《大气探测学》全册配套完整教学课件

《大气探测学》全册配套完整教学课件大气探测学通过课堂教学、实验课程、生产实习讲授地面、高空各种气象要素的测量原理研究经典和现代化的大气探测手段掌握大气测量方法、仪器标定、评价了解新型大气探测设备原理和操作。教育部规定大气科学专业必修课程理论课和实验课相结合传统方法和现代技术结合课程安排理论课程：大气探测学实习课程：大气探测综合实习1周9周18周大气探测学小学期大气探测综合实习中间穿插有实验课程理论课程：

大气探测学地面和高空各种气象要素测量原理经典的气象仪表和使用方法新型的气象传感器应用技术现代化的大气探测系统——自动气象站、气象雷达、气象卫星综合气象观测系统实验课程：

大气探测综合实习学习我国气象观测基本要求熟悉常规气象测量仪器的基本原理和操作方法学会云、能见度、天气现象的目测掌握气象观测记录的手段了解发布天气报告的基本方法注意气象数据和报表的处理和显示地面气象观测实习：掌握国家气象局一般气象观测台站的值班员对气象仪器的基本操作和处理，发布气象报告，作为常规业务操作技能训练，安排连续运行的地面气象观测站业务实习大气探测系统现场参观：自动气象站、雷达站、卫星站、环境监测站教材《大气探测学》——解放军信息工程学院（主讲教材）《现代气象观测》——北京大学（参考书）《气象观测实验和实习》——中山大学实验室环境学院实验中心:大气探测实验室——东校区教学实验中心北楼A502数值模拟和天气预报实验室

——东校区教学实验中心北楼A401应用气象实验室——东校区教学实验中心北楼A501南校区珠海校区大学城东校区开放实验活动几代大气探测的老师和学生付出了艰苦的努力，尤其是鲍若峪和孙力老师！中山大学大气探测实验室网站，大气科学系同学们创建并运行和维护如何学好《大气探测学》大气探测学实验实习科学工程技术课堂实验室业务现场课程环境范畴大气探测学第一章绪论大气探测学研究的对象、任务和特点大气探测发展简史与趋势气象仪器和测量误差气象观测工作的组织大气探测的代表性、准确性、比较性要求1.1大气探测学研究的对象、任务和目的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系统的、连续的观察和测定；

并对获得的数据记录进行处理，

了解大气内部的物理和化学特征及其变化的过程和方法1.1大气探测学研究的对象、任务和特点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系统的、连续的观察和测定；并对获得的数据记录进行处理，了解大气内部的物理和化学特征及其变化的过程和方法过去现在将来气候学天气学大气探测学1.1.1大气探测的研究对象——气象要素温度（气温、地表温度、地温）湿度（水气压、相对湿度）气压（本站气压、海平面气压，气压变量）风向、风速（平均风速、瞬时风速及其风向）降水量（固体、液体降水量，强度，时间）蒸发量（蒸发量、蒸散量）辐射（总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射）云量、云状能见度热力学参数运动学参数地表水变量能量收支1.1.2大气探测的研究对象——天气现象降水现象雨、雪、毛毛雨、米雪、冰针、霰、雹、冰粒地面凝结现象露、霜、雨淞、雾淞视程障碍现象雾、清雾、霾、沙尘、烟、尘卷风、吹雪大气光学现象虹、晕、华、霞、海市蜃楼雷电现象雷暴、闪电特征风及其他现象大风、飑、龙卷、积雪、结冰1.1.3大气探测的研究对象——变化过程天气系统的生成、消散、移动、演变引起气象要素场空间、时间、分布的变化导致不同的天气现象的出现。气象要素和天气现象及其变化 表征 天气系统及其变化例：气象要素场与锋面过程的关系气压温度风速1.1.4大气探测的任务为全球天气预报、气候分析、科学研究以及国民经济建设各部门提供气象资料和统计数据1.1.5大气探测技术分类技术分类目测直接探测遥感探测主动遥感被动遥感1.1.5大气探测技术分类目测——由观测员目力或借助辅助仪器进行1.1.5大气探测技术分类直接探测感应元件放置于测量位置上，直接测量该点大气要素的变化，根据感应元件的物理、化学性质受大气要素的作用产生可直接显示或间接测量的物理量变化1.1.5大气探测技术分类遥感探测，根据大气中声、光、电等信号传播过程中性质的变化，反演出气象要素的时空变化主动遥感——遥感设备具有声、光、电磁波的发射源，测量空间中大气特征对其传播信号产生相应的吸收、散射、反射形成带有大气特征的回波信号1.1.5大气探测技术分类被动遥感——直接测量来自大气的声、光、电磁波信号，其信号源主要是太阳和地球的光、电磁波。1.1.6大气探测业务分类地面气象观测高空气象观测雷达气象观测卫星气象观测专业气象观测地面气象观测在对近地面层的大气状况进行观测和测定目测项目——云高、云状、能见度、天气现象器测项目——气温、湿度、气压、风、辐射高空气象观测

气球、无线电探空仪气象飞机气象火箭

测量温、湿、压、风随高度的分布雷达气象观测天气雷达多普勒天气雷达卫星气象观测

极轨卫星静止卫星可见光云图红外线云图分波段云图反演产品世界气象组织（WMO）全球空间观测系统极轨气象卫星具有全球观测能力14条轨道合成的全球图像专业气象观测农业气象观测大气污染观测中高层大气探测其他专业—体育、仓储、水文水利、海洋、航空、高速公路、建筑1.1.7大气探测的研究内容大气探测系统

大气探测技术规范气象仪器的测试、校准和相互比对大气探测——

气象信息技术气象要素天气预报大气探测气象通讯数值模式数据采集数据传输数据处理离散化-有限差分方法1.2大气探测学发展简史和趋势自动化遥感综合气象观测系统的组成部分地基观测系统空基观测系统天基观测系统气象信息网络系统58气象业务组织基准气候站：一般300-400公里设一站，每天观测24次。基本气象站：一般不大于150公里设一站，每天观测8次。一般气象站：一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。59参加全球气象资料交换60参加区域气象资料交换6162

