大气探测学-习题及答案-章节习题答案.docx

大气探测学习题参考答案第I章绪论1第2章云的观测2第3章能见度的观测5第4章天气现象的观测8第5章温度的观测10第6章湿度的观测17第7章大气压力的观测21第8章风的观测27第9章高空风的观测32第10章辐射能的观测36第Il章降水和蒸发的观测38第12章自动气象观测系统40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？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r新的途径。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。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1.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,叙述英状、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，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；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C加IOhP12hP14h16hPZ码QCLl,CM8,÷CL2,CM6,“CL2,CM6,，CL9,CMX,yCL7,CM94CHlpCH2,CHxpCHXPCHXdJSL<,V2p6/4/8心10/1OpIOZlO-P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IOh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，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1010o低云已经发展成为鬃积雨云，带有砧状，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一一对比视感域£。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=O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E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：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:BL为经L距离后,目标物的固有亮度；B1为经L距离后,背景的固有亮度。由(3.12)式可写成：BL=Boem+BM"e"L)BL=BOem+则：K=BLBoJ练1+刍(""一1)Bo=+-?("7)令：为称作传输函数，则有：KL=KOF(L)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，背景的固有亮度瓦应等于水平天空的视亮度Bh3()=3即则有F(L)=elKL=KOe”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LL=lno若选择深色物体作为目标物，即BO=0,相应凡=1再取£=0.02,则定出的最大能见度距离为：r1113.912LlnaX="=a0.02按上述规定的条件进行观测，测定的LmaX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LmaX为气象能见距离，或气象视距。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Eo与背景亮度Bh的统计表达式：IgE0=-6.95+0.887Ig%的值与灯光色彩有关，黄光的照度视觉阈值纥最大，红光的4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：E=E当观测者离灯光距离为S时，灯光产生的照度达到阈值线，这时目标灯恰好能见，称S为灯光能见距离，即EQ=eoLIIS2S=(In/-Inf0-2InS)/Cr=(In/-InE,o-2In5)/5将(3.18)式代入(3.16)式，得：73.912Synax7In-2InSEo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Lmaxo4.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：由目标物、天空背景的视亮度比较一给出大气消光系数一推算气象能见度。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nrIn0.053L3.912Lr=L=L-InTInTmaxInT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，由比较法确定其透射率。