计算热滞系数。解：由12220/14/AAp得：221/2210.000.14(1)10.0086400⇒λ=1960s≈33min即热滞系数大约为33分钟。11．气温测量中防止辐射误差方法有主要哪几种？答：防止辐射误差的方法主要有:41.屏蔽技术:使太阳辐射，地面反射辐射不能直接照射到测温元件上。（百叶箱，各种类型的防辐射罩）;2.增加元件的反射率(热敏电阻涂成白色);3.人工通风,加快元件散热(阿斯曼通风干湿表);4.采用体积小,并具有较大的散热系数的测温元件。第三章湿度的观测2．干湿球温度表A值与哪些因素有关？答：从A值的定义：10.622whALT可知，热扩散系数h和水汽扩散系数k是通风速度的函数，所以，A值必然与风速有关。4455.931101.3510/4.8010/Avvd=10mm4556.403104.310/5.1510/Avvd=4mm式中V的单位为m/s,在p=1013hPa，T=17C，Tw=11C条件下的实验结果。由上述公式得：A值随风速变化大，风速增加，A迅速减小；但是V3m/s时，A基本不变；不同类型的温度表A值有差异，但是在风速高的时候，差异很小；元件的特征尺度d越小，A随风速的变化越小。4．简述露点仪的测量原理。答：若使空气通过一个光洁的金属镜面时等压降温，直到镜面上出现露（或霜），读取这瞬间的镜面温度，就是露点（或霜点）温度。如图所示：先降温，镜面出现露点时，记为：1dT再升温，最后一个露珠消失时，记为：1dT这是一次完整记录，一般5次取平均：11,55ddiddiTTTT2dddTTT即得到露点温度。第4章大气压力的观测2.水银气压表误差主要有哪些？说明原理。答：①仪器误差由于制造条件的技术及材料的物理特性等因素，导致水银气压表具有一定的仪器误差。气压表主要的仪器误差有：1、仪器基点和标尺刻度不准确；2、真空度不良；3、毛细管液面张力误差。5②温度误差：铜尺的长度随温度变化的伸缩带来的误差。③气压表读数的重力误差H0(0,g,h)ϕ还需订正到标准状态下即Hh(0,45,0)：其中,45045,0(0,,0)(0,,)hhgHgHghg由于纬度和高度不同，会造成g值的差异。因而重力订正分纬度重力订正和高度重力订正。第5章风的观测1.旋转式风速表主要有哪几种？简述它们的测量原理。答：旋转风速表的感应部分是一个固定在旋转轴上的感应部件，固定在旋转轴上。在稳定的风力作用下，感应部件受到扭力矩而开始旋转，转速与风速成一定关系。因此，测量转速可以得到风速。感应部件有风杯式和螺旋桨式两种，风杯式绕竖直轴转，螺旋桨式则安装在支架的水平轴上，支架可绕竖直轴，随风向变化转动。旋转风速表主要有以下几种：①.蜗杆风速表：根据齿轮转速与风速的关系，测量转速，得到风速；②.电感式旋转风速表：将转速转化为电感、电压来测量；③.光电式旋转风速表：将转速测量转化为光电频率的测量；④.悬浮式旋转风速表：将光电式旋转风速表的转轴悬浮起来，减小摩擦。第7章降水和蒸发的观测1．我国气象台站降水观测包括哪三个要素？它们的单位是什么？答：降水量：降落在地面上未经蒸发、渗透或流失的液态或固态降水的积水量。以积水的深度表示，单位为mm，取一位小数。降水时数：降水持续的时间，以h,min为单位。降水强度：单位时间内的降水量，以mm/h为单位。2．降水观测的仪器主要有哪三种？答：降水观测的仪器主要有雨量器、虹吸式雨量计、翻斗式雨量计。雨量器包括：（1）雨量筒：用于承接降水量；（2）雨量杯：用于测量降水量。虹吸式雨量计包括：承接口、漏斗、自记系统（自计钟、自记纸、自记笔）、浮子、浮子室、虹吸管、盛水器等。翻斗式雨量计由感应器、记录器、电源组成;第7章第3节能见度的观测1．影响能见度的因子有哪些？答：影响能见度的因子有大气透明度、目标物和背景的亮度对比和观测者的视力指标——对比视感域ε。大气透明度是影响能见度的主要因子。大气中的气溶胶粒子通过反射、吸收、散射等机制削弱光通过大气的能量。导致目标物固有亮度减弱。所以，大气中杂质愈多，愈浑浊，能见度就愈差。在大气中目标物能见与否，取决于本身亮度，又与它同背景的亮度差异有关。比如，亮度暗的目标物在亮的背景衬托下，清晰可见；或者亮的目标物在暗的背景下，同样清晰可见。6表示这种差异的指标是亮度的对比值K。在白天当，当K=0时，难以准确辨别目标物。当K逐渐增大，即亮度差异逐渐增大，当K值增大到某一值时，才能准确地辨别目标物。这个亮度对比值叫做对比视感域，用ε表示。2．气象能见度的定义是什么？答：影响目标物能见度的因子很多，而气象工作中，需要能见度只反映大气透明状况，这就必须选定和统一实行某种观测方法，以固定其它因子，使测定的最大水平能见距离只表达大气透明程度的单一因子影响。这样测出的能见度是气象能见度。气象能见度分白天气象能见度和夜间气象能见度。6．请写出人眼所见目标物的总视亮度方程(3.12)，并说明方程各项的意义。答：人眼所见目标物的总视亮度方程为：00(1)LLLLLHBBBBeBeLB为距离L内所有空气的气幕光视亮度。HB为水平天空的视亮度，目标物固有视亮度为0B；通过距离L的空气层后减为0LB,σ为大气层消光系数，单位为cm-1。7．请写出目标物一水平天空背景亮度对比度衰减规律方程，并说明各项意义。答：目标物一水平天空背景亮度对比度衰减规律方程为：若选择水平天空作为背景，那么，背景的固有亮度0B，应等于水平天空的视亮度HB。目标物固有视亮度为0B；通过距离L的空气层后减为LB。即0HBB则有0LLKKe，称为科希米德（Koschmieder)定律，它表达了目标物与水平天空背景亮度对