高空气象探空站（120个）63气象部门现有气象观测站

2653个其中

地面气象观测站2431个高空气象探空站120个大气辐射观测站98个大气本底观测站4个人工观测与自动观测同时开展

基本气象监测网64地基观测系统的分布图

气象站（红色）观测船舶（蓝色）图2地基观测系统的分布图：气象站（红色）观测船舶（蓝色）65全球高空探测网分布示意图

截止2001年10月上半月图3截止2001年10月上半月全球高空探测网分布示意图1.3气象仪器和测量误差气象仪器的结构气象仪器的基本技术指标测量误差国际气象组织（WMO）对气象仪器的一般要求1.3.1气象仪器的结构感应元件（传感器） 直接感受响应被测量并按一定规律转换成与被测量成确定关系的电的或非电的信号的元件。信号调整部分（放大器）显示输出部分（显示器）被测量感应元件信号调理部分显示输出部分输出量1.3.1气象仪器的结构感应元件（传感器）信号调整部分（放大器） 把感应元件输出的信号放大、变换成易于显示和记录的标准信号

电子仪器：运算放大器、电平转换器、V/F、A/D 机械仪器：杠杆、齿轮改变运动的方向、方式显示输出部分（显示器）被测量感应元件信号调理部分显示输出部分输出量1.3.1气象仪器的结构感应元件（传感器）信号调整部分（放大器）显示输出部分（显示器）

以人们易于观察和记录方式，把感应元件经过调理放大的信号显示出来OUTPUT=K*F(INPUT)被测量感应元件信号调理部分显示输出部分输出量

1.3.1气象仪器的结构被测量感应元件信号调理部分显示输出部分输出量1.3.1气象仪器的结构被测量感应元件信号调理部分显示输出部分输出量传感器信号调理电路数据转换电路中央处理器CPU显示器存储器移动存储通讯接口打印机语音接口视频音频交换网络硬考贝现代测量仪器系统框图

电源1.3.1气象仪器的结构传感器信号调理电路数据转换电路中央处理器CPU显示器存储器移动存储通讯接口打印机语音接口视频音频交换网络硬拷贝现代测量控制系统框图报警接口控制接口工业流程声光信号1.3.2气象仪器基本技术指标单位测量范围（量程）响应时间（惯性）灵敏度分辨率准确度稳定性平均无故障时间（MTBF）1.3.2气象仪器基本技术指标单位气象仪器全部采用国际单位制 温度：摄氏度°C——华氏度°F 气压：百帕hpa——毫巴mb

风速：米每秒M/s——英里每小时

辐射：瓦每平方米W/M²——卡/分钟

降水：毫米mm——英寸inch

1.3.2气象仪器基本技术指标测量范围（量程）由传感器决定的仪器的有效测量区间，在这个区间内仪器符合测量所要求的准确度和灵敏度要求。选择仪器的测量范围应该包括被测量要素在测量期间的最大值和最小值。测量范围大，价格高，要求高，制造困难；测量范围小，价格低，要求低，制造较易。1.3.2气象仪器基本技术指标响应时间（惯性）在被测量发生阶跃变化之后，仪器读数变化达到阶跃变化部分的规定比例所经历的时间。一般以达到阶跃变化的90%~95%所需时间作为响应时间。温度时间环境仪表T1T20.9(T2-T1)响应时间时间常数（滞后系数）在多数简单系统中，阶跃变化响应其中：Y——经历t秒后仪器读数的变化

A——阶跃变化的幅度

t——从阶跃变化开始所经历的时间

τ——具有时间量纲的特征参数，时间常数1.3.2气象仪器基本技术指标τY=A(1–e)t1.3.2气象仪器基本技术指标灵敏度 单位待测量的变化Δx引起指示仪表输出的变化Δy，即输出变化量Δy与相应输入量Δx之比，称为仪器灵敏度。

k=Δy/Δx例：天空总辐射传感器的灵敏度k=10uV/WM-²

即当输入太阳总辐射Δx=1000W/M²时，传感器输出Δy=10x1000uV=10mV。现场测量时：例：在现场辐射传感器输出Δy(uV)传感器k=10uV/WM-²，太阳辐射值Δx=Δy/k（W/M²）传感器输出Δx（uV）传感器灵敏度K（uV/WM-²）太阳总辐射Δy=kΔxW/M²0100120010120137001013701.3.2气象仪器基本技术指标分辨力（分辨率）一个测量系统能响应一个物理量的最小变化。1.3.2气象仪器基本技术指标准确度仪器的测值与真值的符合程度。包含正确度和精密度两个含义。正确度——测量结果与真值的接近程度精密度——在同一条件下对同一量进行多次测量所得结果之间的符合程度。一般仪器准确度可以用最大允许误差表示。1.3.2气象仪器基本技术指标平均无故障时间（MTBF）（小时）可靠性问题系统设计，合理分配技术指标器件降额使用、冗余设计整机热设计老化

系统失效模型失效率时间前期失效1.3.2气象仪器基本技术指标长期稳定性——被测量与输出信号（示值）之间的检定关系的年变化率，一般用每年示值相对真值飘移的绝对值表示。例：湿度传感器 温度漂移：-0.3%/℃

线性漂移：0.5%/年 长期漂移：1%/年1.3.3.测量误差误差的基本概念真值T——被测量在被测量时的真实大小测量值X——测量仪器的输出量的多次平均值误差ΔX——测量值X和真值T的差值

ΔX=X-T实际值——多次测量并经修正的平均值A

ΔX=X-A

A=X-ΔX1.3.3.测量误差误差的分类 按表示方法分类 绝对误差/相对误差 按被测量随时间的变化分类 静态误差/动态误差 按误差性质分类 系统误差/随机误差/粗大误差1.3.3.测量误差按表示方法分类 绝对误差 绝对值和真值或实际值的差值

以绝对数字表示ΔX=X-A 相对误差 绝对误差与被测量真值之比 δ=(ΔX/A)*100%1.3.3.测量误差按被测量随时间的变化分类 静态误差—— 被测量稳定不变时的测量误差 动态误差—— 被测量随时间变化过程中测量 引起的附加误差。1.3.3.测量误差按误差性质分类 系统误差 随机误差 粗大误差1.3.3.测量误差系统误差——按确定规律变化的误差由测量条件的变化或测量方法的差异引起仪器误差——仪器材料、制造工艺限制、机械传动、装配虚位、调节不当等因素造成条件误差——温度漂移、外部条件影响读数误差——观测员操作方法的差异系统误差的处理方法仪器定期标准计量检定测量时按检定证书给出的参数进行订正处理1.3.3.测量误差随机误差——由外部因素干扰引起的、 没有规律变化的误差随机误差的大小服从正态分布的统计规律随机误差的绝对值不会超过某一个界限绝对值相等的正负误差出现的概率相等绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大随机误差的处理办法测量值的算术平均值是最可信赖值在3倍均方差之外的数据可认为是粗大误差删去1.3.3.测量误差粗大误差——超出规定条件下出现的误差粗心操作失误外界条件突变没有规律，明显歪曲测量结果粗大误差的处理删去1.3.4.国际气象组织（WMO）