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.Boem目标物固有视亮度为线；通过距离L的空气层后减为"J。为大气层消光系数，单位为的“。目标物亮度随距离以指数衰减。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。BL=BOL+及=B。""+BKl-e-")叫为距离L内所有空气的气幕光视亮度。8,为水平天空的视亮度，Bg、BO的意义同上题,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。Kl=KE"目标物背景的固有亮度对比值BLBoA0-:Bo观测者、目标物背景的视亮度对比为: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，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lkm.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GOkm。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Sk或小天气过后尚未下沉的沙尘浮游在空中所致。能见距离小于Iknb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。并且霸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。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I-IOkmo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lkm.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。虹是由口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，常出现在环绕月光的高积云AC上。5 .记录下列天气现象：（1）某口下午积雨云发展，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.Okm,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)F16:1416:1816:14*16:16V16:2016:2216：2516：3516：4016：4616：56；17：1217：27(2)R13：2513：32713:32/W/13:52Z13:55一一13:59/zz13:5914:0614:06-15：22;19:28_23:11;R14：07;19:5520:05;20:21;一-23:113:406.译出下列电码：31656,50905,11152,10026,20122,39862,40088,52052,54000,6006131656：本站气压为1165.6hPa°50906：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亳米。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,而选定的一个衡量温度的标尺。常用温标有：开尔文温标（绝对温标）（K）：摄氏温标（C）；华氏温标（F）。换标公式为:KC换算：K=C+273.15；C=K-273.155QCF换算：C=-(/一32)；F=-C+329v755QKF换算：C=-(F-32)+273.15;b=W(K-273.15)+322.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O°C时表内液体的体积为VO,此时球部和这段毛细管的容积也为V0,当温度升高M时，毛细管中液体柱的长度变化为相，则体积的改变量为：V(-)r=S×L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。将上式改写成丝=及(一力rSv7等式左边称作温度表的灵敏度。表示温度改变引起的液体高度变化，灵敏度高的仪器，刻度精密。3 .最高最低温度标测温原理。最高温度表：毛细管较细，液体为水银。在玻璃球部焊有一根玻璃针，其顶端伸至毛细管的末端，使球部与毛细管之间的通道形成一个极小的狭缝。升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数，水银被挤进毛细管内；但在降温时，毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部，水银柱在此中断。因此，水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度。