地基GPS反演大气水汽含量实践

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

四 大气环流及其对气候的影响(1)

四大气环流及其对气候的影响（1） 一、选择题 读北半球大气环流示意图，回答1～2题。 1．受①②气压带、风带交替控制形成的气候类型是( ) A．地中海气候 B．热带草原气候 C．亚热带季风气候 D．热带沙漠气候2．当气压带⑤被切断时，下列说法正确的是 ( ) A．正值北半球夏季，北京盛行东南风 B．南亚盛行东北风 C．北印度洋的季风洋流呈顺时针流动 D．我国东南沿海常受台风影响下图为某月沿0°经线海平面平均气压分布图。读图，回答3～4题。 3．上述“某月”是( ) A．1月 B．4月 C．7月 D．10月 4．该月份甲地盛行( ) A．东南风 B．东北风 C．西南风 D．西北风 读我国东部某地某月的气温分布情况图，回答5～6题。 5．造成等温线在D处发生弯曲的主要因素是( ) A．地形影响 B．大气环流 C．太阳辐射 D．人为活动 6．从气温分布情况判断，F处(图中阴影部分)可能为( ) ①山峰②高原③湖泊④城市 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 下图示意某月份海平面平均气压沿两条纬线的变化状况。读图，回答7～8题。 7．该月份可能是( ) A．1月 B．4月 C．7月 D．10月 8．图示区域50°N纬线的东西气压差大于30°N的，其主要影响因素是( ) A．太阳辐射 B．海陆分布C．大气环流 D．地势起伏 气压系统分两类，一类始终与三圈环流形成的气压带保持一致，终年存在，称为永久性气压系统；另一类由海陆热力差异形成，主要限于低空且具有季节性，称为半永久性气压系统。读北半球某月气压中心分布图，回答9～10题。

9．图中气压中心气压状况出现的时间和P地的风向分别为( ) A．1月东南风 B．7月西北风C．7月东南风 D．1月西北风 10．图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个气压中心，属于永久性气压系统的是( ) A．Ⅰ、Ⅲ B．Ⅱ、Ⅳ C．Ⅰ、Ⅳ D．Ⅱ、Ⅲ 读某半岛及周边区域示意图，回答11～12题。 11．关于甲、乙两地降水的差异及原因的叙述，正确的是( ) A．甲地多于乙地，甲地距海洋近 B．甲地少于乙地，乙地多地形雨 C．甲地多于乙地，甲地受副高控制 D．甲地少于乙地，乙地受西风控制时间长12．该半岛1月和7月盛行风向有明显的变化，根本原因是( ) A．地形差异 B．海陆位置差异 C．植被差异 D．地球的公转 二、综合题 13．下图为世界部分地区气候类型分布图。读图，回答下列问题。 (1)在图的左侧用箭头画出风带的风向。 (2)图中反映的是北半球________(季节)气压带风带位置，其中甲气压带的名称是____________。 (3)图中①气候的特点是______________。②气候的成因是________________，该气候在地中海沿岸面积最大，主要原因有____________等。③地发展种植业的优势条件是________；④处为________气候； ⑤地在图示季节盛行风向为______________。 (4)澳大利亚大陆降水从北、东、南三面向中西部减少，其中澳大利亚北部________(1、7)月份多雨，其原因是________________________________________________________________________。 14．下图为某季节沿60°N纬线海平面气压变化柱状图(单位：百帕)。读图，回答下列问题。

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　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．３ Ｍａｒｃｈ　 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．ｃｏｍ ＤＯＩ：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 ５ １　武汉大学测绘学院，湖北武汉，４３００７９２　中国气象局气象探测中心，北京，１０００８１ ３　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，５１００８０ ５　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　ｎａｖｉｇ ａｔｉｏｎ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙ ｓｔｅｍ，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。

1大气环流及其对气候的影响

1大气环流及其对气候的影响

四大气环流及其对气候的影响（1） 一、选择题 读北半球大气环流示意图，回答1～2题。 1．受①②气压带、风带交替控制形成的气候类型是( ) A．地中海气候 B．热带草原气候 C．亚热带季风气候 D．热带沙漠气候 2．当气压带⑤被切断时，下列说法正确的是 ( ) A．正值北半球夏季，北京盛行东南风 B．南亚盛行东北风 C．北印度洋的季风洋流呈顺时针流动 D．我国东南沿海常受台风影响 下图为某月沿0°经线海平面平均气压分布图。读图，回答3～4题。 3．上述“某月”是( ) A．1月 B．4月 C．7月 D．10月 4．该月份甲地盛行( ) A．东南风 B．东北风 C．西南风 D．西北风读我国东部某地某月的气温分布情况图，回答5～6题。 2

