《大气探测学》课后答案.docx

1、大气探测学课后答案大气探测学习题参考答案第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

2、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了新的途径。大气探测的遥感时期。1945年美国首次将雷达

3、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

4、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

5、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、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11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

6、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

7、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

8、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叙述荚状、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，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，

9、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；2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

10、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，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

11、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 8h 10h 12h 14h 16h云码 CL1,CM8, CL2,CM6, CL2,CM6, CL9,CMx, CL7,CM9,CH1 CH2 CHx CHx CHx云量 4/2 6/4 8/6 10/10 10/10-答：在8h时，天空中的总云量为4/10，低云量占2/10。低云为淡积云或碎积云，或两者同时存在。低云的

12、云状为：云的个体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形的突起，云块较扁平分散孤立在天空，或者是个体很小，轮廓不完整，形状多变的白色碎积云。中云为积云状高积云（絮状的或堡状的）或堡状层积云。云状为云块的边缘破碎，象破碎的棉絮团，云块大小以及在空中的高低都很不一致，或者是云块细长，底部水平，顶部凸起有垂直发展的趋势，看上去象城堡或长条形锯齿。高云为毛卷云，云状为云体很薄，呈白色，毛丝般的纤维状结构清晰，云丝分散。从中云的情况来看，空中的气层不稳定，有较强的上升气流，云层可能会继续发展。在10h时，总云量为6/10，低云量占4/10。低云已经发展为浓积云伴有淡积云和层积云。云状为：浓积云的个体高大，

13、轮廓清晰，底部较平，比较阴暗，垂直发展较旺盛，顶部呈圆弧形重叠。中云为由积云扩展而成的积云性高积云。云块大小不一致，呈灰白色，外形略有积云特征。高云已由毛卷云发展成为密卷云。云体较厚，云丝密集，聚合成片，边缘毛丝般纤维结构仍较明显。浓积云在早晨的发展，预示着大气层结不稳定，也许会有积雨云产生。在12h时，总云量继续增多，占到8/10，低云量也在增多，占到6/10。低云为浓积云的继续发展，中云为积云性高积云的继续发展。高云不能观测清楚。从云的发展来看，大气层结仍处于不稳定状态，天气可能还要进一步地转坏。在14h时，低云已经遮满天空，即总云量和低云量都为10/10。低云已经发展成为鬃积雨云，带有砧

14、3 -L -LB=Be +B(1-e )称作传输函数，则有：K=KF(L)0 H状，并且可伴有积云、层积云、层云或恶劣天气下的碎云。鬃积雨云的云顶有明显的白色毛丝般的纤维结构，并扩展成为马鬃状或铁砧状，底部阴暗混乱。在云底可能有形状破碎、多变，移动较块，呈灰色或暗灰色的碎雨云。由于低云的遮挡，这时看不清属于CM和CH的云。鬃积云的出现表明对流云已经发展到极盛阶段，并发展成为成熟的积雨云，这会产生较强的阵性降水，可能伴有大风、雷电等现象。在16h时，总云量仍为10/10，低云布满天空，但有空隙。低云为恶劣天气下的碎雨云，通常在高层云或雨层云之下。它的云体低而破碎，形状多变，移动较快，呈灰色或暗灰

15、色。透过低云的云缝隙，可辨别中云为混乱天空的高积云，云底的高度不同，中空不稳定。高云不可辨别。由中云和低云预测大气层结仍处于不稳定状态，可能会由雷雨天气。第3章能见度的观测1影响能见度的因子有哪些？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。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

16、可见。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，用表示。2气象能见度的定义是什么？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。3白天能见度与夜间能见度的观测有何不同？白天能见度：目标物背景对比度衰减规律：B-B一般白天目标物为扩展反射光源，目标

17、物背景的固有亮度对比值，取 K= 0 00 观测者、目标物背景的视亮度对比为: B-B 0K= L LLLLB 为经L距离后,背景的固有亮度。L由（3.12）式可写成：B=Be-L+B(1-e-L)L 0 HL 0 H则： B-B 1 令：K= 0 0 1L B B F(L)=0 1+ 0(e-L-1) BB 1+ 0(e-L-1)0 B0L 0白天气象能见度及其观测法：若选择水平天空作为背景，那么，背景的固有亮度B应等于水平天空的视亮度B0 H即B=B 则有F(L)=e-L K=Ke-LL 04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比度衰减规律。当这种