对气象仪器的一般要求A. 可靠B. 准确C. 设计简单D. 操作维护方便E. 结构坚固F. 低功耗1.4大气探测的组织中国气象局地面气象观测：基本站、基准站、一般站、 农气站高空气象观测：雷达测风站、小球测风站雷达气象观测：测雨雷达网、多普勒雷达网卫星气象观测：国家气象卫星中心、广州、北京、新疆地面测控站，风云系列气象卫星1.4大气探测的组织国家环保局——大气环境监测站国家海洋局——海洋气象站国家水文局——各流域水文气象站各省水利电力局——各水库水文气象站民航总局——民航机场、航线气象站总参气象局——各军兵种气象观测站中国科学院——自然保护区本底监测站1.5大气探测的

代表性、准确性、比较性代表性——某时空范围内的一组测量值，反映该时空范围里实际状况的程度。空间代表性——

观测站址代表该地区的气侯特征时间代表性——观测数据的平均值代表当时的天气特征或专业气象条件特征1.5大气探测的

代表性、准确性、比较性准确性——准确性是反映测量中随机误差和系统误差合成大小的程度。单站测量的准确性站网测量的准确性必须针对不同的服务对象和不同的观测项目给出各自观测的准确度要求。主要气象要素观测准确度要求 气候观测 天气观测农气观测气温℃ 0.1 0.1 0.1湿度% 3 5 1露点℃ 0.5 0.1气压hpa 0.3 0.1 风向deg 10 5 10风速M/S 0.5+5% 0.5+10% 10%降水量mm 0.2(<10mm),2%(>10mm)

1.5大气探测的

代表性、准确性、比较性比较性——统一仪器的规格指标、安装方法、操作步骤，可以使系统性误差的数值比较稳定，使观测资料在时间上和空间上具有可比较性。如果使用不同类型的仪器测定的资料作对比分析，则必须谨慎处理。大气探测学第5章

温度的测量第5章温度的测量温标及测温要求测温仪器——热滞效应防辐射方法玻璃液体温度表双金属片温度计铂电阻温度传感器热电偶温度传感器半导体温度传感器晶体温度传感器5.1温标及测温要求温度的概念气温、地表温度、土壤温度温标及其参考点绝对温标、摄氏温标、华氏温标、ITS90测温仪器类型热膨胀、温差电势、电阻温度效应。。。5.1.1温度的概念温度——表征物体冷热程度的物理量微观观点：物体分子热运动平均动能的大小宏观观点：两个物体或系统通过热交换达到 动态平衡（热平衡）时所具有 的一个共同的物理性质5.1.1温度的概念地面气温——离地面1.5米左右，处于通风防辐射条件下温度表度取得温度值。正点前10/1分钟平均气温，最高、最低气温地温地表温度、最高、最低地表温度浅层土壤温度（-5，-10，-15，-20CM）深层土壤温度（-40，-80，-160，-320CM)高空气温（高空站）水面温度（海洋站、农气站）5.1.2温标温标——衡量温度的标尺（起点、基本单位）热力学温标（绝对温标）量值正比于理想气体运动的平均动能，单位K1K等于水三相点（273.16K）温度度量的1/273.16。经验温标摄氏温标（℃）华氏温标（℉）换算t(℃)=T(K)-273.15(K)t(℃)=(5/9)*(τ℉-32）5.1.3温标的实现ITS90气体温度表理想气体状态方程PV=RT理想气体在固定容积下（V=常数），容器内的气体压力每改变1/273.15时，其温度变化相当于绝对温度1K。氢气或氦气分子量小，接近于理想气体，可以用测量固定容器内的氢气或氦气的压力变化的方法，准确实现绝对温标标定。气体温度表庞大复杂，引入实用温标。5.1.3温标的实现ITS90实用温标ITS90系列参考点（指定物质的相平衡点）气象范围：氩、汞、水三相点、铟凝固点内插仪器（标准传递仪器）国际标准铂电阻温度表国家标准铂电阻温度表及其偏差函数内插公式及其转换公式系数正温负温（现代大气观测，P8-P11)5.1.3温标的实现ITS90水的三相点水固、液、气三相平衡共有的状态，对应于一个确定不变的温度和气压值。温度等于273.16K水气压为6.11hpa5.2.1常用的测温方法和分类利用物体某一属性随温度变化作为依据，而这种属性又是可以容易准确度量的。测温物质和测温特性测温方法接触式测量（以介质直接接触建立热平衡）胀缩式（氢气、水银、双金属片）电测式（电阻、热电偶、半导体）谐振式（石英晶体）非接触式测量（遥感）被动式（红外、微波、光学辐射温度计）主动式（声学测温、激光雷达）5.2.2

玻璃液体温度表利用玻璃容器中的测温液体随温度变化引起体积膨胀，从液柱位置的变化来测定温度感应部分——充满液体的玻璃球视度部分——玻璃毛细管⊿V=Vt–V0=V0(1+a⊿t)-V0=V0a⊿t⊿L=⊿V/S=V0a⊿t/S⊿L/⊿t=Va/Ss⊿L5.2.2

玻璃液体温度表常用测温液体汞——凝固点-38.862℃，4%铊合金-62℃沸点356.9℃热膨胀系数1.82*10exp-4/℃(18℃)

用于干湿球温度表、最高温度表，低温不能用酒精——凝固点-177.5℃，沸点78.5℃， 膨胀系数1.10*10exp-3/℃(18℃)

用于最低温度表、不能用于高温（地表温度）5.2.2玻璃液体温度表常用液体温度表普通水银干湿球玻璃温度表（准确度±0.2℃）测定气温、湿球温度组成：感应球部、毛细管、标尺板、外套管、液柱最高温度表最低温度表地表面温度表曲管地温表直管地温表5.2.2玻璃液体温度表干湿球温度表最高、最低温度表浅层低温观测场地地表温度表和浅层地温表深层低温观测5.2.2玻璃液体温度表主要误差零点永恒位移由玻璃温度表球部容积随时间缩小球部暂时变环境温度的继续变化引起刻度误差玻璃毛细管截面积的非均匀性引起刻度的非线性5.2.3双金属片温度计基本原理基本结构感应部分双金属片（主动片、被动片）传递放大部分自动记录部分5.2.3

