天气现象的观测仪器优秀课件

第七章

天气现象的观测仪器1序云和天气现象这类目测内容将改为仪器观测天气现象大致分为六类：地面凝结降水雾雷电光强风相关27.1降水量的测量雨量筒：构造放置使用37.1降水量的测量（续）光学雨量计：工作原理：测量雨滴经过一束光线时，由于雨滴的衍射效应引起光的闪烁，闪烁光被接收后进行谱分析，其谱分布与单位时间通过光路的雨强有关。光学雨量计的结构图57.1降水量的测量（续）仪器的输出接口：RS232RS485模拟电压仪器输出信息号通过带通滤波器。输出信号的数值及其组合可以得到降水强度及其降水性质的信息。67.2激光云高仪原理：发射低功率的激光束遇到云层将往下反射或者散射回波，检测发射激光与回波信号的时间差△t,即可得到检测云层的高度h=c△t/2(c为光速)工作原理框图7.7最大探测高度可达7.5km。77.3能见度（续）

7.3.1影响能见度的因子和能见度的定义一、影响能见度的因子大气透明度目标物和背景的性质—亮度对比KK=1目标最清晰K=0目标不能见观测者的视觉性能—眼睛的对比视觉εK>ε目标物才能见97.3能见度（续）

7.3.1影响能见度的因子和能见度的定义二、能见度的定义气象能见度的定义：正常人的视力，在当时天气条件下，所能看到的以天空为背景的绝对黑体目标物（视角较大）的最大水平距离。有效能见度的定义：四周视野中二分之一以上范围里都能看到的最大距离。107.3能见度（续）

7.3.2白天能见度观测一、能见度目标物的选择目标物颜色越暗越好目标物应投影到天空背景上目标物的视角不应小于0.3°目标物的高度角应小于6°117.3能见度（续）

7.3.2白天能见度观测目标物的距离、方位测定后，应按表的格式进行登记，并绘制能见度目标物分布图。绘图方法：一般是先在纸上画九个同心圆。圆心代表观测点，自近而远地每圈分别代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0千米的距离。然后把所有目标物按其所在方位、距离，分别标在相应的位置上。近距离的目标物也可单独绘制，以使图象更为清晰。当选定的目标物情况有改变，或被其它物体遮蔽而不能继续观测时，应另选目标物代替，并将情况记入能见度日标物(灯)登记表的备注栏。13147.3能见度（续）

7.3.2白天能见度观测三、白天能见度的观测应在固定地点观测，根据“能见”的最远目标物来决定观测时的能见度的级数，计入观测薄。在拍发天气报告的时间还应加计能见度的米数。如果各方向能见度不一致，则应以当时的有效能见度为准。157.3能见度仪大多数的能见度测量仪器，是根据下述两个原理之一来设计的：(a)测量一个长空气柱的衰减系数或消光系数；(b)测量一个小空气体积对光的散射。这两类仪器，包括用眼睛进行测量的仪器和用光电装置进行测量的仪器。视觉型测量的主要缺点是，如果观测员未能用充分时间使他的眼睛习惯于黑暗环境，观测就会有相当大的误差。177.3能见度仪（续）

7.3.1透射式能见度仪这类仪器，在聚光镜焦点处放有光电装置。当距仪器远至几百米处的小发光器发出光束时，由光电装置测定其辐射出射度的减弱情况。除了上述发光器外，只要对主要光电装置采取妥善的防光措施，使之不受其它光线的照射，这类仪器就不仅用于夜间也可在白天使用。现在这类仪器已被广泛采用，甚至在阳光充足的条件下也在使用这样的仪器。187.3能见度仪（续）

7.3.1透射式能见度仪这类仪器在操作和使用方面的特点，使它特别适合于航空气象观测的需要。但是这并不排除在基本天气观测或气候观测方面的使用，因为此测量简而易行。缺点是此仪器所测的大气注长度常小于气象光学视称，一般认为这个距离太短。不过这可以通过扩展观测时段，在该时段内进行一系列观测而部分地得到弥补。197.3能见度仪（续）

7.3.2散射式能见度仪由于不需要长的光程，在没有用以估计气象光学视程的目标物成光源可用时，这种仪器应是有用的。但它有缺点，即观测时的空气采样体积非常小，可能不能完全代表外部的空气。这一缺点在某种程度上是可以克服的，办法是取相当数量的读数的平均值。如果要想使空气的有效体积大大增加，则应采用测量后向散射的仪器。217.3能见度仪（续）

