气象观测.ppt

江西信息应用职业技术学院江西信息应用职业技术学院 罗水平罗水平总论第一章 总论o&1.1&1.1 气象观测的发展概况气象观测的发展概况o&1.2&1.2气象观测研究的对象、任务和特点气象观测研究的对象、任务和特点o&1.3&1.3气象观测原理气象观测原理o&1.4&1.4气象观测仪器气象观测仪器o&1.5&1.5气象观测资料的代表性和可比性气象观测资料的代表性和可比性o&1.6&1.6气象观测的发展趋势气象观测的发展趋势o&1.7&1.7 复习思考题复习思考题2、气象探测概述、气象探测概述o“气象探测，是指利用科技手段对大气和近地层的大气象探测，是指利用科技手段对大气和近地层的大气物理过程、现象及其化学性质等进行系统观察和测气物理过程、现象及其化学性质等进行系统观察和测量。量。”中华人民共和国气象法中华人民共和国气象法o气象探测是对表征大气状况的气象要素、天气现象及气象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，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。并对获得的记录进行整理。o气象探测是大气气象科学的重要分支，是气象科学的气象探测是大气气象科学的重要分支，是气象科学的基础，并使基础理论与现代科学技术相结合，形成多基础，并使基础理论与现代科学技术相结合，形成多学科交叉融合的独立学科，处于大气科学发展的前沿。学科交叉融合的独立学科，处于大气科学发展的前沿。探测原理探测原理o 直接测量：直接测量：感应元件置于待测介质之中，根据感应元件置于待测介质之中，根据o 元件性质的变化，得到描述大气状元件性质的变化，得到描述大气状o 况的气象参数。包括现场测量和遥况的气象参数。包括现场测量和遥o 测方式测方式o 遥感探测：遥感探测：根据电磁波在大气中传播过程中信根据电磁波在大气中传播过程中信o 号的变化，反演出大气中气象要素号的变化，反演出大气中气象要素o 的变化。可以分为主动遥感和被动的变化。可以分为主动遥感和被动o 遥感两种方式遥感两种方式。o发展简史发展简史o气象要素定量测量阶段：气象要素定量测量阶段：1616世纪气象仪器出现世纪气象仪器出现o高空探测发展阶段：高空探测发展阶段：2020世纪世纪2020年代无线电探年代无线电探空空o大气遥感探测阶段：大气遥感探测阶段：2020世纪世纪4040年代后雷达卫年代后雷达卫星星o现代大气探测是综合性探测系统的发展现代大气探测是综合性探测系统的发展o大气运动的基本特点大气运动的基本特点o空间范围广大空间范围广大o运动永无休止运动永无休止o影响因素繁多影响因素繁多o运动状态复杂运动状态复杂基本特性和要求基本特性和要求o准确性：准确性：反映测量值与真实状况误差反映测量值与真实状况误差 大小的程度大小的程度o代表性：代表性：探测值代表一定空间范围探测值代表一定空间范围 和时间段的平均状况和时间段的平均状况o可比较性：可比较性：不同测站和不同时间的不同测站和不同时间的 测量值能进行比较测量值能进行比较大大气气结结构构特特征征（对对流流层层和和大大气气边边界界层层）大气边界层和近地面层大气边界层和近地面层o 大气边界层大气边界层 大气与地面之间充分湍流化的气层大气与地面之间充分湍流化的气层 厚度约为厚度约为1千米，随时间和条件变化千米，随时间和条件变化o 近地面层（常通量层，表面层）近地面层（常通量层，表面层）直接与地表接触、受地面强烈影响直接与地表接触、受地面强烈影响的的 气层厚度约为边界层的气层厚度约为边界层的1/10影响边界层的物理过程影响边界层的物理过程o辐射传输过程：短波辐射，长波辐射辐射传输过程：短波辐射，长波辐射o热力传输过程：显热，潜热热力传输过程：显热，潜热o动力作用：平流，垂直运动，局地环流动力作用：平流，垂直运动，局地环流o湍流运动：无规则，分类（机械、热力），湍流运动：无规则，分类（机械、热力），特征，尺度谱，串级传递能量过程，湍流特征，尺度谱，串级传递能量过程，湍流输送过程输送过程局地环境对气象测量的影响局地环境对气象测量的影响o 地理环境和地形地理环境和地形o 地表性质、建筑物地表性质、建筑物o 下垫面表面粗糙度下垫面表面粗糙度o 下垫面热力不均匀下垫面热力不均匀o 城市环境城市环境o 气象参数的波动性气象参数的波动性 M（t）=M+mo 气象测量的分辨率气象测量的分辨率 时间分辨率，空间分辨率时间分辨率，空间分辨率o 代表性问题代表性问题 观测场地的选择和仪器架设条件观测场地的选择和仪器架设条件 对测量的影响对测量的影响气象仪器的主要性能气象仪器的主要性能o灵敏度：灵敏度：单位待测量的变化所引起的单位待测量的变化所引起的 信号输出值的变化信号输出值的变化o精确度：精确度：测量值与实际值（真值）接测量值与实际值（真值）接 近的程度，可以通过仪器近的程度，可以通过仪器 误差值表示。