双金属片温度计oA’AB’B双金属片温度计周计温湿度计双金属片温度控制o热继电器加热丝热断路器220VAC日光灯启辉器中的双金属片启辉器日光灯管镇流器220VAC5.2.4铂电阻温度传感器金属的电阻特性R=ρL/S电阻率随温度变化金属的电阻值与温度的关系

Rt=R0(1+at+bt2)

当a>>b时，Rt=R0(1+at)dR/dt=R0a=ρ0

aL/S5.2.4.1铂电阻温度

传感器特性作为温度传感器要求：物理、化学性质稳定电阻温度系数稳定、连续电阻率长期稳定性好电阻率及温度系数大5.2.4.1铂电阻温度传感器特性铂电阻计算公式

-200℃~0℃:Rt=R0(1+At+Bt2+C(t-100)3)0℃~650℃:Rt=R0(1+At+Bt2) A=3.96847E-3℃-1 B=-5.84E-7

℃-2

C=-4.22E-12℃-4一般测量用铂电阻Pt100（R0=100Ω）5.4.2.2铂电阻温度传感器结构陶瓷绝缘支架直径0.03~0.07铂丝，双线无感绕法玻璃或金属保护套管，热传导好四引出线，注意避免藕接电势5.2.4.3铂电阻温度传感器测量电路平衡电桥非平衡电桥导线电阻对温度测量的影响平衡电桥电桥平衡条件（G=0）R1/R3=R2/Rt R1/R2=R3/Rt Rt=R3R2/R1如果R1=R2，G=0则 Rt=R3R3R1RtR2abGE5.2.4.4铂电阻温度传感器测量电路四线制恒流供电阻测量电路恒流源dI/dt=0，dI/dT=0高输入阻抗电压测量电路Rin>10MΩ>>R0

数字电压表R=V/I0DVM铂电阻分度表温度℃-20-10010203040506070电阻Ω92.1696.09100.00103.90107.79111.67115.54119.40123.24127.07铂电阻分度表5.2.5热电偶温度传感器5.2.6半导体温度传感器半导体热敏电阻二极管温度传感器（P-N结）三极管温度传感器半导体集成电路温度传感器（IC）模拟量输出(AD590)数字量输出(DS1820)网络化温度传感器（TCP/IP）半导体温度传感器特性比较热敏电阻二极管三极管集成电路原理测量电桥差动反馈输出数据灵敏度较高高很高内置调理线性好不好不好内部校准一致性不好不好一般内部校准准确度3210.5气象站地温5.2.7晶体温度传感器石英晶体谐振器压电效应——在晶片两极板间施加一电场 —— 产生机械形变在极板间施加机械力 ——产生电场在极板间施加交变电压，当电压频率与晶片固有频率一样时，产生谐振现象。5.2.7晶体温度传感器测温晶体振荡器标准晶体振荡器差频器滤波器放大器整形器驱动器5.2.7晶体温度传感器Y测温晶体振荡器F1=f（T）ΔF/F=80×10－6/℃AT标准晶体振荡器F2＝4965KHz差频器滤波器.1放大器10整形器驱动器F=F1-F25.2.7晶体温度传感器测温晶体振荡器标准晶体振荡器差频器滤波器放大器整形器驱动器T=A+BF+CF2+DF3(其中A、B、C、D为标定参数）标定方法，使用恒温槽，在不同的温度下测量晶体传感器输出频率，得到一系列温度和频率的数据，最小二乘法拟合方程，得到温度和频率的关系方程——标度方程温度传感器特性比较铂电阻玻璃温度表晶体集成电路信号小电压长度频率大电压测量电桥观测计数器输出数据灵敏度较高高很高内置调理线性较好好不好内部校准一致性好不好一般内部校准准确度0.10.20.10.5气象站自动站常规观测梯度站地温5.3.温度测量的热滞问题滞差现象——热交换需要时间建立热平衡热滞系数环境温度恒定时的滞差环境温度变化时的滞差线性变化周期性变化热滞系数与风速的关系5.4温度测量与防辐射方法温度测量的主要特点5.4温度测量与防辐射方法防辐射措施百叶箱防辐射罩通风防辐射罩5.4温度测量与防辐射方法第2章云的观测

知识结构2.1概述2.2云状一、低云族二、中云族三、高云族2.3云的观测一、判定云状二、估计云量三、测定云高2.4气象应用§2.1概述

云：是悬浮在大气中的小水滴或冰晶微粒或二者混合的可见聚合体。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒。底部不接触地面。1.什么是云？

云的生成，外形特征，量的多少，分布及其演变，不仅反映了当时大气的运动、稳定程度和水汽状况，而且也是预示未来天气变化的重要征兆之一。2.云的观测有什么意义?地气能量平衡航空安全减灾防灾国防安全云的观测：主要是判定云状，估计云量和测定云高。观测时的注意事项：由于云总是在不停地变化着，不断地生成和消散。因此，云的观测应注意它的连续演变，尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台上进行。§2.2云状

云的外形特征千变万化，形成原因各不相同，但它们又有其共同的特点。通常按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为3族、10属、29类。云中云高云

低云云的种类和它的分布高度低云积云（Cu)积雨云(Cb)层积云(Sc)层云(St)雨层云(Ns)淡积云（Cuhum)碎积云(Fc)浓积云(Cucong)秃积雨云(Cbcalv)鬃积雨云(Cucap)透光层积云(Sctra)蔽光层积云(Scop)积云性积云(Sccug)堡状层积云(Sccast)荚状层积云(Sclent)层云(St)碎层云(Fs)雨层云(Ns)碎雨云(Fn)<2500m中云高层云(As)高积云(Ac)透光高积云(Actea)敝光高积云(Acop)荚状高积云(Aclent)积云性高积云(Accug)絮状高积云(Acflo)堡状高积云(Accast)透光高层云(Astra)敝光高层云(Asop)2500-5000m高云卷云(Ci)卷层云(Cs)卷积云(Cc)毛卷云(Cifil)密卷云(Cidens)伪卷云(Cinot)钩卷云(Ciunc)毛卷层云(Csfil)匀卷层云(Csnebu)卷积云(Cc)>5000m高云毛卷云密卷云薄幕卷层云卷积云高云 由细小的冰晶组成，云底高度通常在5000米以上。一般不产生降水，冬季北方的卷层云、密卷云偶尔也会降雪，有时可以见到雪幡