最低温度表：毛细管较粗，内装透明的酒精，游标悬浮在毛细管中，观测时将游标调整到酒精柱的顶端，然后将温度表平放。升温时，酒精从游标和毛细管之间的狭缝过，游标不动；温度下降时，液柱顶端表面张力使游标向球部方向移动，因此，游标指示的温度只降不升，远离球部的一端将指示出一定时段的最低温度。4 .双金属片测温原理。双金属片测温测温原理如下图所示：ds=L2-(2-a1)Jf;式中L是双金属片的弧线总长度；hl和h2为两种金属片的2(1+h2)厚度；囚和%为两种金属片的热膨胀系数；A为系数，取决于两种金属杨氏模量的比值且$0©为E1(P弧线角。的函数。5 .平衡和不平衡电桥测温原理。(i)平衡电桥：平衡电桥的测温电路原理如下图所示：当环境温度变化时，Rt的阻值改变，可借助对r3的调整(r3为可调电阻)，使电桥达到平衡，并做出r3与t的刻度关系，或Rt与t的关系式，就可由r3的刻度盘读数或计算式来确定Rt所处的环境温度。/为外接导线电阻。对同种引出导线有：a=G=q=r因4温度变化引起外接导线电阻的变化为：Aq=A4=AG=厂因加温度变化引起热敏电阻阻值的变化为：&要求：R,»r在电桥平衡时：N=Lr2rXrR(r,r,移项得：2=+r2rXrr2)假设4=2，则&=N)(I+Mr2r4故有：t=一(1)=Ary+B-其中：A=：B=a2Rgar1Rqa此式说明了温度t与r3的关系，对r3电阻可作等分的温度刻度，直接读取温度值。(ii)不平衡电桥不平衡电桥的测温电路原理如下图所示：在不平衡电桥中，电桥不平衡时,检流计上有电流流过,对角线上有输出电压。可根据检流计的读数或电压确定测温元件Rt所处的环境温度。不平衡电桥对角线的输出电压e可用下式表示：e=V()=V(-LL)G+R,rx+r2+o+r勺+弓当电桥平衡时：电桥对角线上无电压差：Ar=O,K=Mo,e=O而耳=R,o+Ar,«0为当电桥平衡时的阻值；为温度变化引起阻值的变化。此时有r+rJ+ Ko位一；代入e的公式，得:.r1+RRe=V1)耳。+弓IIArMo+G将上式右边括号中的项展成第级数，贝J:1+ 土冬1 =1÷-Ko+G“rw r 、t 八 rr(1 + -)(1 + -) -1 = (1 + )1-Rlo RIo + f3RIOrr1RIo+ r3 (RIO +4)l1将上式中忽略二次项，并设:r= ,0(crf + ); r3 =SRiq代入上式，上式右边则变为：(l+ 0r + 5r)(l-aAt+ t2 +9.7CT厂1+ Z>(1+ 3)2)-1由忽略含S的二次项，得:a2r2V11,(1+ 1 + 方e=77"773+"77的+1即得到了计算e的公式，但为了使输出电压e和温度变化加成线性关系，应使(5.16)式中含A产项的系数总和为零，因此，(1)/3+二-a2=0+(1+3)21+6化简得：+2-a2=0。2则得：3=0,或5=上y乙，这是由公式本身要求线性性的带来的约束条件。6.推导线性化输出平衡电桥电阻rl,r2,r3的计算式。如图所示：设：测温范围在TO和TI之间,则令:Ra)=&号)=&,RK)=R由电桥平衡的条件可得:T=T1,rI- rO=n,m )T=T1,Gr+r _ Rmr, r, i +y +yrI -rI(2)(3)由-得:E+*= W(4)仔=R内+ Rj'(5)仔+ = H3+(6)将(5)代入(4),移项整理得:+R / + 江=RQr2 =- Rj = (& + 八)= Zi=&LfL/将(7)代入(4)式可得:M=融一疗r ;&几广，/ 3 乙-1I% - RJ _ && +RqA - A& + /凡 fj _ zi ( &)- Rl) _= /R°-R 6 ')以(舄+7；)-4(&-舄)厂,MRO-RjJ(Ro-4)将(5)式代入式得:Rlr2+R+r=Rmr2+Rll-合并同类项：MRI一尼,)TliTi)(9)将(7)式代入(9)式并两边消除/(R+rJ(RfVRi(11A= A-Rm-Rx(21 2 1J分解合并同类项R；+ 用“ - RmR 一代酒K)-Rl=-Rm-Ri-ri2 m 12 IJRR吊+&禺1-1%-M2j2RLRl通分、合并同类项、移项得：WRJ_2&舄小将(9)式代入(7)式得:r二Rl(N-)+&)(&>)(2WRG+R(2R,i)')将(9)式代入(8)式得：r二凡(此一飞)+凡(R&)Rl(RI+此一2此)*R；+2R<R&)RJRaoRJ)即得到rl,r2,r3的表达式。7,说明温度热滞系数的物理意义及特性。物理意义：元件在dr的时间内与周围介质交换的热量为：dQ=-hs(T-)d其中：T:元件温度；：环境温度；S：有效散热面积；h：热交换系数元件得到(或失去)热量.Q后,增(或降)温"，则有:dQ=CMdT其中C为比热；M为元件的质量。dThs八、=(/-0)合并上面两式，移项得：dCM=（-令：CM为热滞系数，贝必与V（DdX的单位为秒。热滞系数特性：元件的热容量越大，散热面积越小，则越大。热交换系数h的大小取决于环境介质性质和通风量。8 .如何测定温度表的热滞系数？