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GPS探测大气水汽含量的研究

一．探测水汽含量的常规技术

1．常规气球探空观测

目前地球大气参数的廓线分布，大气水汽观测资料主要依靠每天两次的标准观测，其主要局限是：无线电探空气球观测在全球的分布很不均匀，测站密度过稀，在海洋上空甚至没有资料，相邻两次探测之间间隔时间过长，探测的精度不能满足水汽时间空间多变性的要求，且维持这一观测系统的成本也在不断增加。2．水汽微波辐射计(Water V apor Radiometer-WVR)

提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液水总量的手段。3．星载微波辐射计

测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。同时由于云的存在使这种应用受到限制。

地基微波辐射计不受低的中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率但比较差的时间分辨率，而地基辐射计正好相反。

4．激光雷达

费用昂贵，而且不能全天候观测，难以大范围密集设置站网和实现观测业务化。

5．卫星红外辐射计

可以观测大气亮温、估算大气积分可降水分(IPW),能覆盖全球范围，但也只能局限于晴空区域的监测。

二．GPS气象学的发展

GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为GPS/MET)是近十年来蓬勃发展起来的，由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学交叉派生出的新兴边缘学科。发源于美国，在 2 0世纪80年代，美国的Davis、Herring、Askne,Nordius

等人在该领域做了许多理论上的研究并进行了多次试验，为其发展奠定了理论基础。后来，Bevis和Businger等人进行了较全面的研究，1992年提出了采用地基GPS技术探测大气水汽含量的原理。结合掩星技术通过对大气折射率的遥感来反演大气的温湿特性，他们的研究成果促进了GPS气象学的新进展。

1995年，美国的UCAR (University Corporation for Atmosphere Research) 研究组利用搭载在LEO (Low Earth Orbiter)卫星上的Turbo / Rogue GPS接收机成功地归算出气象参数的分布情况,还初步得到了电离层中电子密度的剖面结构。与由无线电探空仪和探空气球等途径而获得的结果相比较,发现它们相互之间符合得较好。可见，GPS无线电掩星技术在监测大气对流层和电离层方面颇具应用前景。

我国1998年5～6月份，在周秀骥院士主持下，进行了一次“华南暴雨试验”。这次试验获得了大量的GPS与气象同步观测的数据，为我国的GPS气象学深入研究奠定了基础。

然而，在UCAR公布的研究结果中，在离地高度为1ｋｍ以下或者40ｋｍ以上的高度区，上述参数的归算精度并不令人满意。而对气象应用来说，高度在1ｋｍ以下的大气温度和压力的分布情况尤其显得重要，就中间层及其以上各层次的大气研究来说，对40ｋｍ以上高度的大气温度和压力的探测精度也是十分必要的。即使在1—40ｋｍ高度区间里，该技术同其它手段仍存在一定的差异。

GPS气象探测的应用领域非常广泛,有以下几方面：

1.对流层低层的水汽探测(积分可降水分和水汽垂直分布)。用于强烈天气和降雨的短期预报、水汽的全球气候学、水汽循环研究。

2.在数值模式中直接同化应用偏转角或折射率资料。用于业务数值天气预报、气候研究的再分析(reanalysis)。

3.对流层高层的高分辨率的温度廓线。对流层顶研究、平流层/对流层交换、平流层臭氧、高层锋面研究、火山效应、气候变率和气候变化的研究。

4.高层等压面的位势高度计算,用于气候研究。

5.通过地转/梯度风关系估计高纬度地区风,用于航空工业。

6.其它遥感系统的相互比较/检定/初值。用于微波探测单元、地球静止业务环境卫星(GOES)、泰罗斯业务垂直探测器(TOVS)、EOS。

7.电离层电子密度剖面：电离层研究、空间天气(Space Weather)、通信工业。

全球天气观测系统其它观测手段比较起来，GPS气象探测有其特有的优势：1．GPS掩星观测对流层中高层-平流层温度垂直分布，特别在对流层顶结构探测上精确度优于GOES (地球静止业务环境卫星)的温度反演结果。如果5km以下大气温度垂直分布由其它探测手段给定，精度 2 K，则GPS掩星观测可以反演水汽垂直分布，这是GOES卫星垂直探测所难以获得的。GPS掩星观测能够均匀地覆盖全球，而价格却相对便宜。

2．GPS掩星观测有很高的垂直分辨率，在平流层的分辨率接近1.5km，在对流层则为 2 0 0～50 0 m。这一分辨率是超过卫星垂直探测反演结果的。3．GPS探测不受气溶胶、云和降水存在的影响，这恰恰弥补了卫星和地面可见光、红外、微波遥感在这方面的缺陷。

但是GPS气象探测也存在着自身的局限性：

1．水平分辨率差：由于GPS卫星信号传播路径在水平方向延伸很大范围，掩星观测中接近3 0 0 km,这对分辨大气的水平精细结构是不利的。

2．GPS掩星观测方法也还不足以精确探测5km以下大气温度垂直结构。

三．GPS探测大气水汽含量原理

美、加等国家进行的一系列地基GPS观测水汽试验，反映了GPS技术具有全球分布均匀、垂直分辨率高和费用低等一系列优点，因而在气象学和大气研究中具有潜在价值，同时为降雨预测开创了新的技术途径。

根据GPS接收机的位置,GPS遥感大气水汽含量的技术分为两类：

一类是地基GPS气象遥感技术：即利用地球表面上静止的GPS接收机接收GPS卫星讯号，以连续的对地球大气参数(主要是综合水汽或可降水份)进行测量。地基GPS技术的数据获取方法简单，可供研究的数据多，是当前研究的重点。

另一类是空基GPS气象遥感技术,即主要利用安置在低轨人造卫星平台上

的GPS接收机接受GPS卫星讯号,采用掩星法对气象参数(主要是大气综合水汽或可降水份)进行测量，目前耗资大而难以实现，且可供研究的数据少。

GPS卫星信号传输经过大气层时，要受到大气的折射而延迟，将该延迟量作为待定参数引入到观测模型和解算方案中，并逐项考虑误差的来源和消除的办法。折射影响可分成电离层影响和对流层大气影响：对流层大气延迟(中性延迟)可分为静力延迟项（干项延迟）和湿项延迟。其中湿项延迟由水汽引起，静力延迟由其他的大气组成成份引起。干气占总的中性大气的80 %～90 %，干气延迟比较有规律，天顶方向可以1 %的精度估算；但湿气延迟很复杂，影响因素较多，目前只能以1 0 %～ 2 0 %的精度估算。由此大气延迟量可划分为电离层延迟、静力延迟和湿项延迟。通过采用双频技术，并且电离层延迟与信号频率的平方成反比,电离层延迟误差可订正到毫米精度。静力延迟与地面观测量(气压)具有很好的相关，也可以订正到毫米量级。这样就得到了毫米量级的湿项延迟。湿项延迟与水汽总量(PW)可建立严格的正比关系，从而求解水汽总量。

四．地基GPS探测大气水汽含量

GPS技术通过码相位观测和载波相位观测来测量信号传输时间，一般认为，码相位和载波相位的分辨误差约为信号波长的1 %.由于P码和C/ A码的码元

宽分别为 2 9. 3 m和 2 93 m,而载波L1 和L2 的波长仅为1 9. 0 5cm和 2 4.