3 5．造成等温线在D 处发生弯曲的主要因素是( ) A ．地形影响 B ．大气环流 C ．太阳辐射 D ．人为活动 6．从气温分布情况判断，F 处(图中阴影部分)可能为( ) ①山峰 ②高原 ③湖泊 ④城市 A ．①② B ．②③ C ．①④ D ．③④ 下图示意某月份海平面平均气压沿两条纬线的变化状况。读图，回答7～8题。 7．该月份可能是( ) A ．1月 B ．4月 C ．7月 D ．10月 8．图示区域50°N 纬线的东西气压差大于30°N 的，其主要影响因素是( ) A ．太阳辐射 B ．海陆分布 C ．大气环流 D ．地势起伏 气压系统分两类，一类始终与三圈环流形成的气压带保持一致，终年存在，称为永久性气压系统；另一类由海陆热力差异形成，主要限于低空且具有季节性，称为半永久性气压系统。读北半球某月气压中心分布图，回答9～10题。

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

大气环流及其对气候的影响

四大气环流及其对气候的影响（1）一、选择题 读北半球大气环流示意图，回答1～2题。 1．受①②气压带、风带交替控制形成的气候类型是( ) A．地中海气候 B．热带草原气候C．亚热带季风气候 D．热带沙漠气候2．当气压带⑤被切断时，下列说法正确的是 ( ) A．正值北半球夏季，北京盛行东南风B．南亚盛行东北风 C．北印度洋的季风洋流呈顺时针流动D．我国东南沿海常受台风影响 下图为某月沿0°经线海平面平均气压分布图。读图，回答3～4题。 3．上述“某月”是( ) A．1月 B．4月 C．7月 D．10月 4．该月份甲地盛行( ) A．东南风 B．东北风 C．西南风 D．西北风 读我国东部某地某月的气温分布情况图，回答5～6题。 5．造成等温线在D处发生弯曲的主要因素是( ) A．地形影响 B．大气环流C．太阳辐射 D．人为活动 6．从气温分布情况判断，F处(图中阴影部分)可能为( ) ①山峰②高原③湖泊④城市 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 下图示意某月份海平面平均气压沿两条纬线的变化状况。读图，回答7～8题。 7．该月份可能是( ) A．1月 B．4月 C．7月 D．10月 8．图示区域50°N纬线的东西气压差大于30°N的，其主要影响因素是( ) A．太阳辐射 B．海陆分布C．大气环流 D．地势起伏 1 / 7

2 / 7 气压系统分两类，一类始终与三圈环流形成的气压带保持一致，终年存在，称为永久性气压系统；另一类由海陆热力差异形成，主要限于低空且具有季节性，称为半永久性气压系统。读北半球某月气压中心分布图，回答9～10题。 9．图中气压中心气压状况出现的时间和P 地的风向分别为( ) A ．1月 东南风 B ．7月 西北风C ．7月 东南风 D ．1月 西北风 10．图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个气压中心，属于永久性气压系统的是( ) A ．Ⅰ、Ⅲ B ．Ⅱ、ⅣC ．Ⅰ、Ⅳ D ．Ⅱ、Ⅲ 读某半岛及周边区域示意图，回答11～12题。 11．关于甲、乙两地降水的差异及原因的叙述，正确的是( ) A ．甲地多于乙地，甲地距海洋近 B ．甲地少于乙地，乙地多地形雨 C ．甲地多于乙地，甲地受副高控制 D ．甲地少于乙地，乙地受西风控制时间长 12．该半岛1月和7月盛行风向有明显的变化，根本原因是( ) A ．地形差异 B ．海陆位置差异 C ．植被差异 D ．地球的公转 二、综合题 13．下图为世界部分地区气候类型分布图。读图，回答下列问题。 (1)在图的左侧用箭头画出风带的风向。 (2)图中反映的是北半球________(季节)气压带风带位置，其中甲气压带的名称是____________。 (3)图中①气候的特点是______________。②气候的成因是________________，该气候在地中海沿岸面积最大，主要原因有____________等。③地发展种植业的优势条件是________；④处为________气候；⑤地在图示季节盛行风向为______________。 (4)澳大利亚大陆降水从北、东、南三面向中西部减少，其中澳大利亚北部________(1、7)月份多雨，其原因是________________________________________________________________________。 14．下图为某季节沿60°N 纬线海平面气压变化柱状图(单位：百帕)。读图，回答下列问题。