18、衰减达到K=时，相应的能见度距离为L 1 KL 0若选择深色物体作为目标物，即B=0，相应K=10 0113.912L=ln=maxmax为气象能见距离，或气象视距。按上述规定的条件进行观测，测定的L的单一影响，故视程L夜间能见度：E E夜间由于光照条件的限制，已不能使用一般的目标物，而只能用发光物体作为目标物。灯光目标物是点源，不象扩展光源那样考虑亮度对比问题，对其观测要用点源在眼睛上产生的照度来衡量。而夜间决定目标能见与否的眼睛的指标是眼睛的灵敏度，即所能感受的最小照度，又叫照度视觉阈0 0值，以 表示。拜克-6.95出0.887lg背景亮度 的统计表达式：bE与灯光色彩有关，黄光的照度视

19、觉阈值E最大，红光的E最小，故用红色灯光易于辨认。0 0 0影响灯光能见度的因子有：灯光强度、大气透明度和眼睛的灵敏度。设灯光强度为I，与观测IeL2当观测者离灯光距离为S时，灯光产生的照度达到阈值E，这时目标灯恰好能见，称S为灯光能见0距离，即E=e-LI/S2000 L将（3.18)式代入(3.16)式，得：E0按（3.19)式，可将灯光能见距离换算成气象能见距离，实际工作中，常按(3.18)式绘制好灯光能见距离与气象能见度换算列线图，由图便可根据灯光强度I和距离S查算最大能见距离Lmax。4能见度的器测法主要有哪几种，说明它们的优缺点和工作原理。能见度的器测法主要有：1.遥测光度计原理：

20、由目标物、天空背景的视亮度比较给出大气消光系数推算气象能见度。2.测大气透射率表气象能见度Lmax或气象光学距离P均可写成大气透射率（T）的函数，即3.912L ln0.05 3LL =-lnT lnT lnT如果选择两点间的距离为B的长度作为测量基线，将上式中L取为B，测出两点间的透射率，即可算出气象能见度。测量透射率的仪器由光发射器，反射器和接受器构成。光发射器和接收器合成一体安置在基线一端，反射器安置在基线另一端。发射器发射的光被分成两束，一束透过大气层经反射器反射回来被接受器接收；另一束光则不射入大气层，作为参考光，直接进入接收器，回波信号与参考光信号同轴地照在光电接收器件上，由比较法

21、确定其透射率。5光程差越大，能见度越小。3、大气散射仪应用透射仪需要基线，不适合高山、沿海、船舶台站使用。大气散射仪的主要原理是光脉冲发射机发射光脉冲信号，被空气散射后，由接收机接收。光敏元件把光脉冲转换成电脉冲，由纪录器和显示器给出能见度值。电脉冲信号越强，能见度越小。5请写出水平均一大气的目标物亮度方程（3.5)，并说明方程各项的意义。B =Be-L0L 0目标物固有视亮度为B；通过距离L的空气层后减为0cm-1目标物亮度随距离以指数衰减。B0L,为大气层消光系数，单位为。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。B=B +B=Be-L+B(1-e-L)L 0

22、L L 0 H为距离L内所有空气的气幕光视亮度。 为水平天空的视亮度， 、 的意义同上题，L 0L 07请写出目标物一水平天空背景亮度对比度衰减规律方程(3.14)，并说明各项意义。BK=Ke-LL 0 B-B目标物背景的固有亮度对比值K= 0 000观测者、目标物背景的视亮度对比为:K=LB-BLLBL第4章天气现象的观测1连续性、间歇性和阵性降水，应按那些特征进行判断？a)连续性：雨或雪不间断地下，而且比较均匀，强度变化不大，一般下的时间长，范围广，降水量也比较大。b)间歇性：雨或雪时下时停，或强度有明显变化，但变得比较缓慢。下的时间时短时长。c)阵性：骤降骤停或强度变化突然，下降速度快，

23、强度大，但往往时间不长，范围也不大。2如何区别吹雪和雪暴？吹雪是本地或附近有大量积雪时，强风将积雪吹起所致。能见度10km。雪暴是本地或附近有大量积雪，强风将地面积雪成团卷起，不能分辨是否在降雪，能见度1km。区别就在雪暴不能分辨是否在降雪，且能见度有差别。3阐述浮尘与霾；霾与轻雾；浮尘、扬沙和沙尘暴间的区别。形成浮尘的沙尘是由远处传播而来，而霾不是。一般浮尘的能见度更小，并且垂直能见度也不大。霾常出现在干燥时期，浮尘不一定。霾由大量极细微沙尘均匀漂浮在空气中，使空气混浊，能见距离10km。常出现在气团稳定较干燥时期。浮尘出现在冷空气过境前后无风或风小时，由远处沙尘经高空气流传播而来。或由 或