45cm，所以精密测量必须采用载波相位观测。水汽对于光程的影响为厘米的量级，利用GPS观测结果计算湿项延迟进行反演水汽的工作也必须采用载波相位观测的方式。

由于存在着源于卫星钟、卫星轨道、接收机钟和载波相位观测等方面的误差,在观测方案和解算模型建立过程中它们必须予以考虑。

观测方程：

R = ρ+δρion+δρtrop+C*δt r –C*δts-λ*N 其中

C：光速

λ：载波信号波长

R：接收机载波相位观测量

ρ：卫星至接收机的实际距离

Δρion：电离层延迟

δρtrop：对流层延迟(中性延迟)

δt r：接收机钟差

δts：卫星钟差

N：载波相位的整周未知数

各项误差分析：

ρ：卫星至接收机的实际距离

该项中包含接收机三维位置未知量和由卫星轨道参数计算的卫星相对地心的位置。卫星轨道参数可通过卫星星历获得。卫星星历分为两类：一是预报星历，预报星历是一种外推星历。二是实测星历，也称精密星历。卫星星历误差严重影响单点定位的精度，在相对定位中也是一个重要的误差来源。

Δρion：电离层延迟

电离层延迟的影响在精密测量时采用双频技术消除，利用电离层延迟与频率的平方成反比的简单关系，消除后的精度达毫米级。在电子含量很大，卫星的高度角又很小时，残差达几个厘米。Fritz K. Brunner等提出了一个电离层延迟改进模型，考虑了折射率n中的高阶项影响以及地磁场的影响，并考虑信号传播路径弯曲的效应，精度优于2 mm.可见GPS的气象遥感应用应采用双频接收机，可有效地消除电离层延迟。

δρtrop：对流层延迟(中性延迟)

对流层延迟作为遥感大气的未知量来求解，其误差由其他几项的误差来确定。求解以后划分为静力延迟和湿项延迟两项。

δt r：接收机钟差

GPS接收机一般应用高精度的石英钟，如果接收机钟和卫星钟的同步差相差1 μs，由此引起的等效距离误差也将达3 0 0 m。有效地消除接收机钟差的影响采用对不同的卫星的观测量求差的方法，能满足精密定位的要求。

δts：卫星钟差

尽管GPS卫星钟均安装了高精度的原子钟(铷钟和铯钟),但它们与理想的GPS时之间仍存在着难免的偏差和漂移。这些偏差的总量在lms以内，通过导航电文提供的校正参数改正后，各卫星间的同步差会小于2 0 ns.如果采用相对定位，在两个接收机对同一颗卫星求差，将几乎完全消除卫星钟差的影响。这种方法是目前使用GPS估算对流层参数必须采用相对定位的主要原因。

相对定位对于短基线来说对卫星轨道误差也有一定消除，所带来的一个主要问题是站间相关误差的产生，基线越短越为严重。而对长基线，要求卫星星历要有一定的精确度。基线越长，对星历精度要求越高。

N：载波相位的整周未知数

采用载波相位观测产生的主要难题是载波相位的整周未知数的出现。在锁定信号的整个观测过程中，整周未知数应保持不变。由于外界干扰和接收机所处的动态条件的恶劣，偶尔可能使载波跟踪环路无法锁定载波信号引起信号的暂时失锁，表现为N0 的突变即“整周跳变”。N0 一般采用“三差法”来确定，即不仅通过同一接收机对两颗卫星求差来消除接收机钟差和同一卫星对不同的接收机求差来消除卫星钟差，还通过连续观测历元的求差来确定整周未知数N0。对于含大气延迟未知量的观测方程，处理软件应该可以区分开两者，因为后者大致依照sec(θ)(θ为卫星天顶角)而变化。这就要求不同观测历元的

卫星仰角要有一定的变化，而在这个变化期内(如 1 5～ 3 0 min)，假设大气特性保持定常，在观测站局地上空水平均一或球面分层均一，这决定了GPS遥感大气的时间精度。

卫星星历及其误差的解决办法：由全球定位系统的地面控制部分提供的经

GPS卫星向用户播发的广播星历是一种预报星历。由于对作用在卫星上的各种摄动因素了解得不够充分，因而预报星历存在一定的误差。在GPS完全投入使用以后，由预报星历计算卫星位置的精度应该达5～ 1 0 m。

精密星历是一种实测星历，是全球GPS卫星跟踪站根据实测资料进行后处理而得出的星历，精度较高。但一般要在观测后一段时间(1～2周)才能得到，对实时定位无意义。

如果建立了利用双频接收机观测来消除电离层误差、基线测量双差法消除接收机钟差和卫星钟差的观测方案,并考虑了星历问题的解决办法,解决了“整周变跳”和整周未知数的求解问题,就可以建立精确定位和大气层中性延迟（ZTD）的求解模型：

ZTD =ZHD +ZWD(单位:cm或mm)

传播干延迟ZHD决定于气压和温度，遵循一定的规律，可通过经验公式或地面气象观测资料估算。而湿延迟ZWD决定于湿度和温度，由中性延迟减去干延迟得到。大气可降水份定义为单位面积上空的所有水汽凝结成液态水时的等效水柱高度。湿延迟与可降水份的转换关系可表示为：

PW= Π2ZWD

PW定义为气柱内所有水汽折算为液态水时的水柱高，代表水汽的积分总量。常数比例Π大约为0 . 1 5，即 1 cm的PW可引起大约6. 5cm的信号延迟。精确的形式和参数可通过地面气温的观测和历史资料的统计而建立：

Π=1 0 ^6/[Rv(k3/Tm+k )]

Rv=461 . 495J/ (kg2K)，为水汽的气体常数。k =k2 -m2k1

m为水汽和干空气的分子量比。k1 、k2 和k3 源于大气折射率N的表达式：N=k1 2(Pd /T)+k2 2(Pv /T)+k3 2(Pv /T2 )

Pd 和Pv分别为干空气和水汽的分压。T为绝对温度Tm为一个加权平均温度，按如下公式定义：Tm=∫(Pv/ T)dz∫(Pv/ T2 )dz

Pv 为水汽的分压，T为温度，积分沿着整个大气垂直路径。参数Tm 虽然随季节和地区变化，但可通过地面温度(Ts)的观测来估算：Tm=a+b2Ts 或由数值天气预报提供。

由GPS湿延迟转换为综合水汽或可降水份时，其误差主要来源于三个方面：

1.测定天顶湿延迟的误差

2.转换因子的误差

3.转换模型本身的误差

这三部分误差的比例，根据试验，按目前的技术水平约为2∶1∶1，它们的综合影响使这一转换的相对精度约为±1 5%。

当采用GPS卫星高度角大于1 5°时的GPS讯号时，测定天顶湿延迟的主要误差源分别为：GPS讯号传输时间的湿延迟的计算模型误差；二是大气参数测定误差；三是方位误差，即假设大气水汽在测站点周围“各向同性”所引起的误差；四是天顶湿延迟的采样时间误差。

