大氣科學概論之一 常規(guī)大氣探測及其主要手段 20150318

1、常規(guī)大氣探測及其主要手段A Brief Introduction to Conventional Techniques for Atmospheric Sounding,提綱,大氣的基本狀態(tài) 大氣狀態(tài)的觀測及其主要手段 現(xiàn)代氣象觀測系統(tǒng),參考書,王振會、黃興友、馬舒慶. 大氣探測學M. 北京：氣象出版社，2011, pp380. 何金海、郭品文、銀燕等. 大氣科學概論 M. 北京：氣象出版社，2012, pp503.,大氣成分,大氣密度與大氣質(zhì)量,定義：大氣中任何高度處，單位體積空氣的質(zhì)量。符號，單位kg/m3。 海平面高度處1.25kg/m3。 隨高度增加而減小。 地表面單位面積上空氣柱的總

2、質(zhì)量 平均而言m=1.004*104kg/m2 。 全球大氣的總質(zhì)量M=4R2*m=5.10*1018kg 。,地表面氣壓與氣壓隨著高度的變化,地表面單位面積上空氣柱由于地球的引力而受到向下的拉力（即重力），稱為地表面氣壓Ps。 全球平均值 Ps =98500Pa= 985hPa。 氣壓幾乎隨著高度呈指數(shù)遞減 H78km 為大氣標高,“標準大氣”及其特征,標準大氣溫度的垂直分布與大氣分層,地球系統(tǒng)能量平衡,降水,冬季,夏季,風,M代表季風帶 W代表西風帶 T代表信風帶 淺藍色陰影為主要降水帶。,冬季,夏季,最基本的氣象參數(shù),溫度、氣壓、濕度、風（風向、風速） 降水、輻射、云、能見度、天氣現(xiàn)象,

3、溫度的測量,氣象需求：近地面氣溫、高空氣溫、地表溫度、土壤溫度、海面和湖面溫度。 （1）近地面氣溫:1.5米高處的空氣溫度。此高度既可以基本脫離地面溫度劇烈變化對氣溫的影響，又處于人類活動的一般范圍。 （2）土壤溫度:土壤中淺層（5、10、15、20厘米）和較深層（40、80、160、320厘米）的溫度。 （3）測溫儀器:溫度表或溫度計。接觸式（直測、遙測）和非接觸式（遙感）,測溫原理與儀器,機械：熱膨脹原理。 電子：熱電阻、熱電偶,雙金屬片,水銀柱,氣壓的測量,1個大氣壓=760mmHg=101325Pa =1013.25hPa=1013.25mb 1mb=1hPa=100Pa 誤差： 水銀

4、柱熱漲冷縮；風的影響,水銀柱,水銀槽,水銀槽,空盒測壓,空盒,機械式,硅氣壓傳感器,電子式,硅膜盒電容式,真空腔,玻璃片(鍍金),單晶硅層,單晶硅層,固態(tài)壓阻式,硅膜(鍍金),真空腔,空氣的濕度,濕空氣=干空氣+水汽 空氣濕度：大氣中的潮濕程度（氣態(tài)水分子含量，水汽含量）。 重要性：水資源形態(tài)之一氣態(tài)水(水汽)、液態(tài)(云滴、雨滴等)、固態(tài)(冰雹、雪花等； 相變能量轉(zhuǎn)換,表示濕度的物理量與單位,混合比：kg/kg，濕空氣塊中水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比 比 濕：kg/kg，濕空氣塊中水汽質(zhì)量與總質(zhì)量之比 絕對濕度：kg/m3，單位體積的濕空氣內(nèi)所含水汽的質(zhì)量 水汽壓：hPa，濕空氣中氣態(tài)水分子產(chǎn)生的

5、壓力 相對濕度: %，相對于“飽和水汽壓”而言。飽和水汽壓代表給定溫度下空氣塊可以攜帶水汽的能力。（存在過飽和現(xiàn)象）。氣溫越高，飽和水汽壓越大。 露點溫度：C,使未飽和濕空氣塊降溫、達到飽和（結(jié)露）時的氣溫。,濕度測量儀器,干濕球,機械式,毛發(fā),電子式,高分子聚合物,風的測量,離地10米的觀測值作為標準值。,風向標,風車,鳳尾板,平衡錘,風杯,風向風速名詞,風向16扇區(qū)劃分,風速單位：m/s。 風的平均量：規(guī)定時段的平均值，如3秒鐘、1分鐘、2分鐘、和10分鐘的平均值。 瞬時風速：3秒鐘內(nèi)的平均風速。 最大風速：某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大10分鐘平均風速值。 極大風速（陣風）：某個時段內(nèi)出現(xiàn)的最大瞬