测温元件温度和介质温度的差值降至初始差值的36.8%时的时间为ao也就是说一。的改变量达到了起始差值的（e）即63.2%时所需要的时间为4o这个时间常数在实验中可以用这样的方法来测定：把温度表加热（或冷却）到高于（或低于）介质温度若干度后，把它放入介质中，然后用秒表测定温度变化到36.8%的时间，这个时间就是该温度表的热滞系数值。9 .一支热滞系数为IOOS的温度表，温度30C时，观测环境20C的空气温度，精度要求为0.1C,需要多少时间才能观测？解：T-0为感应元件温度与环境温度之差，则:T-O=IOOlnU°1=460.52s8min即约需要8分钟通风后即可读取数据.10 .百叶箱气温日变化振幅AO=IOC,要求日振幅误差小于0.1C,计算热滞系数。解：rilAA）=S+4/分pj得:10.00-0.1八4万2万=（1H7）-K10.00864002x2=l96033min即热滞系数大约为33分钟。11 .气温测量中防止辐射误差方法有主要哪几种？防止辐射误差的方法主要有：1 .屏蔽技术:使太阳辐射，地面反射辐射不能直接照射到测温元件上。（百叶箱，各种类型的防辐射罩）;2 .增加元件的反射率（热敏电阻涂成白色）；3 .人工通风,加快元件散热（阿斯曼通风干湿表）；4 .采用体积小,并具有较大的散热系数的测温元件。第6章湿度的观测1 .简述干湿球温度表的测湿原理。由于蒸发，湿球表面不断有耗散蒸发潜热，使湿球温度下降；由于湿球与四周空气有温差，则在稳定平衡时，湿球温度表蒸发支出的热量应等于与四周热空气交换得到的热量：=(-r)j其中，h：热扩散系数;T为干球温度;TW为湿球温度.单位时间通过单位湿球面积蒸发水分的质量：M=krs(Tw)-r其中，k；水汽扩散系数式中g为空气的混合比;gs(Tv)为湿球温度TW时的饱和混合比;k为水汽扩散系数.湿球蒸发消耗的热量为：2”=H(I)匕(GTl令Q=Qnl,并设：r=0.622-P4W)=O.622P=>kL(TJrs(TJ-r=h(T-Tw)0.622Hr17fles(TJ-e=h(T-Tw)<Pe= eJ-Ph0.622"(7J(T-Tw)故es(Tw)-Ap(T-Tw)A=-其中0.6221(7；.)K称为干湿表系数。2 .干湿球温度表A值与哪些因素有关?A=-从A值的定义°622”?)可知，热扩散系数h和水汽扩散系数k是通风速度的函数，所以,A值必然与风速有关。d=10mm=5.931×10-4+1.35×10-4+4.80×10-5vd-4A=6.403×104+4.3×10-5v+5.15×105v由上述公式得：A值随风速变化大，风速增加，A迅速减小；但是V>3ms时，A基本不变；不同类型的温度表A值有差异，但是在风速高的时候，差异很小；元件的特征尺度d越小，A随风速的变化越小。3 .为什么采用人工通风的干湿球温度表能提高测量精度？因为干湿表系数受风速影响大，如果用人工通风的干湿球温度表，可以保持枫树的稳定从而使A值保持稳定，以减小实验误差。4 .简述露点仪的测量原理。若使空气通过一个光洁的金属镜面时等压降温，直到镜面上出现露(或霜)，读取这瞬间的镜面温度,就是露点(或霜点)温度。如图所示：先降温，镜面出现露点时，记为：y1再升温，最后一个露珠消失时，记为：V1这是一次完整记录，一般5次取平均：C=LZ骁,写=2禽：Td=Td+7Z552即得到露点温度。5 .影响露点仪测量精度的因素有哪些？露点仪测湿精度：亚二>警毋坦Velesw(Tw)影响露点仪测湿精度的因子有：尔文效应：设弯曲水面饱和水汽压为"卬/；纯水平面饱和水汽压为第卬，有sieswr2kTn-=Vesw式中K为波尔兹曼常数；为水表面张力系数；为水分子容积；为露滴的曲率半径。又由于在同温、同压下，弯曲水面饱和水汽压与平面饱和水汽压的关系为：_CrIrsw.r其中q=1.2X1O*cvn,r=5X1()7故：esw.r>esw即露滴的饱和水汽压高于平面饱和水汽压。因此，镜面的结露温度低于真实露点温度，误差约为-o.rc0(2)拉乌尔特(RaUlt)效应：由于空气和镜面有杂质，特别是有一定量的可溶性物质时，使饱和水汽压低于同温度下的洁净空气和镜面的饱和水汽压。降低的数值与溶液的克分子浓度有关。这种效应将使露点值偏高。公式如下：e其中SWJZ:为空气中和镜面有杂质时的饱和水汽压；n:杂质的克分子数；N：总克分子数(3)部分压力效应：仪器的空气循环系统可使测试空间内外存在一定的气压差。根据道尔顿分压定律，进入测试空间空气样本的水汽压，将按压差以同样的比例降低。6.测量湿度的方法有哪几种？简述原理。(1)干湿球温度表原理为：0.622H(兀)=e5(Tw)-Ap(T-Tw)a=其中A为干湿表系数，0622L(T;.)K(2)毛发湿度表原理为：湿度从0100%时，毛发伸长2.5%,伸长量与湿度变化成正比L=6=1.086L+0.918黄中o(3)吸湿称重法原理为:：利用吸湿剂P205吸收一定容积空气中的水汽，只要精确测定空气的容积和吸湿剂的重量变化，即可直接计算出1立方米空气中所含的水量，即：m1-tnxPw=/一匕(克/立方米)水汽压:e= 其中Wi保同上有