高云包括：卷云、卷层云、卷积云1、卷云Ci

云体具有纤维状结构，通常成白色，有柔丝般的光泽，多呈丝条状、片状、羽毛状、钩状、团状、砧状等。由冰晶组成（1）毛卷云Cifil

云块很薄，呈白色，毛丝般的纤维状结构清晰，云丝分散，形状多变，日、月光透过云体地物阴影很明显 毛卷云的出现预示晴天。如果毛卷云增厚，发展成卷层云，则预示将有天气系统来临，天气将有变化（2）密卷云Cidens

云体较厚，薄的部分呈白色，厚的部分略有淡影，边缘毛丝般纤维结构仍较明显。云丝密集，融合成片 密卷云的出现，多预示天气稳定。若演变成卷层云，则预示天气系统将来临，天气将有变化（3）伪卷云Cinot

在积雨云崩溃消散时，从积雨云顶部脱离的云。云体大而厚密，常呈铁砧状（4）钩卷云Ciunc

云体很薄，呈白色，云丝往往平行排列，向上的一头有小钩，很像逗号 预示将有天气系统过境，将在短期内有阴雨天气。“天上钩钩云，地上雨淋淋”2、卷层云Cs

云体均匀成层，透明或呈乳白色，透过云层日月轮廓清晰，地物有影，常有晕的现象出现 预示将有天气系统影响本站。有“日晕三更雨，月晕午时风”的说法（1）薄幕卷层云Csnebu

云体很薄而又均匀，毛丝般的纤维结构不明显，有时误认为无云，一般从是否有晕来判断（2）毛卷层云Csfil

云体薄而不很均匀，毛丝般纤维结构较明显。有时很像大片薄的密卷云3、卷积云Cc

云块个体很小，呈白色细鳞片状，常成行、成群排列整齐，很像微风吹拂水面而成的小波纹 卷积云通常是由高空层结不稳定产生波动而形成的。如果天空以卷云为主，而又有卷云、卷层云，并有发展趋势，一般预示将有天气系统影响测站，常有阴雨或大风天气来临。谚语：“鱼鳞天，不雨也风颠”相似云的判定1层积云、高积云与卷积云视角层积云>5°（一臂距离，三指宽度）高积云1~5°卷积云<1°相似云的判定2卷云与卷层云卷云连成片，或出现晕时，易被误认为卷层云卷云云片即使相连，仍然能分辨出个体，云丝方向很不一致，各部分厚度不均匀；出现晕时，晕圈往往不完整卷层云水平分布范围广，云丝方向比较一致，各部分厚度较均匀，常见完整的晕圈相似云的判定3卷云与高积云当能见度较差，天边出现零散呈条状的卷云时，易被误认为零散的高积云。卷云云丝通常与地平线成斜交，像是从地平线上某一点发射出来的。而零散高积云在天边时，往往呈长条状，与地平线平行，而且云的边缘较卷云光滑高积云的云底较高且产生纤维状的下曳（幡）时，易被误认为卷云。如果高积云母体尚存在，则判定为高积云；若高积云的母体消失，则判定为卷云相似云的判定4卷积云与卷云卷积云的云块呈絮状或堡状时，易误认为卷云。卷积云的云块一般都比较小，多数云块的视角<1°；卷云的云片一般较大，其视角多>1°相似云的判定5卷层云与层云黎明前后，呈灰白色的卷层云易误认为层云。卷层云能看出一些纤维结构，云层亮度均一，云底界线较清楚。而层云看不出什么结构，只能看出各部分明暗不一，在日出方向的部分比较明亮，低层湿度比较大，云底界线较模糊我国北部地区的冬季，由冰晶构成的层云出现晕时，易误认为卷层云。层云除了遮蔽日月的部分呈白色外，其他各部分均为灰白色或灰色，低层湿度大，能见度差。而卷层云通常呈白色或略带黄色，纤维结构较明显相似云的判定6雨层云与高层云雨层云的降水强度较小或云层较薄时，易误认为高层云。雨层云云底模糊，天地线不清，无法分辨日月的位置。而高层云云底界线分明，一般能清楚地看出天地线，有时可隐约地分辨出日月的位置。相似云的判定7雨层云与层积云雨层云下面有大量碎雨云时，易误认为层积云。通过碎雨云的缝隙看雨层云的云底，没有块状个体，云层颜色阴暗，看不出日月位置，且常降连续性雨或雪。而层积云云底呈块状结构，云层透光程度差别较大，薄的部分有时可看出日月的位置，常降间歇性雨或雪……2.2.3形成云的基本过程

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。一般来说，空气中水汽达到过饱和的方式主要有两种：（1）在空气中水汽含量不变的情况下，空气降温冷却。（2）在空气温度不变的情况下，增加水汽含量。2.2.3形成云的基本过程对云的形成来说，降温冷却过程是主要过程，靠增加空气中的水汽含量来形成云，机会极少。那么降温冷却过程有哪几种呢？１、绝热上升冷却：空气上升时会产生绝热膨胀冷却，所以，在一定的水汽条件下，只要具有充分的上升运动，就可以发生凝结。产生上升运动的原因，可以是热力的（对流运动）原因，也可以是动力的（动力抬升）原因引起。有三种上升运动，一是局地对流上升，二是大范围斜升，三是波动上升。２、混合冷却：由于乱流交换，空气产生混合，结果使一定层次内的空气温度和水汽重新分布，暖空气与冷空气混合后，其温度必然较原来的温度降低，称为混合冷却。３、辐射冷却：任何物体一方面不断吸收外界物体的辐射能量，同时又不断地向外辐射能量，当它向外辐射能量超过了它吸收的辐射能量时，本身的温度就下降，这个过程称为辐射冷却。在任何一次因冷却而形成云的过程中，有时不只是一种冷却过程在起作用。几种云形成的机理表面加热和自由对流

地形

空气辐合引起的大范围抬升

沿锋面的抬升

对流形成积云地形云的形成机理抬升作用形成的云积雨云高积云卷层云卷云卷云卷层云高层云雨层云层云冷锋暖锋波状云的形成机理

——大气层受地形扰动，达到凝结高度形成的云；

——在逆温层附近上升、下沉运动产生的云；大气波动形成的云荚状云的形成机理

——在局部上升和下沉气流汇合处产生的云。在上升气流携带暖湿空气的上升过程中，遇到下沉气流的阻挡，云体不能向上扩展；另外，下沉气流的绝热增温使云体的边缘发生蒸发，导致云体边缘变薄，使云体形成豆荚状。