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。

大气环流对气候的影响教案

第二章第一节大气的热状况与大气受热过程 【教学目标】 了解空气的流向对地球气候的影响，掌握大气环流对气候影响的规律。 理解单个的气压带或风带控制下地区的气候特征，以及气压带和风带交替控制下的气候特征。通过对不同的气候类型进行分析，让学生掌握单一的各气压带或风带控制下地区的气候特征。【教学重难点】 教学重点：各气压带或风带控制下形成的气候类型以及特征。 教学难点：单一的气压带或风带控制下的气候特征以及气压带和风带交替控制下的气候特征。【课前准备】 课件制作、收集资料、设置导学案 【教学方法】 讲述法、多媒体辅助教学法、讨论法 【教学过程】 一、复习导入 同学们还记得我们之前所学的三圈环流吗？下面，我们一起来回忆一下三圈环流的形成。 赤道：赤道附近是地球接受太阳辐射量最多的地区，其气温 高，空气上升形成低气压带。 极地：空气受冷下沉，形成高气压带。 ３０°附近：受重力的影响高空空气下沉，形成高气压带。 ６０°附近：两只气流相互挤压上升，形成低气压。 下面同学们再来分析一下各风带的空气流向。 （信风带——高纬向低纬，中纬西风带——低纬向高纬，极 地东风带——高纬向低纬） 二、讲授新课 今天，我们要学习的就是大气环流对气候的影响，首先，我们先回忆一下气候的要素。 气温 降水 气候风向 风速 今天，我们重点讨论气候的降水与气温。 同学们阅读教材，思考带起环流是怎样影响气候的，完成导学案。 （一）大气运动对气候的影响 学生讨论：大气运动的垂直方向有哪些，分别会形成怎样的气候特征？ 大气运动的水平方向有哪些，分别会形成怎样的气候特征？（提示：维度变化方向） 1、气流方向对气候的影响 （1）垂直方向上的气流变化 气流上升：湿润，降水多 气流下沉：干燥，降水少 （2）水平方向上的气流变化

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。

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

大气环流形成的主要因素

大气环流形成的主要因素 （一）太阳辐射作用 大气运动需要能量，而能量几乎都来源于太阳辐射的转化。大气不仅吸收太阳辐射、地面辐射和地球给予大气的其它类型能量，同时大气本身也向外放射辐射。然而这种吸收和放射的差额在大气中的分布是很不均匀的，沿纬圈平均在35°S—35°N之间是辐射差额的正值区，即净得能量区。由35°S向南和由35°N向北是辐射差额的负值区，即净失能量区。这样自赤道向两极形成了辐射梯度，并以中纬度地区净辐射梯度最大。净辐射梯度分布引起了地球上高、低纬度间的大气热量收支不平衡，使大气中出现了有效位能，形成了向极的温度梯度。大气是低粘性、可压缩流体，温度和气压的改变可能引起膨胀或收缩。结果，低纬大气因净得热量不断增温并膨胀上升，极地大气因净失热量不断冷却并收缩下沉。在这种温度梯度下，为保持静力平衡，对流层高层必然出现向极地的气压梯度，低层出现向低纬的气压梯度。假设地球表面性质均一和没有地转偏向力，则气压梯度力的作用将使赤道和极地间构成一个大的理想的直接热力环流圈，见图4·31。环流使高低纬度间不同温度的空气得以交换，并把低纬度的净收入热量向高纬度输送，以补偿高纬热量的净支出，从而维持了纬度间的热量平衡。因此，太阳辐射对大气系统加热不均是大气产生大规模运动的根本原因，而大气在高低纬间的热量收支不平衡是产生和维持大气环流的直接原动力。 （二）地球自转作用 大气是在自转的地球上运动着，地球自转产生的偏转力迫使运动空气的方向偏离气压梯度力方向。在北半球，气流向右偏转，结果使直接热力环流圈中自极地低空流向赤道的气流偏转成东风，而不能迳直到达赤道；同样，自赤道高空流向极地的气流，随纬度增高，偏转程度增大，逐渐变成与纬圈相平行的西风。可见，在偏转力的作用下，理想的单一的经圈环流，既不能生成也难以维持，因而形成了几乎遍及全球（赤道地区除外）的纬向环流。纬向风带的出现，阻挡着经向气流的逾越，引起某些地区空气质量的辐合和一些地区空气质量的辐散，使一些地区的高压带和另一些地区的低压带得以形成和维持。结果，全球气压水平分布在热力和动力因子作用下，呈现出规则的纬向气压带，而且高低气压带交互排列（图4.34）。而气压带的生成和维持又是经圈环流形成的必需条件。因而地球自转是全球大气环流形成和维持的重要因子。 （三）地表性质作用 地球表面有广阔的海洋、大片的陆地，陆地上又有高山峻岭、低地平原、广大沙漠以及极地冷源，因此是一个性质不均匀的复杂的下垫面。从对大气环流的影响来说，海陆间热力性质的差异所造成的冷热源分布和山脉的机械阻滞作用，都是重要的热力和动力因素。 海洋与陆地的热力性质有很大差异。夏季，陆地上形成相对热源，海洋上成为相对冷源；冬季，陆地成为相对冷源，海洋却成为相对热源。这种冷热源分布直接影响到海陆间的气压分布，使完整的纬向气压带分裂成一个个闭合的高压和低压。同时，冬夏海、陆间的热力差异引起的气压梯度驱动着海陆间的大气流动，这种随季节而转换的环流是季风形成的重要因素。北半球陆地辽阔，海陆东西相间分布，在冬季，大陆是冷源，纬向西风气流流经大陆时，气流温度逐渐

