内容简介

  大气探测是人类认识自然的重要手段,是大气科学的基础。没有对大气状况准确、及时、连续、详尽的了解,就谈不上对灾害性天气变化规律的科学掌握,更谈不上预测预报、趋利避害、为人类造福。近年来气候变化已成为热门话题,人们关心自己居住的地球村向何处去。然而建立全球气候观测系统,真正客观地、全面地确定气候的变化,仍然是科技工作者努力奋斗的目标。《现代气象观测(第2版)》共分12章,分别介绍了温度、湿度、气压、气流、辐射能等的测量原理、技术、方法和手段,并详细介绍了天气现象的仪测、现代自动气象观测系统、高空温、湿、压的无线电探空仪探测法等。《现代气象观测(第2版)》可作为大气科学、物理科学相关院校、系科的教师和学生教材以及从事大气探测工作的科技、业务工作者作为参考书。

作者简介

  张霭琛,北京大学物理学院教授,长期从事大气探测的教学科研,1987年编写《大气探测原理》一书,后重新编写《现代气象观测》一书。

目录

第一章引言1.1大气探测的发展概况1.2探测原理1.3探测仪器1.4探测方法
第二章温度的测量2.1ITS-90温标2.2测温元件2.2.1液体玻璃温度表2.2.2热电偶温度表2.2.3金属电阻温度表2.2.4热敏电阻温度表2.3测温元件的热滞效应2.3.1表示热滞的参量--热滞系数2.3.2环境温度恒定时的滞差2.3.3环境温度呈线性变化引起的滞差2.3.4环境温度呈周期性变化时的滞差2.3.5热滞系数和风速的关系2.4气温测量中的防辐射设备2.4.1百叶箱2.4.2阿斯曼通风干湿表2.4.3防辐射罩
第三章湿度的测量3.1湿度的定义和单位3.2干湿球温度表3.2.1基本原理3.2.2干湿球温度表系数的特性3.2.3干湿球温度表的测湿精度3.3露点测定法3.4电学湿度表3.4.1碳膜湿度片3.4.2高分子薄膜湿敏电容3.5光学湿度计3.6湿度的控制和检定3.6.1绝对法(称重法)测湿3.6.2恒湿盐控湿法3.6.3露点控湿法(双温法)3.6.4部分压力法附注
第四章气压的测量4.1水银气压表4.1.1作用原理4.1.2动槽式水银气压表4.1.3定槽式水银气压表4.1.4水银气压表的仪器误差4.2水银气压表的读数订正4.2.1气压表读数的温度订正4.2.2气压表读数的重力订正4.2.3海平面气压4.3气压表的安置和观测方法4.3.1气压室4.3.2气压表的读数步骤4.4空盒气压表、气压计4.5振筒式压力传感器4.6沸点气压表4.7气压表的基准
第五章气流的测量5.1风向的测量5.1.1风向标5.1.2风向标的动态特性5.1.3风标平衡锤对风标动态特性的影响5.1.4风向连续变动环境中的风向标动态响应5.1.5运转风标动态参数的选择5.2旋转式风速表5.2.1风杯风速计的感应原理5.2.2风杯风速计的惯性5.2.3风车风速表和旋桨式风速表5.3散热式风速表5.4声学风速表5.5风速检定设备5.5.1旋臂机5.5.2风洞5.5.3风速检定的测示标准皮托管附注
第六章辐射能的测量6.1测量内容6.2辐射测量基准6.3太阳直接辐射的测量6.3.1日射表的遮光筒6.3.2埃斯川姆补偿式绝对日射表6.3.3相对日射表6.3.4太阳直接辐射的分波段测量6.4短波总辐射的测量6.4.1测量原理6.4.2仪器的改进6.5净辐射和红外辐射的测量6.6紫外辐射的测量6.7PACRAD型绝对日射表6.8日照时数的观测和日照计
第七章天气现象的仪测7.1降水量及其性质的观测7.2激光云高仪7.3能见度仪7.3.1透射式能见度仪7.3.2散射式能见度仪7.4闪电定位系统7.5其它7.5.1下垫面状况探头7.5.2电线结冰探测器7.5.3红外辐射地表温度表7.6蒸发的观测
第八章现代自动气象观测系统8.1常规自动气象站系统8.1.1测量仪器8.1.2数据采集板8.1.3数字通讯方式8.2水文气象自动站系统8.3农业气象观测系统(土壤水份和光合有效辐射的测量)8.3.1烘干失重法8.3.2中子散射法8.3.3时域反射法8.3.4张力计法8.3.5光合有效辐射8.4微气象观测系统8.4.1温、湿梯度的观测8.4.2风速廓线的观测8.4.3土壤热通量的观测8.5边界层系留探空系统8.6总线制自动气象站8.6.1一线总线和一线总线网8.6.2总线器件的编码8.6.3一线总线型自动气象站
第九章高空风的测量9.1高空风的观测方法9.2气象气球9.2.1概述9.2.2气球的一般性质9.2.3气球的上升速度9.2.4平移气球9.2.5其它用途的气球9.3确定气球位置的仪器设备9.3.1光学测风经纬仪9.3.2测风雷达9.3.3无线电经纬仪9.4高空风的测量9.4.1单点测风法9.4.2基线测风法9.4.3GPS导航测风法9.4.4高空风测量误差9.5风廓线雷达
第十章高空温、湿、压的无线电探空仪探测法10.1概论10.2五九型转筒式电码探空仪10.3变低频式探空仪10.4国产新型数字式(GTS1型)探空仪10.5带GPS测风的无线电探空仪10.6探空资料的整理及其软件设计10.6.1标准等压面高度的计算10.6.2温度、湿度特性层10.6.3对流层顶的选择10.6.4规定层风的计算10.6.5最大风层的选择10.7探空仪的观测误差以及探空仪的对比工作10.8基准探空仪
第十一章气象雷达11.1雷达工作原理、组成及其技术指标11.1.1数字天气雷达的工作原理11.1.2脉冲雷达的组成11.1.3天气雷达主要技术指标11.2各种目标物的回波特征11.2.1截面的定义11.2.2降水、云滴的散射11.2.3大气折射对雷达探测的影响11.2.4雷达探测过程中电磁波的衰减11.3回波信号的数据采集及显示11.3.1天气回波信号的特征11.3.2回波信号的平均和气象雷达方程11.3.3回波信号的数据采集、处理和显示11.3.4数字天气雷达的标定11.4天气多普勒雷达及其应用11.4.1天气多普勒雷达11.4.2不模糊速度和不模糊距离11.4.3多普勒谱11.4.4多普勒气象雷达应用11.5激光雷达以及遥感大气气溶胶11.5.1大气探测激光雷达的种类11.5.2激光雷达的主要性能11.5.3微脉冲激光雷达11.5.3激光雷达探测大气气溶胶的资料处理和反演11.5.4微脉冲激光雷达气溶胶的监测结果
第十二章气象卫星探测12.1气象卫星12.2卫星遥感仪器12.2.1可见光和红外辐射仪12.2.2微波辐射计12.2.3气象卫星接收系统和资料的处理
附录A云的形成与分类附录B天气现象的分类