——当过山气流经过山体被抬升，而达到凝结高度时形成的荚状云。

——冷锋下沉气流与冷锋前暖湿气流抬升作用，形成荚状云。荚状云的形成机理滚轴云荚状云背风波云气流过山形成的荚状云堡状云和絮状云的形成机理

——堡状云为中空对流云。在低层空气较稳定，而中空不稳定时，中空对流突破逆温层而形成的云。其形状好象排列的城堡

——絮状云的形成机理与堡状云相似，只不过云中湍流和对流更强更普遍一些，致使云层发生形变，象棉絮团似的不规则地分布在天空钩状云的形成机理

通常出现的是钩卷云（Ciunc)，这种云的出现往往是由于冰晶云的下垂部分因高空风速有较大的垂直切变，并伴有蒸发现象而形成的

由于大的水平高空风速的垂直切变意味着大的温度梯度，而大部分温度梯度往往伴随锋面，因此，成行的钩卷云连续地侵入天空，预示着未来有较大的天气变化§2.3云的观测

云状观测要注意它的连续演变，从外形特征、结构、色泽、排列、高度以及伴见的天气现象着眼，通过认真细致的分析，判定云状。云状按“云状分类表”中29类云的简写字母记入观测簿。云量多的云状记在前面；量相同时，记录的先后次序自定。无云时，云状栏空白1、判定云状2、估计云量3、测定云高

云量是指云遮蔽天空视野的成数。估计云量的地点必须能见全部天空，当天空部分地为障碍物如山，房屋等所遮蔽时云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看待

1、判定云状2、估计云量3、测定云高

云量观测包括总云量和低云量。总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的成数，低云量指天空被低云所遮蔽的成数，均记整数１、总云量的观测全天无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10ˉ；云占全天十分之一，记1；云占全天十分之二，记2；其余依次类推天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量也记0

２、低云量的观测观测低云量的方法与总云量同。全天无低云或虽有少许低云但其量不到十分之零点五时，低云量记0；天空被低云遮住一半时，低云量记5；整个天空为低云遮蔽，低云量记10；但如有云隙能见到青天或看到上层云时，低云量记10ˉ1、判定云状2、估计云量3、测定云高

云底距测站地面的垂直距离称为云高。云高以米为单位，并在云高数值前加记云状。云状只记十个云属和Fc，Fs，Fn三个云类。实测云高在数值右上角记“ｓ”，估测云高不记任何符号

1、判定云状2、估计云量3、测定云高

１、实测云高（1）气球测定云高：是用已知升速的氢气球或氦气球，观测其进入云底（气球开始进入像雾一样的云层但未最终消失的点）的时间，乘以气球升速求得（2）云幕灯测定云高：云幕灯，是一种夜间实测云高的仪器，由光源、反光装置和支撑保护装置三部分组成。观测时，利用云幕灯灯光垂直照射云底，形成一个明显的光点，在距云幕灯已知水平距离的观测点，用仰角器瞄准光点，测得仰角值，根据直角三角形的原理，求算出云高

（3）激光云高仪测云高(研修)Lidar（4）激光雷达探测云高（4）激光雷达探测云高南信大激光雷达MPL南信大MPL观测结果（5）云雷达探测云高南信大云雷达南信大云雷达观测结果（6）红外测云仪探测云高图无锡所&大气所红外测云仪解放军理工大学红外测云仪解放军理工大学红外测云仪(自动化)２、估测云高用目力估计，经验公式计算或利用已知目标物高度估测等方法估测云高云属常见云底高度范围(m)说明积云600-2000沿海及潮湿地区，或雨后初晴的潮湿地带，云底较低，有时在600m以下；沙漠和干燥地区，有时高达3000m左右积雨云600-2000一般与积云云底相同，有时由于有降水，云底比积云低层积云600-2500当低层水汽充沛时，云底高可在600m以下。个别地区有时高达3500m左右层云50-800与低层湿度密切关系，湿度大时云底较低；低层湿度小时，云底较高雨层云600-2000刚由高层云变来的雨层云，云底一般较高高层云2500-4500刚由卷层云变来的高层云，有时可高达6000m左右高积云2500-4500夏季，在我国南方，有时可高达8000m左右卷云4500-10000夏季，在我国南方，有时高达17000m；冬季在我国北方和西部高原地区可低至2000m以下卷层云4500-8000冬季在我国北方和西部高原地区，有时可低至2000m以下卷积云4500-8000有时与卷云高度相同各云属常见云底高度范围表天空状况不明时云状、云量的记录（1）因雪暴、雾使天空的云量、云状无法辨明时，总、低云量记10，云状栏记该现象符号。因吹雪、雾、轻雾使天空的云量、云状不能完全辨明时，总、低云量记10，云状栏记该现象符号和可见的云状。虽有吹雪、雾的现象，但天空的云量、云状可完全辨明时，则按正常情况记录（2）因烟幕、霾、浮尘、沙尘暴、扬沙等视程障碍现象使天空云量、云状全部或部分不明时，总、低云量记“-”，云状栏记该现象符号或同时记录可辨明部分的云状；若透过这些天气现象能完全辨明云量、云状时，则按正常情况记录（3）几种特殊情况下云量、云状的记法举例见下表观测时天空实况有雾，整个天空可辨，有4成Actra有雾，天顶或部分天空可辨，可见Actra有雪暴，天空不明有沙尘暴，天空不明有浮尘，整个天空可辨，无云总云量为10，无缝隙。下层布满Sccug从云隙中可见上层有Ac，但类别不能确定总云量为10，无缝隙。下层布满Sctra，从云隙中可见上层有云，云状无法判定总云量/低云量4/010/1010/10-/-0/010/10-10/10-云状Actra≡