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

《大气环流对气候的影响》教学设计

《大气环流对气候的影响》教学设计 课标解读： 以气压带、风带的分布及其移动为基础，叠加海陆位置和下垫面等因素，形成了世界上复杂多样的气候。这是学生需要形成的基本认识。具体说明气压带、风带的分布、移动规律对气候的影响，可以通过举例，而不要求系统讲述气候类型的原因。 教学目标： 掌握气压带、风带的移动规律对气候的影响。应用综合分析法分析不同气候类型气温和降水的特点、气候变化的原因。从“世界气候类型的分布图”中，了解各种气候类型分布的规律和特殊性。到当地气象台站，了解家乡气温和降水的特点，归纳总结的出气候类型，并分析其气温和降水的特点形成的原因。了解气候变化的规律，采取适当的措施，规范自身的行为，抗御异常气候灾害，合理利用气候资源。 重点、难点： 气压带、风带的移动规律对气候的影响 气候类型的成因 教学方法： 图示法、图解法、相关联系法、比较鉴别法、综合归纳法、讨论法等。 教学过程： 教师活动学生活动设计意图 教学过程 [导入新课] 演示北京和罗马的景观图片，要求同学们找出二者的不同。然后给出北京和罗马所在的地理纬度。结果同学们会发现，两地的地理纬度均相同，但是自然景观却大不相同，然后提出问题，为什么两地处在相同的纬度却出现了不同的自然景观呢？这就是我们这节课要学习的内容大气环流对气候的影响。 [讲授新课] [板书]大气环流对气候的影响 [提问]上节课我们学习了海陆分布对大气环流的影响，我们知道北京是什么气候类型啊？ [回答]温带季风气候 [提问]温带季风气候有什么特点呢 [回答]夏季：东南风冬季：西北风。夏季高温多雨，冬季低温少雨。 展示北京和罗马的降水量和气温月份分配图，让同学们观察，罗马有什么样的气候特征？ [回答]夏季炎热少雨，冬季温和多雨。 [设问]那为什么这个地区会出现这种气候特征呢？ 请同学上黑板画出三圈环流示意图，并标出7个气压带、6个风带。 带领同学们共同回忆各气压带、风带对气候干湿情况的影响。 用多媒体展示地中海地区和北半球的气压带、风带（同一张图对比展示，并且标出罗马的位置） [提问]全球的气压带、风带是固定不变的吗？ [回答]随季节移动，夏季北移，冬季南移。 展示动画，让同学们观察，地中海地区冬、夏季分别由什么气压带、风带控制。学生找出夏季受副热带高气压带控制，气流下沉，炎热少雨；冬季受西风带控制，温和多雨。 接下来展示亚马孙平原热带雨林气候区的景观，给出此地区降水量和气温月份分配图。让同学分析归纳其气候特征。然后给出气压带、风带分布图和亚马孙平原的地理位置进行对比得出，迟到低气压带控制的地区，因太阳辐射强，空气对流运动强烈，形成了高温多雨的热带雨林气候。