24、 天气过后尚未下沉的沙尘浮游在空中所致。能见距离小于1km，垂直能见度也很差。霾和轻雾的组成不同，霾是大量沙尘漂浮在空气中，而轻雾是由水滴组成。并且霾常出现在气团稳定较干燥时期，而轻雾不一定。轻雾由细小水滴组成的稀薄雾幕。水平能见距离10km。呈灰白色。早晚较多出现。6浮尘是由远处沙尘经高空气流传播而来，或由扬沙、沙尘暴天气过后尚未下沉的沙尘浮游在空中所致。而扬沙、沙尘暴则是由本地或附近的沙尘被吹起所致。浮沉出现在风较小时，但扬沙和沙尘暴出现时风力较大，沙尘暴还常伴有强对流或雷雨过境。一般说来，浮尘和沙尘暴天气的能见度比扬沙更小。扬沙由于本地或附近的沙尘被吹起，使能见度显著下降，能见距离一般为

25、1-10km。天空混浊，风力较大。在北方春夏，冷空气过镜或空气不稳定时出现。沙尘暴成因与扬沙相似，但能见度1km。风力很大。常伴有强对流或雷雨过境。4阐述虹、晕和华的区别。虹、晕、华的反、折射的物体不同，出现的位置不同。虹是由日光或月光经水滴反射、折射而成的天气现象，出现在日月相反方向的低云或雾层中。日晕是由日光经冰晶折、反射而成的光学现象，出现在日周围卷层云Cs或卷云Ci中。月晕是由月光经冰晶折、反射而成的光学现象，出现在月周围卷层云Cs或卷云Ci中。日华是由日光经云滴、冰晶衍射而成的光学现象，常出现在环绕日光的高积云Ac（卷积云Cc，层积云Sc）上。月华是月光经云滴、冰晶衍射而成的光学现象

26、，常出现在环绕月光的高积云Ac上。5记录下列天气现象：（1）某日下午积雨云发展，16：14狂风突起，风力达8级，风向、气压、气温等急剧变化，地面沙尘吹起，能见度3.0km，16：16降至0.8km，16：18风力减至8级以下，16：20降雨数滴，16：22能见度1.2km。16：25西北方向有雷声，16：35（北）、16：40（北）、16：46（东北）、16：56（东）、17：12（东南）、17：27（东南）有雷声，但不见闪电。（2）6月8日13：25西北闻雷声，13：32开始有阵雨，雷声频繁，13：52移至天顶，夹降冰雹，13：55-13：59间纯为冰雹，以后又是阵雨冰雹夹降，14：06冰雹

27、止，14：07雷声移至东方，阵雨维持到15：22，19：28有降阵雨，19：55西方闻雷声，20：05移至西北方，于20：21在北方消失，阵雨于23：11转为间歇性降水，3：40终止。（1） 16:1416:1816:14 16:16 16:20 16:2216：2516：3516：4016：4616：56；17：1217：27（2） 13：2513：32 13:32 13:52 13:55-13:59 13:5914:06 14:06-15：22;19:28_23:11; 14：07;19:5520:05;20:21;-23:113:406译出下列电码：31656，50905，11152，1

28、0026，20122，39862，40088，52052，54000，6006131656：本站气压为1165.6hPa。750906：总云量为6，东风，风速9米/秒11152：本站气温为-15.2摄氏度。10026：本站气温为2.5摄氏度。20122：本站露点为12.2摄氏度。39862：本站气压为986.2hPa。40088：海平面气压为1008.8hPa。52052：过去三小时内本站气压变化为5.2hPa。54000：过去三小时内本站气压无变化。60061：过去六小时内本站降水量为6毫米。第5章温度的观测1什么叫温标？常用温标有哪几种？如何换标？温标是为了定量地表示温度,而选定的一个衡量

29、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：KC换算：K=C+273.15；C=K-273.15CF换算：C=9955 99 52试述玻璃温度表测温原理。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t 时，毛细管中液体柱的长度变化为L，则体积的改变量为： V(-)t=SL0式中为液体的热膨胀系数; 玻璃球的热膨胀系数;S为毛细管的截面积。将上式改写成L