ActraSccug

AcSctra

-高山站云的观测和记录(1)当云底高度高于测站时，按正常情况观测记录(2)观测时遇有云顶低于测站的云，应在观测簿纪要栏尽可能记录其云状、云量及利用已知高度的物体确定其云顶距离测站水平线下高度。此时应对这些云的上部表面加以简单描述，如表面是平的还是波状的，有无耸立的积状云自云层上部表面凸起等。在估计云顶低于测站的云量时，成层的云层为山所刺穿的部分，也应当作为云所遮掩来考虑。在记录云顶低于测站的高度时，应在记录前加“–”号⑶观测时遇到云底低于测站，而云顶高于测站的云，应在观测簿纪要栏记录其云状、云量，云底高度记＜0。云笼罩测站时，按雾记录，若云雾移出测站时，应按云记录夜间云的观测夜间云的观测，是比较困难的。要比较正确构判定夜间云。首先必须了解当天傍晚云的发展与变化规律。如果傍晚云的性质稳定，并且变化不大，则夜间可能继续保持着。如果白天是对流云，就可根据傍晚观测云是发展还是衰退，来决定夜间可能演变为什么云状。夜晚应在没有灯光或灯光很弱的地方进行观测。根据星光的有无与模糊程度，来确定有无云，以及什么云。高云一般都可见星光。只是模糊程度不同而已。有CS时星光模糊而均匀；有Ci时则星光有的地方模糊，有的地方明亮。夜晚天空的银河与Ci很容易混淆，应注意。银河是白色呈带状（有时也有分枝），横过天空。短时间内，看不出移动。而Ci呈黑色分布很不规则，有时可以察觉其移动。层状云（Ns，As，St）一般都遮蔽全天，看不到星光，但天空明亮程度还可以分辨出。As天空较明亮；Ns天空较暗黑，云的形体结构及碎云隐约可辨；而St则均匀低暗，使天空与地平线的交界线亦难分出。Ac与Sc云块轮廓通常可以辨认。若地面有灯光照射时，低云一般是灰白色，云愈低颜色愈浅。中云是灰白色或黑色。高云为黑色，薄的Ci、Cs几乎与天空颜色很难分开。根据云的降水性质与伴见的天气现象，也有助于夜间正确判定云状。夜间估计云量时，视星光的能见与否及清晰程度来决定。看不见星光的那部分天空作为总云量。有些薄云虽然能透过星光，但可按照星光的清晰程度加以判断。夜间在云状、云量能完会确定的情况下，记录方法与白天相同。通常情况下夜间总云量都必须进行估计，由于某种原因，低云状、量不能判别时，记录以“－”表示。例如云布满全天，不能确定什么云时，云量记10／一，云状记“－”。一般云的演变对流云的演变

云的生成，外形特征，量的多少，分布及其演变，不仅反映了当时大气的运动、稳定程度和水汽状况，而且也是预示未来天气变化的重要征兆之一。正确观测分析云的变化，是了解认识大气物理状况，掌握天气变化规律的一个重要因素。此外，云的观测对于保证航空飞行的安全也起着重要的作用§2.４气象应用云也是影响大气运动和地球大气系统能量平衡的重要因素。在全球增温过程中，云对地面气候的作用也是十分重要的研究课题，云在大气遥感定量产品推导中，也是必须考虑的因素。例如卷云可影响大气温度垂直分布的推导精度。而且，对全球范围内降水地区和降水量的估计，也要依靠对云的观测;气团、锋和地面低压系统的发生、发展和移动与云变化都有关系§2.４气象应用在航空气象上，云对飞机的飞行活动和飞行安全有很大的影响，所以云的预报是航空气象预报的重要内容。云高对航空气象学的要求来说是最严格的，气象部门利用云底探照灯、转动光速云幕仪、激光云高仪、云幕气球、目力估测等观测方法测定云底高度。在军事气象上，云是海军必须重视的因素之一。海区有低云时，对目力观察空中目标影响很大，给舰炮对空射击带来很大困难，同时，对舰艇机动占位也造成一定困难。但飞机可以利用云幕低空接敌，对敌舰艇实施攻击；舰艇也可以利用低云躲避敌人的空中侦察。§2.４气象应用复习思考题1.熟记云状的分类及各种云状的国际简写。2.熟悉各类云的主要特征。3.高云族、中云族、低云族各有何特征？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？8.云的观测的主要内容是什么？9.我国现行规范对云状分类的依据是什么？10.简述云形成的基本过程。11.简述云量和云高的观测方法。复习思考题第三章能见度的观测&3.1能见度&3.2影响能见度的因素&3.3目标物的亮度方程&3.4气象能见度&3.5能见度的器测法&3.6思考题观测能见度有什么意义？

在气象上，它可以用来了解大气稳定度，判别气团属性在环保方面，它能反映出大气污染的一些基本状况在国防和国民经济建设方面，它是保证航空、航海、交通运输安全的一个重要因素&3.1能见度

能见度是气象台站基本观测项目之一。有“气象能见度”和“有效能见度”之分。 气象能见度：视力正常的人，在当时气象条件下能从天空背景中分辨出目标物轮廓的最远距离。有效能见度：四周视野中，1/2以上的范围内，能见目标物的最大水平距离。记录单位：Km，不足100米记0.0，100米记0.1Km,依此类推。

所谓“能见”，在白天是指能够看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能清楚地看见目标灯的发光点凡是看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或者所见目标灯的发光点模糊，灯光散乱，都不算“能见”能见？不能见？影响能见度的因子能见度的区别能见度的区别&3.2影响能见度的因素1.大气透明度： 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。2.目标物和背景的亮度对比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，同样清晰可见。 表示这种差异的指标是亮度的对比值K。

设目标物亮度为，背景亮度为当，则当，则 所以，，当目标物与背景亮度一致时，，则K=0，此时目标物和背景融合，即在背景的衬托下不能辨别目标物。 当K在0-1范围内变化时，则随K值的增大，目标物看的越清晰。3.观测者的视力指标——对比视感域ε

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ε表示。 当K>ε时，目标物可见；当K<ε时，目标物不可见；当K=ε时，目标物若隐若现，为临界状态。

ε的大小主要取决于观测者的视力，观测时的光照条件和目标物视角的大小。

由实验得出，在白天野外光照条件下，正常人的ε值平均约为ε≈0.025。因此，联合国气象组织推荐日间测定能见度时，取对比阈值ε=0.025。 黄昏后，因亮度迅速减小，目标物与背景逐渐融合，ε值可迅速增大到0.06-0.07。 观测者的ε值与亮度和目标物的视张角有关。目标物的张角为：其中：a为目标物的高度(m)；

b为目标物的宽度(m)；

L为观测者与目标物之间的水平距离(km)。&3.3目标物的亮度方程1.目标物亮度减弱规律：设目标物固有视亮度为；通过距离L的空气层后减为 由Beer定律：

其中:为大气层消光系数，单位为如果大气水平均一，则：

令：，T为大气层透射率，

则有：

2.气幕光设入射到体积元上光的照度为；体积角散射系数为观测方向散射光强为：令可见光波段散射为：人目方向原始亮度为：根据物光减弱规律，通过dL气层减弱后的视亮度为：在距离观测者水平距离L处，取一空气元，其元的体积为：从0到L积分得：为距离L内所有空气的气幕光视亮度。假定水平方向空气均一，从0到无穷远积分，得：为水平天空的视亮度，代入（3.9）式得：3.人眼所见目标物的总视亮度