第二部分 专题三大气环流与气候

专题三大气环流与气候 [考纲原文呈现]大气受热过程。全球气压带、风带的分布、移动规律及其对气候的影响。锋面、低压、高压等天气系统的特点。 考点一大气受热状况与气温(全国卷近5年4考) [核心知识必备] 1.图解大气受热原理

(1)解释昼夜温差大小的原因。 (2)“高处不胜寒”：地面是近地面大气主要、直接的热源；离地面越远，得到的地面辐射越少。 (3)全球变暖：温室气体增多，吸收地面辐射能力增强，气温升高；同时大气逆辐 射增强，保温作用强。 (4)烟雾防冻：增强大气逆辐射，大气保温作用增强。 (5)果园铺沙石：昼夜温差增大，有利于水果糖分积累。

3.气温的分布规律及影响因素(1)气温的分布规律

(3)影响气温变化(日变化、年变化)的因素 [高分能力培养] 新题尝试 1.(2018·湖北省第四次联考)地表净辐射是地表通过短波、长波辐射过程得到的净能量，大致是单位时间、单位面积地面吸收的太阳辐射、大气逆辐射与地面辐射之间的差额。下图为我国部分省区地表净辐射年内变化图。据此完成(1)～(3)题。 (1)与地表净辐射季节变化关系最密切的地理要素是() A.日照时数 B.气温年较差 C.气温日较差 D.降水量的季节变化 (2)冬季，对西藏和黑龙江地表净辐射差异影响较小的因素是() A.太阳高度 B.昼长 C.海拔 D.地表植被 (3)湖南省5、6月份地表净辐射较小的主要原因是() A.太阳辐射弱 B.阴雨天气多 C.地面辐射强 D.白昼较短

解析第(1)题，根据题干信息可知地表净辐射受到太阳辐射、地面状况、大气状况的共同影响，可以用公式表示为：地表净辐射＝地面吸收的太阳辐射＋大气逆辐射－地面辐射，地面吸收的太阳辐射和大气逆辐射的多少决定了地面温度的高低，地面温度的高低决定了地面辐射的强弱，地面辐射的强弱决定了气温的高低，因此地表净辐射的季节变化与气温的季节变化相似，从示意图看出地表净辐射的季节变化较为明显，西藏的地表净辐射季节变化较小，黑龙江和内蒙古的地表净辐射季节变化较大，结合所学知识可知黑龙江和内蒙古的气温年较差大，西藏的气温年较差小，因此与地表净辐射季节变化关系最密切的地理要素是气温年较差，B对；题干中强调的是“季节变化”，与气温日较差关系不大，C错；降水量的季节变化与季风关系密切，和地表净辐射季节变化关系不大，D错。选B。第(2)题，西藏和黑龙江的纬度差异较大，冬季两地的太阳高度和昼长相差较大，造成地表净辐射差别大；西藏海拔比黑龙江高，大气对太阳辐射的削弱作用弱，冬季获得的地表净辐射大于黑龙江；冬季，西藏和黑龙江气温均较低，地表植被均枯萎，对地表净辐射的影响较小。选D。第(3)题，依据地表净辐射的含义判断其较小的原因是地面吸收的太阳辐射弱或是地面辐射强，再结合时间“5、6月份”判断湖南省在5、6月份受准静止锋的影响，处于梅雨季节，降水较多，大气的削弱作用强，地面吸收的太阳辐射弱，地表净辐射较小。选B。 答案(1)B(2)D(3)B 2.(2018·长沙二模)读我国某区域1月和7月等温线分布图，完成(1)～(2)题。

