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1、大气探测学习题参考答案第I章绪论1第2章云的观测2第3章能见度的观测5第4章天气现象的观测8第5章温度的观测10第6章湿度的观测17第7章大气压力的观测21第8章风的观测27第9章高空风的观测32第10章辐射能的观测36第Il章降水和蒸发的观测38第12章自动气象观测系统40第1章绪论1 .大气探测学研究的对象、范围和特点是什么？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
2、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。2 .大气探测的发展主要有那几个时期？创始时期。这是在16世纪末发明第一批大气探测仪器以前的漫长时期，这期间发明了相风鸟、雨量器和风压板等，不能对大气现象进行连续记录。地面气象观测开始发展时期。16世纪末，随着气象仪器的发明，开始了气象要素定量测量阶段。高空大气探测的开始发展时期。这时期陆续有人
3、采用系留气球、飞机及火箭携带仪器升空，进行高空大气探测。高空大气探测迅速发展时期。这时期，前苏联、德国、法国、芬兰等国家都开始研制无线电探空仪,以及其他高空探测技术，为高空大气探测事业开辟r新的途径。大气探测的遥感时期。1945年美国首次将雷达应用于气象观测，后来发射了气象火箭和探空火箭,把探测高度延伸到了500千米。大气探测的卫星遥感时期。这个时期，大气探测不仅从根本上扩大了探测范围，也提高了对大气探测的连续性。3 .简述大气探测原理有那几种方法？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。遥感探测。根据电磁波在大气中传播过程
4、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。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。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？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。灵敏度。即单位
5、待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化。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。分辨率。即最小环境改变量在测量仪器上的显示单位。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？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、
6、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。第2章云的观测1.叙述积状云、层状云、波状云的基本特征,积状云：积状云包括积云，积雨云和卷云，积状云一般个体比较明显，云块之间多不相连；层状云：层状云包括卷层云，高层云，雨层云和层云，它们的共同特征是云体均匀成层；波状云：波状云包括卷积云，高积云和层积云，它们的共同特征是云块常成群，成行，呈波状排列。2,叙述卷积云与高积云、高积云与层积云各有何异同？卷积云与高积云共同点：云块比较小，一般成群，成行，呈波状排列；不同点：卷积云呈白色细鳞片状，像微风吹拂水面而成的小波纹；而高积云在厚薄，形状上有很大差异，薄的云呈白色，能见日月轮廓，厚的云呈
7、暗灰色，日月轮廓分辨不清，常呈扁圆状，瓦块状，鱼鳞片或水波状的密集云条。高积云与层积云共同点：云块在厚薄，形状上都有很大差异，云块一般成群，呈层，呈波状排列；不同点：高积云云块较小，轮廓分明常呈扁圆状，瓦块状，鱼鳞片或水波状的密集云条，层积云云块一般较大，有的成条，有的成片，有的成团；高积云薄的云块呈白色，能见日月轮廓，厚的云块呈暗灰色，日月轮廓分辨不清，层积云常呈灰白色或灰色，结构比较松散，薄的云块可辨太阳的位置。3.叙述卷层云与高层云、高层云与雨层云、雨层云与层云有何异同？卷层云与高层云相同点：云体均匀成层；不同点：卷层云呈透明或乳白色，透过云层日月轮廓清楚，地物有影，常有晕的现象；高层云
8、呈灰白色或灰色，运抵常有条文结构，常布满全天；高层云与雨层云相同点：云体均匀成层，常布满全天：不同点：高层云呈灰白色或灰色，云底常有条纹结构；雨层云低而漫无定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常有碎雨云；雨层云与层云相同点：云体均匀成层；不同点：云层云低而漫无定形，能完全遮蔽日月，呈暗灰色，云底常伴有碎雨云，层云呈灰色，很象雾；雨层云云层厚度常达到4000-5000米，层云云底很低但不接触地面。4,叙述英状、堡状、絮状云的形成机理，各代表什么气层状况？荚状云：在山区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荚状云，另外由于过山气流，或上升、下沉气流汇合而形成的驻波也会产生荚状云
9、，多预示晴天；堡状云：包括堡状层积云和堡状高积云,，堡状层积云是由于较强的上升气流突破稳定层之后，局部垂直发展所形成；堡状高积云是由于中云的局部对流强烈而在局部垂直发展而形成的；如果天空出现堡状层积云而且大气中对流持续增强，水汽条件也具备，则往往预示有积雨云发展，甚至有雷阵雨发生；堡状高积云一般预示有雷雨天气；絮状云：絮状云有絮状高积云，是由强烈的湍流作用将使空气抬升而形成，预示将有雷阵雨天气来临。5 .叙述碎积云、碎层云、碎雨云的外形与成因有何不同？从外形上看：碎积云通常个体很小，轮廓不完整，形状多变，多为白色碎块；碎层云的云体为不规则的碎片，形状多变，移动较快，呈灰色或灰白色；碎雨云的云体