分为系统性误差值表示。分为系统性 误差和偶然性误差。误差和偶然性误差。o稳定性：稳定性：仪器性能随时间的变化率仪器性能随时间的变化率气象业务组织气象业务组织o国家观象台：一般国家观象台：一般300-400公里设一站，公里设一站，每天观测每天观测24次。次。o国家一级站：一般不大于国家一级站：一般不大于150公里设一站，公里设一站，每天观测每天观测8次。次。o国家二级站：一般国家二级站：一般50-10公里左右设一站，公里左右设一站，o中小尺度站：一般中小尺度站：一般50公里左右设一站公里左右设一站 每天观测每天观测3次或次或4次。次。o高空气象站：一般高空气象站：一般300公里设一站，公里设一站，每天探测每天探测2次或次或3-4次。次。国家气候观象台布设的国家气候观象台布设的型站型站国家一级站布国家一级站布设设型站型站观测项目观测项目地面气象观测场o观测场四周空旷平坦，所取得的资料应具有较好观测场四周空旷平坦，所取得的资料应具有较好的代表性；的代表性；o经纬度（精确到分）和拔海高度（精确到经纬度（精确到分）和拔海高度（精确到0.1m）刻在石桩上，埋设在场内；刻在石桩上，埋设在场内；o观测场一般是观测场一般是25mX25m的平整场地，保持均的平整场地，保持均匀草坪，草高不超过匀草坪，草高不超过20cm，不准种植作物；不准种植作物；o设设1.2m高稀疏围栏，内设高稀疏围栏，内设0.3-0.5m宽小路，宽小路，且只准在小路上行走，小路下建线缆沟或埋设线且只准在小路上行走，小路下建线缆沟或埋设线缆管。缆管。观测场内仪器设置中华人民共和国气象法o第十一条第十一条 国家依法保护气象设施，任何国家依法保护气象设施，任何组织或者个人不得侵占、损毁或者擅自移组织或者个人不得侵占、损毁或者擅自移动气象设施。动气象设施。o第十二条第十二条 未经依法批准，任何组织或者未经依法批准，任何组织或者个人不得迁移气象台站。个人不得迁移气象台站。中华人民共和国气象法o第十九条第十九条 国家依法保护气象探测环境，国家依法保护气象探测环境，任何组织或者个人都有保护气象探测环境任何组织或者个人都有保护气象探测环境的义务。的义务。o第八章第八章 附则附则 第四十一条第四十一条 气象探测环境，是指为避开各种干扰保气象探测环境，是指为避开各种干扰保护气象探测设施准确获得气象探测信息所护气象探测设施准确获得气象探测信息所必需的最小距离构成的环境空间必需的最小距离构成的环境空间。中华人民共和国气象法o第二十条第二十条 禁止下列危害气象探测环境的行为：禁止下列危害气象探测环境的行为：（一）在气象探测环境保护范围内设置障碍物、（一）在气象探测环境保护范围内设置障碍物、进行爆破和采石；进行爆破和采石；（二）在气象探测环境保护范围内设置影响气（二）在气象探测环境保护范围内设置影响气象探测设施工作效能的高频电磁辐射装置；象探测设施工作效能的高频电磁辐射装置；（三）在气象探测环境保护范围内从事其它影（三）在气象探测环境保护范围内从事其它影响气象探测的行为。响气象探测的行为。气象探测环境保护范围的划定标准由国务气象探测环境保护范围的划定标准由国务院气象主管机构规定。各级人民政府应当按照法院气象主管机构规定。各级人民政府应当按照法定标准划定气象探测环境的保护范围，并纳入城定标准划定气象探测环境的保护范围，并纳入城市规划或者村庄和集镇规划。市规划或者村庄和集镇规划。&1.1气象探测的发展概况o人类对大气现象的认识；在生活和生产实践中人类对大气现象的认识；在生活和生产实践中的提炼和总结。的提炼和总结。o经验性预测经验性预测最早的大气探测；天气和气候谚最早的大气探测；天气和气候谚语：语：早霞不出门，晚霞行千里。早霞不出门，晚霞行千里。天上勾勾云，地上雨淋淋。天上勾勾云，地上雨淋淋。随着科学技术的发展，对天气现象的一些定性随着科学技术的发展，对天气现象的一些定性的、经验性的推断的、经验性的推断发展到借助仪器发展到借助仪器定量测定量测定定发明了各种探测大气现象的仪器。发明了各种探测大气现象的仪器。