大气环流对气候的影响

大气环流对气候的影响（高三复习课）高考分析：历年高考中，大气运动（气候）相关考查分值较高，其中直接或者间接考查气候类型的判断、气候特征及其成因等出现的频率较频繁，比如今年新课标Ⅰ第37题，做该题必须知道其受什么大气环流影响，盛行风是什么，结合地形给当地气候带来什么影响，从而影响整个地理环境。 学情分析：学生对全球气候分布有一定的认知，关于大气环流对气候的影响也有所认知，但所掌握的知识有点散乱，没有形成系统化、规律化的认识。 学习目标：1、全球季风气候的分布、特点及其形成的原因 2、三圈环流影响的范围，气压带、风带影响下的气候类型分布、特点及原因 一、全球性的大气环流包含三圈环流和季风环流。 1、三圈环流： 学生应掌握的知识储备：（前面课堂中需掌握的知识点） （1）气压带、风带的纬度分布以及风带的风向。 （2）气压带、风带的季节性移动。 （3）气压带、风带的干湿冷暖性质。 2、季风环流

学生应掌握的知识储备：（前面课堂中需掌握的知识点） （1）季风环流形成的原因（2）不同地区季风的风向（为什么？） （3）不同季风的干湿冷暖性质 二、季风环流对气候的影响 季风环流主要影响大陆的东岸。最典型地区为亚洲东部。 以亚洲为例，自主探讨： 1、季风气候有几种类型？主要分布地区？主要参照什么因素作为划分的依据？ 2、季风气候特征有什么共同点？为什么？ 查看全球气候分布图（地图册），自主探讨： 1、大陆东岸地区一定受季风影响吗？举例说明？ 2、除了亚洲，其他有季风气候的大洲只有亚热带季风性湿润气候，而没有温带季风气候和热带季风气候，为什么？ 例题1、读世界两区域略图，完成下题 （1）．①、②两地在气候上的共同点是 A．冬季盛行风向相同B．夏季有梅雨和伏旱 C．气温年较差都较大D．冬季降水量都较多 （2）．影响①、②两地气候共同点的主要因素是 A．纬度高低和洋流性质 B．盛行风向和下垫面状况 C．距海远近和纬度高低 D．海陆热力差异和风带移动

地基GPS反演大气水汽总量的初步试验

地基GPS 反演大气水汽总量的初步试验 Ξ 何　平　徐宝祥　周秀骥　王红艳 (中国气象科学研究院,北京100081)提 要 1998年5～6月的“海峡两岸及邻近地区暴雨试验” (HUAMEX )期间,同时进行了小规模的地基GPS 长时间连续估测大气水汽总量的外场试验。试验中应用探空和地面降水资 料与GPS 反演结果进行了比较分析。地基GPS 反演的大气水汽总量与探空得到的大气水 汽总量,两者随时间演变的趋势一致,两者估算的水汽总量平均偏低6.5mm ,两者偏差的均 方差为4.3mm 。GPS 反演的大气水汽总量随时间明显的呈周期性变化,平均周期为7.2 天。从GPS 反演的大气水汽总量随时间演变图上可以清楚地看出水汽的积累与释放过程, 并与地面降水存在一定的对应关系,地面降水大多发生在GPS 反演的水汽总量处于相对高 值且变化率较大的时候。 关键词:GPS 干延迟　湿延迟　水汽总量 引　言 水汽在大气物理过程中扮演着极其重要的角色,对大气水汽总量及其演变的测量,有助于对风暴系统的结构和演变、地气系统的能量平衡等问题的研究。运用GPS 技术估算大气水汽总量是20世纪90年代发展起来的一种有潜力有实用价值的新方法。1992年Bevis 等人提出了采用地基GPS 估算大气水汽含量的原理,1993年美国进行了GPS/STORM 观测试验,并采用“相对GPS ”方案(在参考站引入微波辐射计WVR 消除差分误差)对数据进行了处理,稍后,在对GPS/STORM 试验获取的资料进行处理的过程中,Du 2an [1]和Bevis [2]又提出了反演大气水汽总量的“纯GPS ”方案(无需WVR 定标)。在国内,近几年也开始了这方面的研究工作[3～6]。特别是,在1998年5、6月的“海峡两岸及邻近地区暴雨试验”期间,我们进行了组建地基GPS 接收站进行实际探测的试验,以期获得有关大气水汽总量的信息。试验是成功的,初步结果显示出地基GPS 反演水汽总量是一种有前途的遥感技术。 1　外场试验与GPS 资料的处理 在1998年的“海峡两岸及邻近地区暴雨试验”期间,于汕头、阳江两地分别建立了第13卷2期　2002年4月 应用气象学报JOURNAL OF APPL IED METEOROLO GICAL SCIENCE Vol.13,No.2　April 2002 Ξ本文由科技部攀登专项952专23及G1998040906212资助。 2000207213收到,2001202204收到修改稿。