转换因子的相对精度等同于平均温度Tm 的相对精度。因此,利用地面气象参数来推算适用于相应地区、相应时间的精确的Tm 是GPS气象学一项重要的工作。

五．结合基金项目——全分布式流域洪水预报遥感信息模型

洪水预报模型中关于降水量的预测可否采用常规技术与GPS遥测相结合的方法。其中可能涉及的问题：

1．GPS技术进行大气探测，新的理论和方法还需逐步成熟和完善。

2．和常规方法进行具体的优势对比，试验数据不易获取，是否有说服力。3．反演模型含括大气物理，气象等多学科理论，技术跟踪与研究实力

参考文献：

1.陈俊勇，地基GPS遥感大气水汽含量的误差分析,测绘学报,1 998(2 ):1 1

3～1 1 8

2.Kuo Y H,Zou X,Huang W. The impactof GPS data on thepredictio n of an

extratropical cyclone:An observing systemsimulation experiment [J]. J Dyn Atmos Ocean,1 997,2 7:43 9～470 .

3.Y an Haojian,Huang Dong,Huang Cheng. Sequential atmo-spheric profiles near a

fixed location derived from GPS- LEO occultation measurements[J]. Geophys

Res L ett,1 999,2 6:451～454

4.李成才，毛节泰GPS地基遥感大气水汽总量分析，应用气象学报，1998

年 1 1月

5.王小亚,朱文耀,严豪健,程宗颐,丁金才.地面ＧＰＳ观测探测可降水量

的初步结果.大气科学,1 999,2 3 (5):60 5- 62 1

6.黄栋，ＧＰＳ无线电掩星技术监测地球大气.博士论文,中国科学院上海

天文台,1 999年3月

7.李延兴，徐宝祥，胡新康，何平应用地基GPS技术遥感大气柱水汽量的

试验研究，应用气象学报，2 0 0 1年2月

8.蒋虎，王成，严豪键无线电掩星反演大气参数误差分析及应用进展，

地球物理学进展，20 0 1年3月

(完整版)大气探测学习题整理

大气探测从原理上区分有哪几种方法？大气探测从原理上一般分为直接测量和遥感测量直接测量：探测器（感应）直接放入大气介质中，测量大气要素。直接测量包括现场测量和遥测两种方式。遥感探测：通过大气中传播的要素信息反演出大气要素的时空分布。遥感测量课一份为主动遥感和被动遥感大气探测的”三性”要求是哪些?如何保证大气探测资料的代表性和可比性？三性：准确性、代表性、比较性。准确性反映测量值与真实状况的差别，我们希望准确性要适当的高（即误差要小到慢速使用目的的要求）。代表性是指所测得的某一要素值，在所规定的精度范围内，不仅能够反映观测站该要素的局地情况，而且能够代表观测站周围一定范围内该要素的平均情况。代表性分为空间代表性和时间代表性，指观测资料所能代表的空间范围是时间间隔。我们对观测资料的代表性要求，与分析和应用的各种现象的时间和空间尺度两者均有关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淡积云、浓积云、秃积雨云、鬃积雨云，它们之间的区别界限是什么？由淡积云-浓积云-秃积雨云-鬃积雨云的对流增强时依次发展形成的为低空积状云的四个阶段。当对流减弱，云内下沉气流占主导作用时，云体将逐渐瓦解消散，演变成其它的云。（1）淡积云；云的个体不大，轮廓清晰，底部较平，顶部呈圆弧形凸起，垂直发展不旺盛，云底较扁平，薄的云块呈白色，厚的云块中部有淡影。分散在空中，晴天常见。浓积云：云的个体高大，轮廓清晰，底部较平、阴暗，垂直发展旺盛，垂直高度一般大于水平宽度，顶部呈圆弧形重叠凸起，很象花椰菜。秃积雨云：这种云是浓积云向鬃积雨云发展的过渡阶段。云顶已开始冻结，云顶花椰菜形的轮廓渐渐模糊，丝絮状结构还不太明显，云体其余部分仍具有浓积云特征。这是积雨云的初始阶段，存在时间较短促。鬃积雨云：这种云是积雨云发展的成熟阶段。由秃积雨云发展而成。云顶白色，丝絮状结构明显，常呈马鬃状和铁砧状，底部阴暗，气流混乱云的观测的主要内容是什么？主要内容是判定云状、估计运量、测定云高、选定云码简述云形成的基本过程云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到过饱和而发生凝结或凝华的过程水汽要凝结成水滴或凝华成冰晶而形成云，必须具备两个基本条件：一是要有水汽凝结核，二是要有水汽过饱和，二者缺一不可。大气中一般不缺乏凝结核，因此，形成云的最关键问题，还在于应有水汽的过饱和气象能见距离为10千米，问在10千米处有一以天空为背景视角大于30′的白色建筑物是否能见？为什么？不能。能见度是指视力正常（对比视感阈为0.05）的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认出目标物（黑色，大小适度）的最大水平距离；所以在10千米处有一以天空未背景视角大于30°的白色建筑物不能看见浮尘与霾、霾与轻雾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。霾和轻雾的组成不同，霾是大量沙尘漂浮在空气

利用GPS探测水汽

利用GPS探测水汽来源：计算机与信息技术作者：发表时间： 2009-12-08 22:24:45 计算机与信息技术摘要 GPS探测水汽是一种新的水汽遥感方法，GPS卫星信号向地基GPS接收机传播过程中受大气水汽的影响产生延时，信号的延时又是和大气的结构相关的，而延时又对降水产生影响。本文从几个方面分析了影响GPS探测水汽的因素。关键词 GPS、延时、降水 1 引言水汽是大气的基本参量。卫星探测水汽含量的基本方法是用微波辐射计 (如NOAA的AMSU)，近红外和热红外波段探测,而地基GPS遥感大气水汽技术是九十年代发展起来的一种全新的大气观测手段。它利用地基高精度GPS 接收机，通过测量GPS信号在大气中湿延迟量的大小来遥感大气中水汽总量。下面首先介绍一下其原理 2 探测水汽的原理和方法 GPS技术通过观测GPS卫星信号传输到GPS接收机的时间来测量接收机天线的位置，卫星信号经过大气层时，要受到大气的折射而延迟，将该延迟量作为待定参数引入到观测模型和解算方案中，逐项考虑误差来源和消除办法，精密的大气延迟量（毫米级）可以与定位参数一同求解出来。大气延迟量可划分为电离层延迟、静力延迟和湿项延迟。通过采用双频技术，可以将电离层延迟几乎完全消除。静力延迟与地面观测量（气压）具有很好的相关，可以订正到毫米量级。这样就得到了毫米量级的湿项延迟。湿项延迟与水汽总量（PW）可建立严格的正比关系，精确的水汽总量就求解出来。应用MIT的GAMIT软件进行解算。软件要求试验采用双频载波相位观测，应用差分法以消除源于卫星钟和接收机钟的误差，同时可采用“轨道松弛法”，以对轨道的准确度进行修正和调整。此外还有反演方法即：利用接收更高空之GPS卫星发出来的讯号，强度与路径的变化，反推出电离层电浆密度的三维空间分布“照片”，以及大气的水汽的三维空间分布。采用载波相位观测产生的主要难题是载波相位的整周未知数N0的出现。N0 一般采用“三差法”来确定，即不仅通过同一接收机对两颗卫星求差来消除接收机钟差和同一卫星对不同的接收机求差来消除卫星钟差，还通过连续观测历元的求差来确定整周未知数N0。这就要求不同观测历元的卫星仰角要有一定的变化，而在这个变化期内（如15～30 min），假设大气特性或变化率保持定常，在观测站局地上空水平均一或球面分层均一，大气延迟未知量大致依照secθ （θ为卫星天顶角）的映射函数而变化。这决定了GPS遥感大气的时间分辨率。通过地面GPS水汽遥感监测，可以获得很高时空分辨率、达到毫米精度的水汽资料，以填补探空资料在时间空间分辨率上的不足，提供快速变化的信息。这种信息通过资料的四维同化，对改进中尺度数值预报模式精度，提高预报准确