精彩书摘

  1.4探测方法  探测方法及仪器与观测任务是不可分割的。仪器的基本感应原理决定了使用仪器应遵守的一般原则,在这个基础上根据任务的性质选用合适类型的仪器以及制定相应的探测方法。  直接探测式的仪器,其感应部分应与大气环境直接接触,仪器系统与大气环境的相互干扰可使感应元件四周的大气条件发生一定的畸变。而这种干扰导致的测量误差在总的观测误差中占有较大的比重,并且多为系统性误差。统一仪器的规格指标、安装方法和操作步骤,可使系统性误差的数值比较稳定,使观测资料在时间和空间上具有“可比较性”。  大气遥感的误差来源有两部分:一是来自探测系统本身,即仪器的灵敏度和稳定性以及系统各部分的标定误差;二是来自反演的误差,大气传输过程的模拟只能尽可能地接近实际情况,例如雷达的散射回波将受到大气分子、气溶胶粒子、各种尺度的云滴的影响,反演过程是从这些综合回波信息探求其中某个要素的信息。尽管遥感探测具有不破坏自然状况的优点,目前投入使用的遥感仪器的探测精度仍低于直接观测。  探测任务是多种多样的,有一般的日常运行的台站网观测,也有特殊天气系统的探测网观测,也有为一些科研任务设置的探测系统。不同任务需要制定不同的观测方法,但也有需要共同遵守的原则,其中最主要的一条是资料的代表性。影响代表性因素有两条:一是观测地点的代表性;一是数据取样平均的代表性。  观测地点的选择必须注意周围的环境,大型障碍物、特殊的地面覆盖、水体、谷地、山崖都有可能产生局地小气候,如非特殊的观测目的,测点距离它们太近会使资料失去代表性。  由于大气湍流的存在,大气要素随时问和空间有较强的脉动起伏,一次瞬间的读数很难具有代表性,必须在一定空间尺度之间取多次或多点的平均。取样时间的长短和空间尺度取决于要素本身变化的趋势,其空间分布特点以及仪器的惯性系数大小。  近些年来,大量计算机数据采集系统被引入资料的读数过程,由于仪器本身的暂时失效或外界的干扰,往往会在数据系列中存在一些被称为“野点”的异常值,任何一个观测系统需要在软件中设置剔除其野点的功能。  大气科学向深度和广度的进展,依赖于大气探测的实验基础。科学技术的发展不断为大气探测提供新的装备,发现更多的新观测结果。尽管来自用户的需求对大气探测的装备和探测方法提出了各种各样的要求,但其共同之处必然是,实时性更强、空间和时间密度更高、资料更加可靠精确。  实际工作证实,对于任何一种仪器或观测方法,影响其资料精度的关键因素往往只是其中的一两个最难突破的关键指标。例如提高温度观测中防辐射设备的反射率和通风;增加湿度元件在低温低湿下的灵敏度;降低高空风测量的测风仰角下限等等。这些方面的重大进展在大气探测的研究上具有很强的挑战性。例如自动气象站的电源供应不足始终是设站的最大困难,自从使用了电子集成块,并使收发报机的值守电流大大降低之后,太阳电池充电板与低容量蓄电池的组合就能保证现今的自动气象站在最恶劣的天气条件下正常连续地工作。  ……

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