1、创始时期直到直到16世纪末发明第一批大气探测仪器以前的漫长历史时世纪末发明第一批大气探测仪器以前的漫长历史时期中，人们对大气中发生的现象以定性的经验观察推断为期中，人们对大气中发生的现象以定性的经验观察推断为主。在这期间，发明了相风鸟、雨量器和风压板等，但不主。在这期间，发明了相风鸟、雨量器和风压板等，但不能对大气现象进行连续记录。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n1593年，意大利人年，意大利人 伽利略伽利略（G.Galileo)发明了气体发明了气体温度表；温度表；n1643年，托里拆利（年，托里拆利（E.Torricelli）发明发明 水银气压表；水银气压表；n1659年，瑞士德索修尔（年，瑞士德索修尔（H.B.desaussure)发明发明 毛发温度表；毛发温度表；n1665年，波义耳（年，波义耳（R.Boyle）发明发明 酒精温度表；酒精温度表；n1803年，拉马契克进行了云状的分类观测。年，拉马契克进行了云状的分类观测。n1825年，赫歇尔（年，赫歇尔（Herchel）发明发明 太阳辐射表；太阳辐射表；o3 3、高空大气探测的开始发展时期、高空大气探测的开始发展时期n自从自从1783年法国人查理（年法国人查理（J.A.charles）在巴在巴黎上空，用氢气球携带温度表和气压表探测大气黎上空，用氢气球携带温度表和气压表探测大气状况以后，陆续有人采用系留气球、飞机及火箭状况以后，陆续有人采用系留气球、飞机及火箭携带仪器升空，进行高空大气的探测的。携带仪器升空，进行高空大气的探测的。o4 4、高空大气探测迅速发展时期、高空大气探测迅速发展时期n自从自从1919年法国人巴洛（年法国人巴洛（R.Burean)第一次第一次用无线探空仪探测大气后，前苏联、德国、法国、用无线探空仪探测大气后，前苏联、德国、法国、芬兰等国家都开始研制无线电探空仪，及其它高芬兰等国家都开始研制无线电探空仪，及其它高空风探测技术，为高空大气探测事业开辟了新的空风探测技术，为高空大气探测事业开辟了新的途径。这是大气探测向高空发展的第一次突破。途径。这是大气探测向高空发展的第一次突破。o5、气象探测的遥感时期n1940年开始用测风雷达追踪气球进行年开始用测风雷达追踪气球进行高空风的测量，高空风的测量，1945年第二次世界大年第二次世界大战结束前夕，美国将雷达首次应用于气战结束前夕，美国将雷达首次应用于气象观测。在象观测。在40年代中期以后，发射了气年代中期以后，发射了气象火箭，探测到象火箭，探测到100km以下大气层的以下大气层的要素，后来发射的探空火箭要素，后来发射的探空火箭,把探测高度把探测高度伸展到了伸展到了500km。这可以说是大气探这可以说是大气探测史上的第二次突破测史上的第二次突破高度的突破。高度的突破。o6 6、气象探测的卫星遥感时期、气象探测的卫星遥感时期1960年年4月美国第一颗气象卫星泰罗斯月美国第一颗气象卫星泰罗斯1号发射成功；号发射成功；1966年地球静止卫星云图传年地球静止卫星云图传真成功，为主要标志。大气探测不仅从根本真成功，为主要标志。大气探测不仅从根本上扩大了探测范围，也提高了对大气过程探上扩大了探测范围，也提高了对大气过程探测的连续性。一颗极轨气象卫星昼夜不停地测的连续性。一颗极轨气象卫星昼夜不停地向地球发送全球气象观测资料。使探测大范向地球发送全球气象观测资料。使探测大范围大气参量的连续变化成为可能，这可以说围大气参量的连续变化成为可能，这可以说是大气探测事业的第三次突破是大气探测事业的第三次突破探测范围探测范围的突破。的突破。&1.2 1.2 大气探测研究的对象、任务、特点大气探测研究的对象、任务、特点1 1、大气探测是对表征大气状况的气象要素、天气、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、连续的观测现象及其变化过程进行个别或系统的、连续的观测和测定；为天气、气候预测预报诊断分析提供第一和测定；为天气、气候预测预报诊断分析提供第一手资料。手资料。包括：直接探测（仪器的感应部分直接置于探测的包括：直接探测（仪器的感应部分直接置于探测的大气介质中）；遥感探测（遥感探测技术手段）和大气介质中）；遥感探测（遥感探测技术手段）和目测项目（云、天气现象的演变过程）。目测项目（云、天气现象的演变过程）。2 2、大气探测大气探测是从事大气科学研究、教学的基是从事大气科学研究、教学的基础。