大气探测学复习思考题版

大气探测学复习思考题（2011版）一、写出下列云状的国际简写或由国际简写写出云状学名浓积云Cu cong 碎积云Fc 淡积云Cu hum 秃积雨云Cb calv 鬃积雨云Cb cap 荚状层积云Sc lent 堡状层积云Sc cast 透光层积云Sc tra 积云性层积云Sc cug 蔽光层积云Sc op 层云St 碎层云Fs 雨层云Ns 碎雨云Fn

透光高层云As tra 蔽光高层云As op 透光高积云Ac tra 蔽光高积云Ac op 堡状高积云Ac cast 荚状高积云Ac lent 积云性高积云Ac cug 絮状高积云Ac flo 毛卷云Ci fil 密卷云Ci dens 伪卷云Ci not 钩卷云Ci unc 匀卷层云Cs nebu 毛卷层云Cs fil 卷积云Cc 二、解释名词大气科学、大气探测、气象资料的代表性、气象资料的准确性、气象资料的比

较性、云、、云量、天气现象、气象能见度、气象光学距离、气温、摄氏温标、华氏温标、热电现象、热滞系数、百叶箱、湿度、露点温度、盖﹒吕萨克尺度、气压、本站气压订正、海平面气压订正、风、阵风、降水量、蒸发量、积雪、太阳常数、直接辐射、雾、环日辐射、散射辐射、全辐射、净辐射、日照时数、高空测风、单经纬仪定点测风、双经纬仪基线测风、一次雷达、二次雷达、测风雷达的测角原理、等信号强度法、自动气象站、遥感、主动式大气遥感探测、被动式大气遥感探测、激光雷达、声雷达、可见光探测、红外辐射探测、微波探测、大气边界层探测、气象塔、对比视感阈三、简述或论述下列各题 1．为什么要提出气象观测资料的“三性”？ 2．什么是观测资料的测站代表性和区域代表性？ 3．怎样来衡量观测资料的代表性和准确性？它们之间有何关系？怎样保证比较性？ 4.淡积云、浓积云、秃积雨云、鬃积雨云，它们之间的区别界限是什么？ 5.碎积云、碎层云、碎雨云，它们之间在外形及成因上有何不同？ 6.卷层云和高层云、高层云和雨层云、雨层云和层云，各有何异同之处？ 7.卷积云和高积云、高积云和层积云，各有何异同之处？

基于北斗卫星的水汽探测性能分析_施闯

第４１卷第３期２０１６年３月武汉大学学报·信息科学版Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏｌ．４１Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ　２０１６收稿日期：２０１５－０７－１０项目资助：中国第二代卫星导航系统重大专项基金；国家自然科学基金（４１２７４０４９）；国家杰出青年科学基金（４１３２５０１５）。第一作者：施闯，博士，教授，主要从事空间大地测量与地球动力学研究。ｓｈｉ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通讯作者：王海深，博士，高级工程师。ｗｈｓｂ５２０＠１６３．ｃｏｍＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１４０９４４文章编号：１６７１－８８６０（２０１６）０３－０２８５－０５基于北斗卫星的水汽探测性能分析施　闯１，２，３　王海深１，２　曹云昌２　张恩红４　梁　宏２　付志康５１　武汉大学测绘学院，湖北武汉，４３００７９２　中国气象局气象探测中心，北京，１０００８１３　武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉，４３００７９４　广东省气象信息中心，广东广州，５１００８０５　中国气象局武汉暴雨研究所暴雨监测预警湖北省重点实验室，湖北武汉，４３００７４摘　要：本文利用北斗试验网的数据，结合探空观测，对北斗系统与ＧＰＳ系统，北斗、ＧＰＳ与探空系统之间进行详细的比较分析，对北斗水汽探测性能及精度给出初步分析结果。北斗系统与ＧＰＳ系统及探空系统大气可降水量的探测结果较一致，很好地反映了大气可降水量的变化情况；北斗系统解算出的大气可降水量大于ＧＰＳ系统，两个系统间存在２～３．３ｍｍ的系统误差，水汽含量较低时，一致性更好；北斗系统与探空的系统误差和标准偏差较大，定位定轨模型有待优化，系统稳定性有待提高。关键词：北斗卫星导航系统；水汽探测；大气延迟；大气可降水量中图法分类号：Ｐ２２８．４１文献标志码：Ａ全球卫星导航系统（ｇｌｏｂａｌ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍ，ＧＮＳＳ）是２０世纪对人类生活具有广泛重大影响的空间技术之一，目前已经应用于大地测量、地理信息系统（ＧＩＳ）、智能交通、城市规划等各个领域。全球卫星导航系统的相关技术也被应用到大气、海洋和空间的探测和应用领域，对这些领域产生了深刻影响，目前已经在高空探测的定位测风、地基遥感水汽和电离层、海风海浪探测、无人飞机导航、授时及气象信息传输领域得到广泛应用。其中，地基ＧＮＳＳ遥感水汽探测通过获取卫星导航系统信号可以得到高时空分辨率的大气水汽资料，监测灾害性天气的产生和发展，对天气预报、气候研究和人工影响天气等有着重要的应用价值。２０世纪９０年代，Ｂｅｖｉｓ提出了ＧＰＳ气象学［１］的概念，此后，相关研究表明通过地基ＧＰＳ水汽探测网络，可以提供高时空分辨力的大气可降水量的数据，弥补常规探空在时间和空间上的不足［２－３］。文献［４－６］也在不同方向进行了研究，对地基ＧＰＳ的遥感水汽探测技术的完善和在中国的本地化发展作出了贡献。北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国ＧＰＳ和俄罗斯的ＧＬＯ－ＮＡＳＳ之后第３个全球卫星导航系统，整个系统将在２０２０年形成全球覆盖能力。众多学者对北斗系统的系统性能、观测质量、模型精度等进行了分析评估［７－９］。随着中国北斗卫星导航系统的逐步完善，基于北斗卫星导航系统的水汽探测技术将逐步发展起来。本文基于北斗试验网的数据，给出了北斗水汽探测性能及精度的初步分析结果，并提出当前存在的问题，以便进一步改进相关模型和算法，提高北斗水汽探测的性能，推进北斗水汽探测的业务化进程。１　数据获取及处理１．１　数据获取本文利用基于北斗导航卫星的大气海洋和空间监测预警应用试验网中恩施、宜昌、荆州、咸宁和孝感等５个ＧＮＳＳ基准站数据，分别进行北斗系统与ＧＰＳ系统的比较分析，同时利用恩施、宜昌与ＧＮＳＳ基准站同址的探空站数据与探空系统进行比较分析，综合分析北斗卫星导航系统水汽探测的性能和精度。