7.3.2散射式能见度仪后向散射仪，通常在其壳体的上面、下面或里面彼此并排并且几乎是平行地安装发光器和收光器。这类仪器优于前面所述仪器之处，就在于其对大气的采样体积要比前者大得多。227.4闪电定位系统

1、引言天电，可定义为大气中闪电放电产少的电磁波。闪电常常迅速释放居大能量，因而有可能对几千公里远的天电源定位。人们已经查明，一些其它现象如阵雪也能产生类似的效果，但它们只是局地性的。—般来说，天电源的定位是探测雷暴的一个手段，能为天气分析与预报提供有价值的观测资料。237.4闪电定位系统（续）

3、天电观测的目的与应用借助于天电数据对雷暴活动区的定位，为气象工作者提供有价值的补允资料。对于观测站稀少的广大海洋或其它地区，这种资料尤为可贵。它也能提供气团的不稳定性以及锋面、飑线、热带风暴和龙卷的位置和移动的线索，并能帮助对过去天气过程的研究。257.4闪电定位系统（续）

3、天电观测的目的与应用出于天电定位确定的雷暴是飞行的主要危险，所以气象航空服务也可以从天电资料中受益。这是因为雷暴中有剧烈的空气运动和闪电，有可能袭击并损坏飞机。提供给机组和航空调度人员的天气预报，会因为包含有最新的天电资料而得到改善。通过了解正在发生的雷暴活动区，可以大大帮助选择一条无雷暴航线。267.4闪电定位系统（续）

4、天电观测仪器—定向仪方位测定法：这种仪器利用南北向和东西向的两个正交环形天线把观测场地观测到的天电分成两个方向上的分量，再由增益和相移都匹配的一对放大器把分量信号放大到适合处理的振幅。时间到达法：测定闪击的电磁波从落地点传播到探头所需的时间。以上两种方法都需要三个以上的测站才能准确定位。297.4闪电定位系统（续）

5、美国的全国性闪电探测网共99各探头，2/3的探头是一种将方位测定法和时间到达法结合的探头，称作Impact探头。整个仪器还配置有GPS信号接收机，作为精确的时标信号。307.4闪电定位系统（续）

5、美国的全国性闪电探测网Impact探头的不足：它接收的是闪击电磁波的LF波段信号，以地波传播为主，因此地形的起伏，下垫面的干湿程度均会导致传播时间的误差，对仪器的接地要求很高。它没有分辨云内正极性闪电的能力。弥补：另1/3探头只有电场天线，只应用时间到达定位技术的LAPTS探头，它可以探测云地和云内的闪击。317.4闪电定位系统（续）

6、法国Dimensions公司的闪电定位仍是利用方位定位法，但抛弃了十字正交形磁场天线。天线组共有8根天线单元，布置在一个圆环上，严格均匀分布在360度之内，保持各个天线单元相距在45度。闪电电磁场处在不同方位时，各个天线接收的信号产生一定的相位差。如果设置两组天线分别测量水平和垂直平面上的相位差，可以测定闪击的方位角和仰角，比较简单地分辩出对地闪击以及云内闪击。327.4闪电定位系统（续）

6、法国Dimensions公司的闪电定位这种天线系统的定位精度优于十字正交磁场天线4~5倍。Dimensions公司同时把接收频段设在无线电波成直线传播的VHF波段，大约在110~118MHz，避免了Impact系统的许多缺点。337.4闪电定位系统（续）

7、闪电定位技术要求的指标能分辨出云地闪击和云间闪击；对云、对地闪击应能分辨出首次以及随后各次的闪击。对于大的闪击，如峰值电流在16KA以上的闪击探测效率为90%。闪击落地的定位精确度应到达500m。347.5其它介绍三种与天气现象仪测的小型元件。357.5.1下垫面状态探头这种探头首先使用于高速公路的自动站系统中，英文称PavementSurfaceSensor。它实际上是一个组件，包括：一支地面温度表一支浅层土壤温度表一片电导板一片电化学极化板探头示意图7.25该元件只能定性地输出地表的几种状况，包括干、湿润、湿、化学性湿润、霜、雪和结冰。367.5.2电线结冰探测器该元件工作原理与振筒式气压表相识，物理学上称作磁致伸缩原理。一根镍合金的薄壁管在线圈激振器的作用下，产生约40kHz的本振频率。镍管的上半截暴露在空气中，下半截与激振线圈和拾振线圈安置在仪器盒内。