为天气、气候诊断分析、预报及环境保护部门、础。为天气、气候诊断分析、预报及环境保护部门、国家及全球气象资料网络系统等提供大气观测资料。国家及全球气象资料网络系统等提供大气观测资料。3 3、随着科学技术的发展，大气探测的要素量和空间范围、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。越来越大。大气探测分为近地面层大气探测、高空大气层探测和大气探测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。专业性大气探测。近地面层大气探测：主要是对近地层大气状况进行观近地面层大气探测：主要是对近地层大气状况进行观测和探测。包括：地面气象观测和近地面层大气探测测和探测。包括：地面气象观测和近地面层大气探测 地面气象观测地面气象观测（-110-110米，标准气象观测站的风速、米，标准气象观测站的风速、风向观测高度为风向观测高度为1010米）、观测项目包括：云、能见度米）、观测项目包括：云、能见度和天气现象状况，地温，大气温度、大湿度、压力、和天气现象状况，地温，大气温度、大湿度、压力、风速、风向、降水、蒸发和辐射等。风速、风向、降水、蒸发和辐射等。近地面层大气探测探测近地面层大气探测探测（0300003000米）观测项目包括：米）观测项目包括：大气温度、大湿度、压力、风速、风向等。大气温度、大湿度、压力、风速、风向等。高空大气探测：高空大气探测：对对30003000米以上的大气层状况米以上的大气层状况进行探测。探测的项目主要有：大气温度、进行探测。探测的项目主要有：大气温度、压力、风速、风向和湿度等。压力、风速、风向和湿度等。专业性和研究性项目的大气探测：专业性和研究性项目的大气探测：如区域大如区域大气环境容量研究；大气边界层特征研究；气环境容量研究；大气边界层特征研究；城市热岛环流研究；海陆风场研究；峡谷城市热岛环流研究；海陆风场研究；峡谷风场研究等。根据研究项目需要大气探测风场研究等。根据研究项目需要大气探测的项目。的项目。近几十年来，作为主动遥感的各种气象雷近几十年来，作为主动遥感的各种气象雷达探测（可对上百公里范围内的雷暴分达探测（可对上百公里范围内的雷暴分布及其结构进行连续探测）和作为被动布及其结构进行连续探测）和作为被动遥感的气象卫星探测，以及地面微波辐遥感的气象卫星探测，以及地面微波辐射探测等能获得较多信息的大气探测方射探测等能获得较多信息的大气探测方法，正在逐步地进入常规大气探测的领法，正在逐步地进入常规大气探测的领域。这些现代大气探测技术应用于大气域。这些现代大气探测技术应用于大气科学的研究领域，极大地丰富了大气探科学的研究领域，极大地丰富了大气探测的内容。测的内容。&1.3 探测原理o1 1、直接探测：、直接探测：探测器（感应元件）直接放入大气介质中，探测器（感应元件）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特性地原理。受大气作用而产生反应特性地原理。如：探空仪上的热敏电阻测温原理。温度变如：探空仪上的热敏电阻测温原理。温度变化化电阻值变化电阻值变化电动势变化电动势变化电讯电讯号频率变化号频率变化温度变化；温度变化；利用金属的热胀冷缩原理，制成的温度计测利用金属的热胀冷缩原理，制成的温度计测量大气温度。量大气温度。o2 2、遥感探测：、遥感探测：o通过大气中传播的要素信息反演出大气通过大气中传播的要素信息反演出大气要素的时空分布。要素的时空分布。如：天气雷达测云雨，是根据雷达波对如：天气雷达测云雨，是根据雷达波对云内含水量的回波强度分布及其结构，云内含水量的回波强度分布及其结构，实现对云雨的连续探测。实现对云雨的连续探测。微波辐射计测定大气湿度，是根据大气微波辐射计测定大气湿度，是根据大气中的水汽在中的水汽在1.35cm波长处有强烈的辐波长处有强烈的辐射吸收作用的原理。射吸收作用的原理。o3 3、施放示踪物质、施放示踪物质o向大气施放具有光学或金属性质的示踪物质，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。变规律，由此计算大气的流动状况。o例如：利用固定升速的气球携带碳棒到要求例如：利用固定升速的气球携带碳棒到要求高度后，气球爆炸，用雷达观测碳棒示踪物高度后，气球爆炸，用雷达观测碳棒示踪物在大气层中运动轨迹的回波强度；若施放荧在大气层中运动轨迹的回波强度；若施放荧光物质，可采用光学照相方法；若施放化学光物质，可采用光学照相方法；若施放化学物质物质SFS（硫氟化硫），可采用化学分析方硫氟化硫），可采用化学分析方法。