大气中的水汽滞留函数解读

大气中的水汽滞留函数张学文 (乌鲁木齐沙漠气象研究所,中国气象局, 新疆,乌鲁木齐,830002 (受科技部科技公益研究专项2004DIB3J118 资助提要:水分从蒸发进入大气到变成雨雪再降落大约在空中滞留(存活9天,而9天只是水汽在大气中的平均寿命。我们应当知道在大气里现存的总水汽量中已经在大气里滞留(存活1天、2天或者n天的水汽分别占有的百分比是多少。描述这个问题需要引入大气中的水汽滞留函数概念。本文阐明了水汽滞留函数的物理含义并且指出它应当是一个负指数方程。关键词:大气中的水分循环,大气中的水汽滞留函数 1. 引言就全球而论,大气中持有的水汽约为25毫米[1],而每年的降水量(约1000毫米,是它的40倍。大气要维持水分平衡必然要从下垫面的水分蒸发中补充1000毫米(相当于补充40次,1000毫米/25毫米的水分。这也说明水分从蒸发进入大气到形成雨雪而脱离大气,一年要循环40次,即大气中的水汽9天(365/40就更新一次,即水汽蒸发进入大气在空中平均滞留9天又回到下垫面[2]。 “9天”是描述大气中的水分循环的重要参数。但它只是个平均值,实际情况肯定有的水汽滞留时间更长或者更短。面对大气中现存的水汽,我们可以问,它们进入大气1天、2天、…n天就离开大气的水分占了水汽总量的百分比是多少,回答这个问题显然不是求一个未知数,而是求一个未知函数,描述不同滞留时间的水汽占的百分比的函数。文献[3]提出了分布函数概念和它在气象学中的应用问题,不同滞留时间的水汽各占多大的比例的问题实际上就是分布函数概念的一个特例。文献[4,5]给出了在不

同约束条件下利用最复杂原理(最大熵原理求得其分布函数的思路、原理和技术。本文就利用这种思路给出一种(可以不是一种理论的水汽滞留函数。 2. 水汽滞留函数f(τ 本文分析某个气候阶段(例如30年的地球大气中的水汽的总的情况。根据前面的讨论,我们把f(τ称为水汽滞留函数:这个函数的自变量τ是水汽在最近的一次蒸发进入大气后已经存在(滞留的时间长度。而f值表示水汽滞留时间在τ±0.5这个范围(即时间的单位增加量的水汽在大气里的水汽总量中占的百分比。f的量刚是时间的负一次方。根据分布函数的一般定义[5],水汽滞留函数就是一种具体的分布函数。根据文献 [4,5]的研究,我们可以在分析该分布函数涉及的物理过程是否存在随机性和应当具有的约束条件的基础上引入最复杂原理(最大熵原理,从而推求理论的分布函数。 3. 从熵原理和约束条件求水汽滞留函数要具体追踪每天蒸发的水汽在大气中的行踪是十分困难的。但是从气候角度分析问题,不仅得到了水汽在大气中平均存在9天的知识,而且可以把天气演变过程仅仅看作是气候平均情况下的随机扰动。而承认气候的形成中包括天气过程这个随机性也就可以引用最复杂原理(最大熵原理了。根据 [6]的研究思路和举例,如果存在着很多地位相同的个体,每个个体就某标志值x 在同一时刻只能取一个值,但是各个个体的标志值可以不同,那么可以用一个分布函数描述具有不同的标志值的个体各有多少。而当 ● 各个个体的标志值必然大于零,而且其平均值应当是常数 ● 如果各个个体的标志值究竟取什么数值具有随机性

《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？ ①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。 ②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。 ③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。 ④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。 ⑤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。 ⑥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？ 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？ 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？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

大类招生共用《大气探测学》知识点总结

《大气探测学》知识点总结说明： 1、不要求记住公式，试卷上会给出公式，但需明白公式中各项意义 2、考题题型有判断题、填空题、单选题、简答题与计算题复习提纲：一.绪论大气探测的定义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(以及化学成分)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。大气探测的发展历史始创时期（16世纪之前）相风乌、雨量器、风压板等地面气象观测发展阶段（ 16世纪末开始） 1593年，意大利人伽里略发明了气体温度表 1643年，托里拆利发明了水银气压表 1783年，瑞士德索修尔发明了毛发湿度表高空气象探测发展阶段（ 18世纪末开始）二十世纪初，无线电探空仪四十年代中期，气象火箭大气遥感发展阶段（ 20世纪40年代开始）二十世纪四十年代初，天气雷达 1960年4月，气象卫星我国气象探测的组织基准气候站：一般300-400公里设一站基本气象站：一般不大于150公里设一站一般气象站：一般50公里左右设一站高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。(8:00,20:00北京时) 大气探测原理直接测量：感应元件置于待测介质之中，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数。如：温度表遥感探测：根据大气中声、光、电磁波等信号传播过程中性质的变化，反演出大气要素的时空变化。可以分为主动遥感和被动遥感两种方式。如：雷达卫星大气探测仪器的性能指标和误差准确度：仪器的测量值（已做各种订正后）与真值的符合程度。准确度考察的是测量值与实际值的接近程度。反映的是系统误差和随机误差的合成大小，常用相对误差来表示，其值越小，准确度越高。灵敏度：仪器的灵敏度就是它的示度在被测要素改变单位物理量时所移动的距离、旋转的角度或显示输出量的大小。惯性（滞后性）：具有两重性，一般要求惯性的大小由观测任务所决定自动平均能力：探空仪惯性小；湍流探测惯性很小；地面气象台站观测惯性适当大点分辨率：仪器的分辨率——导致一个测量系统响应值变化的最小的环境改变量，它和量程及