由(3.5)和(3.11)式得：

（3.12)式为以水平天空为背景的目标物视亮度方程。

可见当L∞时，即当远离目标物时，不论其原始亮度多大，它的视亮度会逐渐趋近于背景亮度，最后目标物消失于背景之中。而且，空气越浑浊，目标物消失的距离越短。&3.4气象能见度

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。下面分白天和夜间两种情况介绍。

1、白天气象能见度（1）目标物背景对比度衰减规律： 一般白天目标物为扩展反射光源，目标物背景的固有亮度对比值，取

观测者、目标物背景的视亮度对比为:

为经L距离后,目标物的固有亮度;

为经L距离后,背景的固有亮度。由（3.12）式可写成：则：令：称作传输函数，则有：（2）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，背景的固有亮度应等于水平天空的视亮度即则有

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。当这种衰减达到时，相应的能见度距离为L若选择深色物体作为目标物，即，相应再取，则定出的最大能见度距离为：按上述规定的条件进行观测，测定的只与大气消光系数成单一函数关系。它只反映大气透明度的单一影响，故视程为气象能见距离，或气象视距。2.夜间能见度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，又叫照度视觉阈值，以表示。拜克维尔给出了与背景亮度的统计表达式：

的值与灯光色彩有关，黄光的照度视觉阈值最大，红光的最小，故用红色灯光易于辨认。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，与观测者为距离L，则在观测者眼睛上产生的照度可由阿拉德（Allard）定律定义：当观测者离灯光距离为S时，灯光产生的照度达到阈值，这时目标灯恰好能见，称S为灯光能见距离，即将（3.18)式代入(3.16)式，得：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。&3.5能见度的器测法

两种常见能见度观测仪器透射式能见度仪散射式能见度仪透射仪由发射机和接收机两部分组成，它们分开放置，发射机发出的信号通过一段距离（基线长度）后，被接收机接收，将接收和发射的信号进行比较，计算出透射率，然后确定出消光系数，再利用下述公式即可求出气象能见度。1透射式能见度仪1透射式能见度仪透射能见度仪测定气象光学视程是根据准直光束的散射和吸收导致光的损失的原理，所以它与气象光学视程的定义密切相关，观测的能见距离与能见度很一致。发射器和接收器之间光束传递距离称为基线，可从几米到150m。它取决于气象光学视程值的范围与测量结果应用情况。单端透射仪反射镜存在问题由于透射型能见度仪的测量原理与气象光学距离的定义密切相关，因此其测量的结果与气象光学距离很一致，通常认为一个设计较好的透射型能见度仪的测量结果是准确的。但由于需要选择一条足够长的基线，而且要保持光源到探测器的光轴准直，因此，透射型能见度仪在使用中也会带来一些问题，如在自然条件下，大风引起支架的颤动将会造成一定的测量误差。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。缺点此仪器所测的大气柱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。适用性2散射式能见度仪散射能见度仪是测量散射系数从而估算出气象光学视程的仪器利用空气散射，测量能见度，主要有三种方式：侧向、后向和前向型优点：基线长度短，容易对准。图为一个前向散射能见度仪，由发送器、接收器与处理器组成。发射器发出近红外光脉冲，接收器测量的是与发射光束成33°角的散射光束，然后由处理器计算出气象光学视程。通过检测前向散射光强度，可求得大气散射系数，然后换算成消光系数，最后计算出能见度值优点：散射能见度仪的基线长度很短，光源与接收安在同一支架上，避免基线难以对准的缺陷。缺点：只测量很小体积的空气样本，不够精确。测量样本空气团的后向散射系数3.6思考题1.影响能见度的因子有哪些？2.气象能见度的定义是什么？3.白天能见度与夜间能见度的观测有何不同？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。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。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。7.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。第4章天气现象的观测

§1天气现象的特征§2容易混淆的天气现象的区别§3天气现象观测仪1、什么是天气现象？天气现象是指发生在大气中或贴地面的物理现象，主要有降水现象、雾现象、烟尘现象、风沙现象、吹雪现象、风暴现象、雷电现象、地面凝（冻）结现象以及光学现象等。2、观测天气现象有何意义？各种天气现象都是在一定的天气条件下产生的，反映着大气中不同的物理过程，是天气变化的直接反映，也是天气预报的重要依据。观测天气现象不仅可以为了解一地的气候情况积累资料，也可以为国防和国民经济建设服务§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

滴状的液态降水，下降时清楚可见，强度变化较缓慢，落在水面上会激起波纹和水花，落在干地上可留下湿斑§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

稠密、细小而十分均匀的液态降水，下降情况不易分辨，看上去似乎随空气微弱的运动飘浮在空中，徐徐落下。迎面有潮湿感，落在水面无波纹，落在干地上只是均匀地润湿地面而无湿斑§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

固态降水，大多是白色不透明的六出分枝的星状、六角形片状结晶，常缓缓飘落，强度变化较缓慢。温度较高时多成团降落§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

开始和停止都较突然、强度变化大的降雪§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

半融化的雪（湿雪），或雨和雪同时下降§1天气现象的特征

1.雨2.阵雨3.毛毛雨4.雪5.阵雪6.雨夹雪7.阵性雨夹雪

开始和停止都较突然、强度变化大的雨夹雪§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2-5毫米，下降时常呈阵性，着硬地常反跳，松脆易碎§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

白色不透明的比较扁的或比较长的小颗粒固态降水，直径常小于1毫米，着硬地不反跳§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

透明的丸状或不规则状的固态降水，较硬，着硬地一般反跳。直径小于５毫米。有时内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破碎的冰壳§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰层，或由透明的冰层与不透明的冰层相间组成。大小差异大，大的直径可达数十毫米。常伴随雷暴出现。温度垂直分布与降水雪冰丸冻雨雨§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

飘浮于空中的很微小的片状或针状冰晶，在阳光照耀下，闪烁可辨，有时可形成日柱或其它晕的现象。多出现在高纬度和高原地区的严冬季节。§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

大量微小水滴浮游空中，常呈乳白色，有雾时水平能见度小于1.0千米。高纬度地方出现冰晶雾也记为雾§1天气现象的特征

８.霰９.米雪10.冰粒11.冰雹12.冰针13.雾14.轻雾

微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，出现时水平能见度为1.0-10.0千米以内（遥感）§1天气现象的特征

15.露16.霜

17.雨淞

18.雾淞

19.吹雪

20.雪暴

21.龙卷

水汽在地面以及近地面物体上凝结而成的水珠（霜融化成的水珠，不记露）§1天气现象的特征