用以研究大气层的扩散能力。法。用以研究大气层的扩散能力。o4 4、模拟实验、模拟实验o风洞模拟：风洞模拟：模拟大气层边界层风、温及区域流场模拟大气层边界层风、温及区域流场状况。在大气环境规划、区域大气污染控制等研状况。在大气环境规划、区域大气污染控制等研究中起到深入了解研究区域大气流动规律的作用。究中起到深入了解研究区域大气流动规律的作用。o如：城市、区域规划；建筑物风压实验等。如：城市、区域规划；建筑物风压实验等。o缺点：无法精确模拟大气边界层中的温度层结。缺点：无法精确模拟大气边界层中的温度层结。o水槽模拟：水槽模拟：模拟大气层环流、洋流、建筑物周围模拟大气层环流、洋流、建筑物周围环境流场特征。可调控温度场，模拟大气边界层环境流场特征。可调控温度场，模拟大气边界层的温度层结，施放示踪颜料，可很形象地了解边的温度层结，施放示踪颜料，可很形象地了解边界层温度层结和扩散规律。界层温度层结和扩散规律。&1.4 探测仪器对气象仪器的要求o准确度（对于某一特定变量，按照规定的要求）；o可靠性；o操作与维护方便；o设计简单（符合要求）；o耐久；&1.4 探测仪器o对每一种大气探测仪器，必须充分了解仪器的对每一种大气探测仪器，必须充分了解仪器的性能，才能达到正确使用和取得符合要求的观性能，才能达到正确使用和取得符合要求的观测资料。仪器的性能包括：测资料。仪器的性能包括：o1 1、精确度：仪器的精确度是指测量值与实际值、精确度：仪器的精确度是指测量值与实际值的接近程度。一般应该包括仪器的精密度和准的接近程度。一般应该包括仪器的精密度和准确度。确度。o精密度精密度若干独立测定值彼此之间的符合程若干独立测定值彼此之间的符合程度。度。o准确度准确度仪器的测量值（已做各种订正后）仪器的测量值（已做各种订正后）与真值的符合程度。与真值的符合程度。o精密度考察的是连续测量值彼此相互之精密度考察的是连续测量值彼此相互之间的接近程度。反映的是随机误差大小间的接近程度。反映的是随机误差大小的程度，常以标准偏差与平均值之比来的程度，常以标准偏差与平均值之比来表示，其值越小，精密度越高。表示，其值越小，精密度越高。o准确度考察的是测量值与实际值的接近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，其值合成大小，常用相对误差来表示，其值越小，准确度越高。越小，准确度越高。o探测仪器的精确度决定于感应元件的灵探测仪器的精确度决定于感应元件的灵敏度和惯性。敏度和惯性。o2 2、灵敏度：、灵敏度：仪器的灵敏度就是它的示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。距离、旋转的角度或显示输出量的大小。即：指单位待测量的变化所引起的指示即：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化。仪表输出的变化。如果被测要素的物理如果被测要素的物理量改变量改变x,x,相应仪器相应仪器示度改变示度改变量为量为y y，o则灵敏度表示为：则灵敏度表示为：y/y/x xo例如例如:玻璃温度表的灵敏度的单位为玻璃温度表的灵敏度的单位为mm/1mm/1。o10mm/110mm/15mm/1 5mm/1 o灵敏度灵敏度与仪器精确度相配合与仪器精确度相配合，例如精确度为例如精确度为 0.1 0.1的的温度表温度表，能读出，能读出0.010.01。由于由于观测者的感官功能有一定限度观测者的感官功能有一定限度，要求正要求正确迅速地读出仪器示度，就必须要求仪器具确迅速地读出仪器示度，就必须要求仪器具有适当的灵敏度。但片面要求高灵敏度也是有适当的灵敏度。但片面要求高灵敏度也是不实际的，会使仪器变的庞大。不实际的，会使仪器变的庞大。如：灵敏度如：灵敏度1m/11m/1的的温度表温度表，5050的的测量范测量范围的话围的话，温度表起码要温度表起码要50m50m高。高。o3 3、惯性（滞后性）、惯性（滞后性）o仪器仪器的的惯性惯性仪器的动态响应速度仪器的动态响应速度。o具有两重性，一般要求惯性的大小由观测任务所具有两重性，一般要求惯性的大小由观测任务所决定。决定。