大气探测知识要点分解

第一章：总论大气探测：又称之为气象观测，是指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的过程和方法。大气探测的发展历史：世界地面气象探测网的建立是大气探测史上的第一次革命。高空气象要素探测系统的发展是大气探测发展的第二次革命。 1960年美国发射第一颗气象卫星泰罗斯-1号，是遥感技术发展的标志，是大气探测的第三次革命。随着科学与技术的发展，大气探测取得了显著的发展，主要表现在探测能力显著增强，自动化水平迅速提高，观测方法、观测网的设计和观测工具的配合得到重视，直接探测和遥感技术并存，各取所长，综合利用。观测站的分类：（1）国家基准气候站（基准站）：是国家气候站的骨干；一般300-400公里设一站，每天观测24次。（2）国家基本气象站（基本站）：是国家天气气候网中的主体；一般不大于150公里设一站，每天观测8次。（3）国家一般气象站（一般站）：是国家天气气候站的补充；一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。（4）无人值守气象站（无人站）：用于天气气候站网的空间加密；观测项目和发报时次可根据需要而定。（5）高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。时制：人工器测日照采用真太阳时，日界：人工器测日照以日落为日界，对时：台站观测时钟采用北京时。未使用自动气象站的台站，观测用钟表要每日19时对时，保证误差在30秒之内。地面气象观测场设置：观测场一般为25m×25m的平整场地。仪器设施布置：要注意互不影响，便于观测操作。大气探测资料必须具有代表性、准确性、比较性。“三性”是大气探测工作的基本要求。 “三性”的联系：互相联系、互相制约。观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。第二章云的观测云是由大气中水汽凝结（凝华）而形成的微小水滴、过冷水滴、冰晶、雪晶，由它们单一或混合组成的，形状各异飘浮在天空中可见的聚合体。其底部不接触地面我国地面气象观测规范中，按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类。

GPS探测大气水汽含量的研究

GPS探测大气水汽含量的研究一．探测水汽含量的常规技术 1．常规气球探空观测目前地球大气参数的廓线分布，大气水汽观测资料主要依靠每天两次的标准观测，其主要局限是：无线电探空气球观测在全球的分布很不均匀，测站密度过稀，在海洋上空甚至没有资料，相邻两次探测之间间隔时间过长，探测的精度不能满足水汽时间空间多变性的要求，且维持这一观测系统的成本也在不断增加。2．水汽微波辐射计(Water V apor Radiometer-WVR) 提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液水总量的手段。3．星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。同时由于云的存在使这种应用受到限制。地基微波辐射计不受低的中等覆盖云量的影响，但云量较多时同样受到影响。降水发生时雨滴的存在对于辐射的影响以及雨滴打湿仪器天线的影响，使得微波辐射计这时很难提供可用的数据。极轨卫星所载辐射计提供很好的空间分辨率但比较差的时间分辨率，而地基辐射计正好相反。 4．激光雷达费用昂贵，而且不能全天候观测，难以大范围密集设置站网和实现观测业务化。 5．卫星红外辐射计可以观测大气亮温、估算大气积分可降水分(IPW),能覆盖全球范围，但也只能局限于晴空区域的监测。二．GPS气象学的发展 GPS气象学(GPS/ METeorology,简写为GPS/MET)是近十年来蓬勃发展起来的，由卫星动力学、大地测量学、地球物理学和气象学交叉派生出的新兴边缘学科。发源于美国，在 2 0世纪80年代，美国的Davis、Herring、Askne,Nordius

大气层中水汽

大气层中水汽、水滴、冰晶等到悬浮物质，使日、月、星、辰在天空中出现多种色彩和许多光学现象，观察它的变化，可以预测未来天气。 “朝霞不出门，暮霞行千里”。早上太阳从东方升起，如果大气中水汽过多，则阳光中一些波长较短的青光、蓝光、紫光被大气散射掉，只有红光、橙光、黄光穿透大气，天空染上红橙色，开成朝霞。红霞出现表示西方的云雨将要移来，所以，“朝霞不出门”。到了晚上，看到晚霞，表明云雨已移到东方，天气将转晴，所以“暮霞行千里”。谚语“日出胭脂红，无雨也有风”，、“日出红云，劝君莫远行” 、“太阳照黄光，明日风雨狂”等也是这个道理。 “太阳正午现一现，以后三天不见面”，指前两天和当天上午阴雨，中午出现太阳，没有多久天气又转阴雨，预示天气将会连续阴雨一、看云识天气天上钩钩云，地上雨淋淋。天有城堡云，地上雷雨临。天上扫帚云，三天雨降淋。早晨棉絮云，午后必雨淋。早晨东云长，有雨不过晌。早晨云挡坝，三天有雨下。早晨浮云走，午后晒死狗。早雨一日晴，晚雨到天明。今晚花花云，明天晒死人。空中鱼鳞天，不雨也风颠。天上豆荚云，不久雨将临。天上铁砧云，很快大雨淋。老云结了驾，不阴也要下。云吃雾有雨，雾吃云好天。云吃火有雨，火吃云晴天。乌云接日头，半夜雨不愁。乌云脚底白，定有大雨来。低云不见走，落雨在不久。西北恶云长，冰雹在后晌。暴热黑云起，雹子要落地。黑云起了烟，雹子在当天。黑黄云滚翻，冰雹在眼前。黑黄云滚翻，将要下冰蛋。满天水上波，有雨跑不脱。二、看风识天气久晴西风雨，久雨西风晴。日落西风住，不住刮倒树。常刮西北风，近日天气晴。半夜东风起，明日好天气。雨后刮东风，未来雨不停。南风吹到底，北风来还礼。南风怕日落，北风怕天明。南风多雾露，北风多寒霜。夜夜刮大风，雨雪不相逢。南风若过三，不下就阴天。风头一个帆，雨后变晴天。晌午不止风，刮到点上灯。无风现长浪，不久风必狂。无风起横浪，三天台风降。大风怕日落，久雨起风晴。东风不过晌，过晌翁翁响。雨后东风大，来日雨还下。雹来顺风走，顶风就扭头。春天刮风多，秋天下雨多。三、看天象识天气天空灰布悬，大雨必连绵。天上拉海纤，下雨不过三。四周天不亮，必定有风浪。有雨天边亮，无雨顶上光。日落胭脂红，无雨便是风。日落黄澄澄，明日刮大风。日出太阳黄，午后风必狂。星星水汪汪，下雨有希望。星星眨眨眼，出门要带伞。日月有风圈，无雨也风颠。朝霞不出门，晚霞行千里。风大夜无露，阴天夜无霜。大雾不过三，过三阴雨天。雾露在山腰，有雨今明朝。久晴大雾阴，久雨大雾晴。雷声连成片，雨下沟河漫。先雷后刮风，有雨也不凶。雷公先唱歌，有雨也不多。闷雷拉磨声，雹子必定生。阴雨亮一亮，还要下一丈。四、看物象识天气喜鹊搭窝高，当年雨水涝。久雨闻鸟鸣，不久即转晴。海雀向上飞，有风不等黑。鸟往船上落，雨天要经过。喜鹊枝头叫，出门晴天报。蟋蟀上房叫，庄稼挨水泡。