6、時風速值。 人工測量：測量平均風速和最多風向。 自動觀測：測量平均風速、平均風向、最大風速、最大風向。,風速測量的其他儀器,壓力風速儀,壓力風速儀、熱線風速表、聲學風速表,氣流,P,液體,VP=P2-P1,降水與強度,降水是指降到地面上的水汽凝結(jié)物，主要包括雨、雪、雹等。 降水強度：根據(jù)日降水量確定； 1) 24小時內(nèi)降雪 2.5mm為小雪， 2.5-5.0 mm為中雪， 5.0 mm為大雪 2) 24小時內(nèi)降雨10mm為小雨，10-24.9mm為中雨， 25-49.9mm為大雨，50-100mm為暴雨， 100.1-200mm為大暴雨、大于200mm為特大暴雨。 氣象：單位時間內(nèi)的降水量稱為

7、降水率（也稱為降水強度），常用單位為mm.hr-1。,雨量測量,干濕區(qū)的劃分指標,W0 水面可能蒸發(fā)量，R 降水量,輻射及日照時數(shù)的觀測,輻射及日照時數(shù)的觀測,總輻射表,直接日射表,直接日射表,散射輻射表,暗筒式日照計,長波（3m） 輻射表,云的觀測,淡積云(Cu hum),濃積云(Cu cong),鬃積雨云(Cb cap),淡積云(Cu hum),碎積云(Fc),云的觀測,云：云底高度、外形特征、結(jié)構(gòu)特點。可以分為高云、中云、低云3族，細分10屬、29類,透光高積云(Ac tra),鉤卷云(Ci unc),毛卷云(Ci fil),云高測量,激光云高儀H(C*t/2)*sin,云幕燈,仰角器,

8、云幕燈測高 H=L*tg,脈沖激光器,云量觀測,通常將整個天空劃分為10等份： 碧空無云或被云遮蔽不到0.5份時，云量為“0”； 云遮蓋天空一半時，云量為“5”。 云量多時，應(yīng)估計露出的青天，再推算出云量。 云量少時，則直接估計云所遮蔽天空的份數(shù)，如云塊占全部天空的110時，云量為“1”；云塊占天空210時，云量為“2”，余類推。 云量觀測包括 總云量：指觀測時天空被所有的云遮蔽的總成數(shù) 低云量：指天空被低云所遮蔽的成數(shù)。,20150318 11:00衛(wèi)星圖像,南京陰天,20150318 15:00衛(wèi)星圖像,南京將雨,20150318 17:00衛(wèi)星圖像,南京降雨,20150318 19:00

9、衛(wèi)星圖像,南京降雨,20150318 21:00衛(wèi)星圖像,南京雨漸停,能見度的觀測,所謂“能見”，在白天能看到和辨認出目標物的輪廓和形體；在夜間能清楚看到目標燈的發(fā)光點。 能見度和當時的天氣情況密切相關(guān)。當出現(xiàn)降雨、霧、霾、沙塵暴等天氣過程時，大氣透明度較低，因此能見度較差。 大氣能見度的測量： 目測（人工，受知覺、反映能力等主觀因素影響） 器測（能見度儀）,能見度儀,后向散射能見度儀,前向散射能見度儀,透射式能見度儀,天氣現(xiàn)象的觀測,天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中和地表、能夠被人直接感知的一些物理現(xiàn)象，包括 降水現(xiàn)象：雨、毛毛雨、雪、米雪、霰、冰雹、冰粒等 地面凝結(jié)現(xiàn)象：如露、霜、雨凇、霧凇等 視

10、程障礙現(xiàn)象：霧、輕霧、霾、沙塵，煙、吹雪等 雷、電現(xiàn)象：如雷暴、閃電、極光 光學現(xiàn)象：如暈、虹、華、峨嵋寶光、霞、海市蜃樓等 風的特征現(xiàn)象：大風、颮、塵卷風、龍卷風 其他地表狀況：冰針、積雪、結(jié)冰等,自動氣象站,自動氣象站,自動氣象站,請帶陽傘,高空探測,C波段(400MHz)二次測風雷達-59型探空儀系統(tǒng),L波段(1680MHz)二次測風雷達-電子探空儀系統(tǒng),中國氣象觀測站網(wǎng)Met. Stations in China,、,溫度 濕度,平流層,對流層,大氣綜合探測技術(shù),習題,試討論大氣對地球的保護作用。 試討論“大氣標高”的含義。 按照地球大氣溫度的垂直分布結(jié)構(gòu)，大氣可分為哪4層？分別處于什么高度？ “大氣探