o如：探空仪的如：探空仪的惯性不能太大，否则惯性不能太大，否则,在上升过程中在上升过程中就不能准确反映温、湿、压随高度的变化；就不能准确反映温、湿、压随高度的变化；o大气大气湍流探测仪器的惯性就要求很小湍流探测仪器的惯性就要求很小，不然的话，不然的话，仪器就会将高頻湍涡过滤掉；仪器就会将高頻湍涡过滤掉；o而而地面气象台站使用的观测仪器就要求具备一定地面气象台站使用的观测仪器就要求具备一定的惯性，使其具备一定的自动平均的能力。另外，的惯性，使其具备一定的自动平均的能力。另外，惯性太小，观测员将无法靠近仪器读数。惯性太小，观测员将无法靠近仪器读数。o4 4、分辨率、分辨率o仪器仪器的的分辨率分辨率最小环境改变量在测量仪最小环境改变量在测量仪器上的显示单位器上的显示单位。o它和量程及灵敏度有关，仪器性能的改变也它和量程及灵敏度有关，仪器性能的改变也会影响分辨率。会影响分辨率。o5 5、量程量程o仪器仪器的的量程量程仪器对要素测量的最大范围仪器对要素测量的最大范围。o它它取决于所测要素的变化范围。取决于所测要素的变化范围。o如：利用一支温度表测量某一地区常年气温，如：利用一支温度表测量某一地区常年气温，则要求其量程则要求其量程2020t t5050，-20-20和和5050为该地区为该地区100100年一遇的最低、最高气温。年一遇的最低、最高气温。oCOCO2 2仪的仪的量程则要考虑植物光合作用的日变化。量程则要考虑植物光合作用的日变化。&1.5 气象探测的代表性和可比性o大气探测是在自然的动态条件下进行的。由大气探测是在自然的动态条件下进行的。由于大气是湍流介质，形成被测气象要素随空于大气是湍流介质，形成被测气象要素随空间和时间的非均匀性和脉动性。但是大气探间和时间的非均匀性和脉动性。但是大气探测资料又往往是用于区域或全球的大气运动测资料又往往是用于区域或全球的大气运动的整体诊断和分析，因而，要求气象台站的的整体诊断和分析，因而，要求气象台站的观测资料必须准确的代表某一地区的大气特观测资料必须准确的代表某一地区的大气特征，又能做到相互比较，以了解地区间的差征，又能做到相互比较，以了解地区间的差异。异。o所以所以，要求大气探测资料应具备：代表性和要求大气探测资料应具备：代表性和可比性。可比性。o1 1、代表性、代表性o代表性是指所测得的某一要素值，在所规定的精度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，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而且能够代表观测站周围一定范围内该要素的平均情况情况。o代表性分空间代表性和时间代表性。代表性分空间代表性和时间代表性。o空间代表性：观测站观测资料代表性的好坏，原则空间代表性：观测站观测资料代表性的好坏，原则上可以从台站地形是否具有典型性方面进行评定。上可以从台站地形是否具有典型性方面进行评定。站址的选择、观测站的建立需要考虑空间的代表性，站址的选择、观测站的建立需要考虑空间的代表性，防止局地地形地物造成大气要素不规则变化。一般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。市台站资料代表性较差。o时间代表性：大气要素的观测，只有同时性才有可时间代表性：大气要素的观测，只有同时性才有可比性。比性。o2 2、比较性、比较性o指不同测站同一时间测得同一大气要素值，能够进指不同测站同一时间测得同一大气要素值，能够进行相互比较，并显示出要素的地区分布特征；另外，行相互比较，并显示出要素的地区分布特征；另外，也指同一测站不同时间的同一大气层要素的比较，也指同一测站不同时间的同一大气层要素的比较，以说明要素随时间的变化特点。以说明要素随时间的变化特点。o观测资料的比较性是建立在一致的基础上，即要求观测资料的比较性是建立在一致的基础上，即要求观测时间、观测方法、仪器类型、观测规范、台站观测时间、观测方法、仪器类型、观测规范、台站地理纬度、地形地貌条件等的一致性。没有这些一地理纬度、地形地貌条件等的一致性。没有这些一致性，也就谈不上比较性。致性，也就谈不上比较性。o&1.6&1.6 气象探测的发展趋势气象探测的发展趋势空空基基 S SP PA AC CE E地地基基 I IN NS SI IT TE E高空高空观测观测特种特种观测观测专业专业观测观测闪电闪电观测观测廓线廓线观测观测器测器测器测器测目测目测目测目测雷达雷达测雨测雨测风测风经经经经纬纬纬纬仪仪仪仪测测测测风风风风人工人工遥测遥测GPSGPS测风测风测风测风导航导航导航导航测风测风测风测风雷达风雷达风雷达风雷达风无线电探空无线电探空无线电探空无线电探空自自动动站站遥感遥感飞机飞机观测观测飞机飞机遥测遥测地基地基辐射计辐射计测水汽测水汽.