3-大气科学专业大气探测方向

大气科学专业（大气探测方向）培养方案一、培养目标本专业培养具有扎实的大气科学基本理论、专业知识和专业技能，能够在大气探测、大气物理、大气环境、气象学、气候学、应用气象和相关学科从事科研、教学、科技开发及相关管理工作的高级专门人才。二、培养要求（培养规格）本专业学生主要学习大气科学等各方面的基本理论和基本知识，受到科学思维与科学实验（包括野外实习和室内实验）等方面的基本训练，具有良好的科学素质，具有利用现代电子信息技术、气象雷达和气象卫星遥感技术进行大气科学基本业务、科学研究、理论分析、数据处理和计算机应用的基本技能。具有较强的知识更新能力和广泛的科学适应能力。 1系统地掌握本专业的数学、物理、电子技术、计算机等基础理论和基本知识； 2、具有扎实的大气科学基础理论和实验技能，掌握现代大气探测和遥感技术和分析方法； 3、了解相近专业的一般原理和方法； 4、了解国家科技发展、环境保护、知识产权、专业服务等有关政策和法规； 5、了解大气科学及相关学科的理论前沿和发展动态，具有研究、开发新系统、新技术的初步能力； 6、掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。三、主干学科：大气科学四、主要课程、核心课程和特色课程 1）主要课程：数字电子线路、大气物理学、天气学、电路分析基础、天气学分析、气象统计方法、现代大气探测学、气象观测仪器检定与维护、卫星气象学、雷达气象学、模拟电子线路、雷达原理和信号处理、动力气象学、气象卫星资料的多学科应用、中尺度气象学、中尺度数值模拟与预报、大气激光探测、专业英语、电磁场理论、嵌入式系统设计、信号与系统、数字信号处理、微波技术与天线。 2）核心课程：计算机基础、大气科学概论、线性代数、概率统计、高等数学、大学物理、Fortran语言程序设计、大气物理学、天气学、天气学分析、现代大气探测学、雷达气象学、卫星气象学、雷达原理和信号处理、信号与系统。 3）特色课程：卫星气象学、雷达气象学、气象卫星资料多学科应用。

大气探测作业参考答案(1-12章)..

《综合气象观测》作业参考答案第一章总论 1.何为大气探测、地面气象观测、高空探测？答：大气探测是利用各种探测手段，对地球大气各个高度上的物理状态、化学性质和物理现象的发生、发展和演变进行观察和测定。地面气象观测是利用气象仪器测定近地层的气象要素值，以及用目力对自由大气中的一些现象如云、光、电等进行观测。高空探测是用气球、雷达、火箭、卫星等手段对自由大气进行探测。 2.气象观测资料的“三性”是什么？其关系如何？答：气象观测资料的“三性”是代表性、准确性、比较性。观测资料的代表性、准确性和比较性之间是互相联系、互相制约的。观测资料的代表性是建立在准确性的基础之上的，没有准确性也就谈不上代表性；然而，只有准确性而没有代表性的观测资料，也是难以使用的。同时，观测资料的比较性，也必须以观测资料的代表性和准确性为前提，因为如果观测资料既无代表性，又无准确性，也就没有了时空比较的意义。所以观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。 3.简述气象观测的时制、日界？真太阳时、地平时、标准时之间的关系如何？答：时制：以一定的时间间隔作为时间单位，并以一定的起始瞬时计量时间的系统。气象观测的时制有真太阳时、地方时、北京时等。气象观测的日界：人工器测日照以日落为日界，辐射和自

动观测日照采用地平时24时为日界，其余项目均以北京时20时为日界。真太阳时=地平时+时差；地平时=标准时+（本站经度-120）×4分钟/每经度。第二章云的观测 8.云的观测主要内容是什么？答：云的观测主要内容是：判定云状、估计云量、测定云高。 9. 我国现行规范对云状分类的依据是什么？答：按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为3族、10属、29类。 10.简述云形成的基本过程？答：云的形成过程是空气中的水汽由各种原因达到饱和而发生凝结或凝华的过程。形成云的有两个必备条件：①要有水汽凝结核；②要有水汽过饱和。二者缺一不可，大气一般不缺凝结核，因此，水汽过饱和是关键。而使水汽达到过饱和的方式有两种：在水汽含量不变的情况下，空气降温冷却；在空气温度不变的情况下，增加水汽含量。对于云的形成来说，降温冷却过程是主要过程。降温冷却的主要过程有：1、绝热上升冷却（包括局地对流上升，大范围斜升、波动上升）2、混合冷却；3、辐射冷却。 11. 简述云量和云高的观测方法？答：云量：是指云遮蔽天空视野的成数，全凭目测来估计。估

大气水汽国内外研究

1 原理是大气辐射传输模型，地物在近红外波段的反射率大致相等或呈线性变化，因此，大气水汽的透过率就可以通过一个吸收通道和一个窗口通道的比值得到，而水汽通过率又与大气水汽总含量有关系，从而可以求得大气中的水汽总含量。再利用水汽总含量与单位面积的气柱水汽含量的关系式求得气柱水汽含量。也就是两通道或三通道比值法。结果表明，近红外通道反演效果优于红外通道，主要是由于低云对红外通道的影响造成的。 2 采用modis传感器36个波段中5个波段的地表辐射数据，其中，17、18、19波段是水汽的吸收波段，2、5波段是大气窗口波段。首先，对modis1B数据进行几何定位和辐射定标，利用辐射传输方程和水汽透过率与大气水汽含量的关系式求得水汽含量反演值w1；然后利用探空观测数据计算水汽含量观测值w2。对w1和w2进行对比得到反演精度和可靠性。 3 modis大气水汽反演主要有两种算法：两通道比值和三通道比值法。反演水汽算法是以辐射传输方程为基础进行推导的。每个像元的水汽含量是有明显差异的，海洋上空水汽含量明显高于陆地上空。 4 用roi工具在图像上存在探空数据的地方及水陆区域划出几个感兴趣区，通过计算最大最小值、均值、标准差等统计量评价反演精度和可靠性。用2D Scatter plot工具进行一元相关性分析等。国内研究 1959年，吴伯雄利用1956年全国月平均探空资料，首次绘制了中国上空水汽含量分布图。继后，随着探空气象站的增加和资料的累积，郑斯中、杨德卿，邹进上、江静、陆渝蓉、高国栋以及刘国纬等，也相应研究了中国上空的水汽含量及其时空分布。其中邹进上等较全面、深入地阐明了中国上水汽含量时空分布的基本特点和控制因子。目前常规无线电探空每天2次的标准观测和台站密度以及探测的精度已经不能满足水汽时间空间多变性的要求。水汽微波辐射计(Water Vapor Radiometer-WVR)的发展提供了依靠所测亮温反演扫描方向积分水汽总量和积分液态水总量的手段。一些不同的辐射计相继被使用，星载微波辐射计测量地球提供的热背景下相应的吸收线，由于地表温度的多变性而呈现复杂性，应用于洋面的遥感比应用于陆地更为适用。同时由于云的存在使这种应用受到限制。地基微波辐射计不受低空中等覆盖云量的影响，但云量