10、低而破碎，形状多变，移动较快，呈灰色或暗灰色；从成因上看：碎积云往往是破碎了的或初生的积云，当大气中对流增强时，碎积云可以发展成淡积云，若有强风和湍流时，淡积云的云体会变的破碎，形成碎积云；碎层云往往是由消散中的层云或雾抬升而形成；碎雨云常出现在许层云，积雨云或厚的高层云下，是由于降水物蒸发，空气湿度增大，在湍流作用在下水气凝结而成。6 .简述对流云从淡积云Cuhum发展到鬃积雨云Cbcap的物理过程。淡积云CUhum云体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形突起，垂直发展不旺盛，云底较扁平；当大气对流运动增强时，淡积云向浓积云发展此时轮廓仍然清晰，云底仍然较平，但云体个体高大而且底部比较阴暗
11、，云的垂直发展旺盛，垂直高度一般大于水平宽度，顶部的圆弧形开始重叠突起，变得象花椰菜的样子：当对流继续增强，云继续垂直发展，云顶就开始冻结，云顶花椰菜形的轮廓渐渐模糊，即形成了秃积雨云，此时云的丝絮状就够还不太明显，云体的其余部分仍有浓积云的特性；到积雨云发展的成熟阶段会形成鬃积雨云，它的云顶呈白色，丝絮状结构明显，常呈马鬃状和铁砧状，底部阴暗，气流混乱。以上就是从淡积云CUhum浓积云CUcong秃积雨云Cbcalv鬃积雨云Cbcab的过程。7 .对下面的记录进行分析，并描述天空状况，包括云状、云量、云的特征及可能伴随出现的天气现象等。时间C加IOhP12hP14h16hPZ码QCLl,CM
12、8,CL2,CM6,“CL2,CM6,，CL9,CMX,yCL7,CM94CHlpCH2,CHxpCHXPCHXdJSL(1+ 3)2)-1由忽略含S的二次项，得:a2r2V11,(1+ 1 + 方e=77773+77的+1即得到了计算e的公式，但为了使输出电压e和温度变化加成线性关系，应使(5.16)式中含A产项的系数总和为零，因此，(1)/3+二-a2=0+(1+3)21+6化简得：+2-a2=0。2则得：3=0,或5=上y乙，这是由公式本身要求线性性的带来的约束条件。6.推导线性化输出平衡电桥电阻rl,r2,r3的计算式。如图所示：设：测温范围在TO和TI之间,则令:Ra)=&号)=&,
13、RK)=R由电桥平衡的条件可得:T=T1,rI- rO=n,m )T=T1,Gr+r _ Rmr, r, i +y +yrI -rI(2)(3)由-得:E+*= W(4)仔=R内+ Rj(5)仔+ = H3+(6)将(5)代入(4),移项整理得:+R / + 江=RQr2 =- Rj = (& + 八)= Zi=&LfL/将(7)代入(4)式可得:M=融一疗r ;&几广，/ 3 乙-1I% - RJ _ & +RqA - A& + /凡 fj _ zi ( &)- Rl) _= /R-R 6 )以(舄+7；)-4(&-舄)厂,MRO-RjJ(Ro-4)将(5)式代入式得:Rlr2+R+r=Rm
14、r2+Rll-合并同类项：MRI一尼,)TliTi)(9)将(7)式代入(9)式并两边消除/(R+rJ(RfVRi(11A= A-Rm-Rx(21 2 1J分解合并同类项R；+ 用“ - RmR 一代酒K)-Rl=-Rm-Ri-ri2 m 12 IJRR吊+&禺1-1%-M2j2RLRl通分、合并同类项、移项得：WRJ_2&舄小将(9)式代入(7)式得:r二Rl(N-)+&)(&)(2WRG+R(2R,i)将(9)式代入(8)式得：r二凡(此一飞)+凡(R&)Rl(RI+此一2此)*R；+2RkL(TJrs(TJ-r=h(T-Tw)0.622Hr17fles(TJ-e=h(T-Tw)3ms时，
15、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。3 .为什么采用人工通风的干湿球温度表能提高测量精度？因为干湿表系数受风速影响大，如果用人工通风的干湿球温度表，可以保持枫树的稳定从而使A值保持稳定，以减小实验误差。4 .简述露点仪的测量原理。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：y1再升温，最后一个露珠消失时，记为：V1这是一次完整记录，一般5次取平均：C=LZ骁,写=2禽：Td=Td+7Z552即得到露点温度。5
16、.影响露点仪测量精度的因素有哪些？露点仪测湿精度：亚二警毋坦Velesw(Tw)影响露点仪测湿精度的因子有：尔文效应：设弯曲水面饱和水汽压为卬/；纯水平面饱和水汽压为第卬，有sieswr2kTn-=Vesw式中K为波尔兹曼常数；为水表面张力系数；为水分子容积；为露滴的曲率半径。又由于在同温、同压下，弯曲水面饱和水汽压与平面饱和水汽压的关系为：_CrIrsw.r其中q=1.2X1O*cvn,r=5X1()7故：esw.resw即露滴的饱和水汽压高于平面饱和水汽压。因此，镜面的结露温度低于真实露点温度，误差约为-o.rc0(2)拉乌尔特(RaUlt)效应：由于空气和镜面有杂质，特别是有一定量的可溶
17、性物质时，使饱和水汽压低于同温度下的洁净空气和镜面的饱和水汽压。降低的数值与溶液的克分子浓度有关。这种效应将使露点值偏高。公式如下：e其中SWJZ:为空气中和镜面有杂质时的饱和水汽压；n:杂质的克分子数；N：总克分子数(3)部分压力效应：仪器的空气循环系统可使测试空间内外存在一定的气压差。根据道尔顿分压定律，进入测试空间空气样本的水汽压，将按压差以同样的比例降低。6.测量湿度的方法有哪几种？简述原理。(1)干湿球温度表原理为：0.622H(兀)=e5(Tw)-Ap(T-Tw)a=其中A为干湿表系数，0622L(T;.)K(2)毛发湿度表原理为：湿度从0100%时，毛发伸长2.5%,伸长量与湿度变化成正比L=6=1.086L+0.918黄中o(3)吸湿称重法原理为:：利用吸湿剂P205吸收一定容积空气中的水汽，只要精确测定空气的容积和吸湿剂的重量变化，即可直接计算出1立方米空气中所含的水量，即：m1-tnxPw=/一匕(克/立方米)水汽压:e= 其中Wi保同上有