闪电闪电定位定位卫卫星星测测臭臭氧氧闪电闪电定位定位云图云图测风测风测雨测雨测要素测要素卫卫星星测测辐辐射射辐辐射射遥遥测测臭臭氧氧探探空空农农气气辐射辐射酸雨酸雨农业农业海洋海洋环境环境掩星掩星技术技术T T、V V廓线廓线测测风风测测温温 GPS/GPS/METMET地地基基总总水水量量卫星卫星观测观测其它其它观测观测天气雷天气雷达观测达观测地面地面观测观测 大气探测技术的发展趋势 从人工观测到自动化遥测 进一步到遥感探测 从模拟到数字化 从地基观测向空天基探测o 气象综合探测系统发展的基本特点 以遥感手段特别是基于空间的 卫星遥感技术为主要探测手段,以遥测手段特别是基于地基的 遥测系统为综合探测的基准系统；Progress of Comprehensive Detecting System 1.1.气象卫星气象卫星 Meteorological SatelliteMeteorological Satellite2.2.新一代多普勒天气雷达新一代多普勒天气雷达 New generation New generation dopplerdoppler weather radar CINRAD weather radar CINRAD3.3.大气监测自动化系统大气监测自动化系统 Atmospheric Atmospheric observing automation Projectobserving automation Project4.4.沙尘暴监测系统沙尘暴监测系统 Dust Storm Detecting Dust Storm Detecting SystemSystem5.5.气候监测系统气候监测系统 GCOS/CCOS GCOS/CCOS 气象卫星探测系统气象卫星探测系统中国风云气象卫星中国风云气象卫星 FY Meteorological Satellite极极轨气象卫星轨气象卫星 FY-1 FY-1 静静止气象卫星止气象卫星 FY-2FY-2Polar orbiting Geostationary FFY-1A Sept.7,1988FFY-1B Sept.3,1990FFY-1C May 10,1999FFY-1D May 15,2002FFY-2A Jun.10,1997FFY-2B Jun.25,20004 4 颗气象卫星在运行中颗气象卫星在运行中全球空基观测系统 A Combination of Geostationary and Polar Orbiting SatellitesCharacteristics of the 10-Ch.VIRR of FY-1CFY-1C/DFY-1C/D 对对对对 FY-1A/BFY-1A/B的改进的改进的改进的改进 辐射计通道由辐射计通道由5 5个增加到个增加到1010个个,更加强了更加强了云和环境的观测能力云和环境的观测能力FY-1C/D有三类资料vCHRPT:CHRPT:直接广播直接广播,格式与格式与NOAANOAA的的 HRPTHRPT一样，一样，传输速率是其传输速率是其 2 2倍即倍即 1.3308 Mbps1.3308 MbpsvGDPT:GDPT:延迟全球图像传输延迟全球图像传输,4,4 个通道个通道,4 km,4 km 分辨率，资料存储能力从分辨率，资料存储能力从6060分钟增加到分钟增加到300300分钟，能逐日进行全球覆盖观测分钟，能逐日进行全球覆盖观测.vLDPT:LDPT:延迟局地图像传输延迟局地图像传输,10,10 个通道个通道,1,1 km km 分辨率，分辨率，2020分钟在轨观测资料，针对全分钟在轨观测资料，针对全球任何地方球任何地方.Progress of Comprehensive Detecting System 19991999年年1212月月6 6日日国务院国务院批准批准 未来十年气象卫星发展计划未来十年气象卫星发展计划 两种系列气象卫星将实现两种系列气象卫星将实现 业务化运行业务化运行 共计发射共计发射十颗十颗卫星卫星,投资投资5252亿亿 Progress of Comprehensive Detecting System FY-2BFY-2B 20002000年年6 6月月2525发射发射 FY-1DFY-1D 20022002年年5 