大气探测学能见度知识点

大气探测学第3章能见度的观测 1、能见度主要受悬浮在大气中的固体和液体微粒引起的大气消光的影响。其估计值依赖于个人的视觉和对“可见”的理解水平，同时受光源特征和透射率的影响。 2、能见度概念得到广泛应用，一是因为它是表征气团特性的要素之一，二是因为它是与特定判据或特殊应用相对应的一中业务性参量。 3、一般意义上的能见度，是指目标物的能见距离，即观测目标物时，能从背景上分辨出目标物轮廓和形体的最大距离。当能从背景上分辨出目标物轮廓和形体时，通常称目标物“能见”。 4、目标物的最大能见距离有两种定义法。一种是消失距离，它是指当观测者逐渐退离目标物，直至目标物从背景上可以辨别时的最大能见距离。另一种是发现距离，它是指当观测者从远处逐渐走近目标物，直至将目标物从背景上辨认出来时的最大能见距离。 5、目标物的消失距离要比发现距离大。 6、按照观测者与目标物的相对位置，能见度分为水平能见度、垂直能见度和倾斜能见度。 7、垂直能见度和倾斜能见度对地面向上观测云或其他空中目标物以及从空中向下观测目标物有影响。 8、能见度影响因子：目标物的背景的亮度对比、观测者的视力—对比视感阈（白天）、大气透明度。 9、目标物和背景的色彩不同也影响到能见与否，但色彩的感觉只有在足够的光亮度条件下才能产生。亮度对比相对于色彩对比在目标物识别中显得更重要，是起决定作用的因素。 10、最小亮度的对比值叫做人眼的对比视感阈，取决于两个因素：视场内照明情况，即场光亮度；目标物视张角。场光亮度越低，目标物视张角越小。白天，对比视感阈变化不大，黄昏时，对比视感阈迅速增大。 11、柯什密得提出将0.02作为正常视力的人，在白昼野外，观测比较大的物体（如视张角大于0.5°）时的对比视感阈值，此值对应于消失距离值。而对应于发现距离，对比视感阈可取为0.05。 12、在白天光照条件下眼睛的感光效率在波长为550nm时达到最大值。在夜间暗光条件下，最大感光效率与507nm波长相对应。 13、大气透明程度是影响能见度的主要因子。 14、大气中气体分子及悬浮微粒通过散射、吸收及反射等机制对光起衰减作用，导致目标物固有亮度减弱，这一现象称之为物光减弱。 15、空气元对场入射光的散射，使空气层本身有了亮度，从而使空气层像一层亮纱附加在目标物上，使目标物亮度增强，这一现象称之为气幕光增强。 16、纯大气分子影响时，最大能见度可达277km，而在雾和沙尘暴天气中的能见度可低达几十米，甚至只有几米。 17、目标物的能见与否与目标物和背景的亮度对比有关。由于大气中分子和悬浮微粒的影响，人眼见到的目标物亮度（称之为视亮度）与目标物固有亮度是不一样的，同样，背景的视亮度与其固有亮度也不同。 18、气幕光的强度随着水平空气柱长度的增加而增加，当空气柱为无穷长时，此

《大气探测学》知识点

第三章：能见度的观测 1.能见度是一个复杂的心理---物理现象，主要受悬浮在大气中的固体和液体微粒引起的大气消光的影响。 2.能见度用气象光学视程表示。气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量，在大气中削弱至初始值的5%所通过的路径长度。 3.目标物的最大能见度距离有两种定义法。一种是消失距离，另一种是发现距离。消失距离要比发现距离大。在气象上通常采用的是消失距离。 4.影响目标物最大能见距离的因子有：目标物和背景的亮度对比、观测者的视力--对比视感阈（白天）、大气透明度。其中，大气透明程度是主要因子。 5.透射能见度仪是通过测量水平空气柱的平均消光系数来测量能见度的，它是最接近气象光学距离定义的测量方法。 6.光在大气中衰减是由空气分子和气溶胶粒子等的散射和吸收所引起的。 7.能见度仪的误差因子：a、校准误差；b、系统的电子设备的不稳定性；c、消光系数作为低通信号进行远距离输送时受到电磁场的干扰，最好是对此类信号进行数字化；d、来源于日出或日落的干扰和初始定向不良；e、大气污染沾污光学系统；f、距地大气状况导致不具代表性的消光系数或背离科什米得定律或使得得出的散射系统不同于相应的消光系数。

8.散射仪与透射仪相比，对污染的敏感性相对较低，常被用作日常监测仪器，或用来对气象光学距离提供近似估计，目前较多的用语自动气象观测系统。透射仪仅用语一些对能见度测量要求较高的测站，如机场，或作为散射仪的检定标准。第四章天气现象的观测 1.降水类型的自动识别，可采用光学、声波、电磁波（雷达）等多种探测技术，其中以光学原理为基础的降水类型识别技术研究得较为深入。 2.基于光学原理进行降水类型识别的技术，主要有光强衰减多要素判断法、降水粒子光强闪烁法和降水粒子下落速度法等。 3.漏斗云或龙卷的出现常可通过天气雷达来确定。现代多普勒天气雷达已成为识别中尺度气旋的十分有效的设备。 4.从风速的测量值的离散序列即可确定飑。若风速测量设备的输出值与风向传感器、温度或适度传感器组合在一起，则就有可能识别出线飑。 5.雷暴主要通过使用闪电计数器来监测。利用一定时间间隔内的闪电次数，并与降水率或风俗联合应用，即可确定弱、中度和强雷暴。第九章 1.蒸发式海洋和陆地水分进入大气的唯一途径，是地球水文循环的主要环节之一。 2.由于地形和天气系统引起的降水分布的不均匀性，造成降水量测量值的代表性较差。

2011-2012大气探测学试卷

南京信息工程大学试卷 2011 － 2012 学年第二学期大气探测学课程试卷( A 卷) 本试卷共 1 页；考试时间 120 分钟；任课教师；出卷时间 2012 年 06 月系专业班学号姓名得分一、单项选择（每个1.5分，共30分） 1.我国地面气象观测规范中，按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为________。 A：三族，九属，二十类 B ：三族，十属，二十九类 C：四族，十属，二十九类 D ：四族，十属，二十类 2、使用最低温度表测量最低温度时，读数时读。 A. 游标远离球部的一端 B. 游标靠近球部的一端 C. 液柱的长度 3.下列哪种视程障碍现象出现的能见度范围与其它不同_____。 A：雾B：雪暴 C：沙尘暴D：霾 4.云空云量为Ac tra 4成、Cu cong 2成、Fc 1成。则云量记为________。 A：10/3 B：7/2 C：7/3 D： 7/1 5.低而均匀的云层，云底很低，象雾，但不接地，常笼罩山顶或较高的建筑，昼间呈灰色或灰白色，夜间地面有灯光照映或有积雪反光时，多呈白色或淡红色，无灯光照映，呈黑色。具有这样特征的云指的是________。 A：层云B：层积云 C：高层云D：卷层云 6.气象上常用的液体气压表是水银气压表，下列有关水银的特点，哪个选项是错误的________。 A：水银的密度比较大B：水银蒸气压很大 C：水银不沾湿玻璃D：水银的性能很稳定 7.定槽式水银气压表表身刻度要比动槽式短一些，在我国1mmHg的实际长度只有。 A：0.96mm B：0.97mm C：0.98mm D：0.99mm 8.风定时观测时，记录的风速是________分钟的平均风速，取整数。 A ：10 B：5 C：3 D：2 9．（）是测量高空温压湿的最主要的方法 A：探空气球携带无线电探空仪升空B：气象卫星装载的各种遥感仪器反演温湿风C：由地基遥感设备进行高空间和时间密度的探测D：机载仪器测量

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