5月月1515日发射日发射 FY-2C,D,EFY-2C,D,E 将分别在将分别在2003/2006/20092003/2006/2009发射发射 第二代风云气象卫星第二代风云气象卫星 FY-3A,B,FY-3A,B,将分别在将分别在2004/20062004/2006发射发射 FY-3C,DFY-3C,D，将分别在将分别在2008/20102008/2010发射发射 FY-4A FY-4A 计划在计划在20102010发射发射我国极轨气象卫星序列o风风云云一一号号A(FY-1A)1988.9.7 试试验验 三三轴轴稳稳定定、5通通道道、设设计计寿寿命命一一年年o风风云云一一号号B(FY-1B)1990.9.3 试试验验 三三轴轴稳稳定定、5通通道道、设设计计寿寿命命一一年年o风风云云一一号号C(FY-1C)1999.5.10 业业务务 三三轴轴稳稳定定、10通通道道、设设计计寿寿命命两两年年o风风云云一一号号D(FY-1D)2002 试试验验 三三轴轴稳稳定定、多多种种有有效效载载荷荷、设设计计寿寿命命两年两年o风风云云三三号号B(FY-3B)2006 试试验验 三三轴轴稳稳定定、多多种种有有效效载载荷荷、设设计计寿寿命命两两年年o风风云云三三号号C(FY-3C)2008 业业务务 三三轴轴稳稳定定、多多种种有有效效载载荷荷、设设计计寿寿命命两两年年o风风云云三三号号D(FY-3D)2010 业业务务 三三轴轴稳稳定定、多多种种有有效效载载荷荷、设设计计寿寿命命两年两年我国静止气象卫星序列o风风云云二二号号A(FY-2A)1997.6.10 试试验验 自自旋旋稳稳定定、3通通道道、设设计计寿寿命三年命三年o风风云云二二号号B(FY-2B)2000.6.25 试试验验 自自旋旋稳稳定定、3通通道道、设设计计寿寿命三年命三年o风风云云二二号号C(FY-2C)2003 业业务务 自自旋旋稳稳定定、5通通道道、设设计计寿寿命命三三年年o风风云云二二号号D(FY-2D)2006 业业务务 自自旋旋稳稳定定、5通通道道、设设计计寿寿命命三三年年o风风云云二二号号E(FY-2E)2009 业业务务 自自旋旋稳稳定定、5通通道道、设设计计寿寿命命三三年年o风风云云四四号号(FY-4)2010 试试验验 三三轴轴稳稳定定、多多种种有有效效载载荷荷、设设计计寿寿命命三三年年气象卫星发展趋势o提高地面分辨率o提高光谱分辨率o提高时间分辨率o提高温度分辨率o加强垂直探测能力o增加新型探测器 新一代天气雷达网新一代天气雷达网F Weather Radar Network 现有现有 :217217 部雷达部雷达 组网雷达组网雷达 S S波段波段 -1515 部部 C C波段波段 -4242 部部局地警戒雷达局地警戒雷达 X X波段波段 -160160多部多部 基本探测系统现状基本探测系统现状 o 观测观测站站 observing stations :2640o其中其中:地面站地面站 ground observation :2400高空站高空站 upper air observation:120 辐射辐射站站 radiation observation:98特种站特种站 special observation :4仍以人工观测、手工操作为主仍以人工观测、手工操作为主。Progress of Comprehensive Detecting System1、地基气象观测地基气象观测n 向高精确度高时空分辨率发展向高精确度高时空分辨率发展o 向气候系统拓展向气候系统拓展o 向遥感遥测、自动化方向向遥感遥测、自动化方向发展发展o 向一站多能、综合观测发向一站多能、综合观测发展展2、空基气象观测o GPS探空系统成为趋势探空系统成为趋势o WMO新的通用高空探测新的通用高空探测系统系统o 无人驾驶和专用飞机探测无人驾驶和专用飞机探测成为重要手段成为重要手段o AMDAR系统将进一步完系统将进一步完善善o 火箭探测得到发展火箭探测得到发展3、天基气象观测、天基气象观测o 卫星遥感向对地综合观测发展卫星遥感向对地综合观测发展o 遥感探测向遥感探测向“四高两全一多四高两全一多”发展发展o 向主动和被动多源遥感相结向主动和被动多源遥感相结合方向发展合方向发展o 遥感应用正向定量和地球系遥感应用正向定量和地球系统领域发展统领域发展全球地面天气报告全球地面天气报告 1999年年10月月1-15日日地基观测系统的分布图气象站（红色）观测船舶（蓝色）图