《大气探测学》第1章习题参考答案.docx

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1、19什么叫温标？常用温标有哪几种？如何换算?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（肯定温标）（K）、摄氏温标（）、华氏温标（F）。换标公式为：KC换算：K = C + 273.15 C = K 273.155QCF换算：C = -（F-32） F = -C + 325oKF换算:K = （/32） + 273.15 F = -（-273.15） + 3220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溢液体的玻璃球，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，当温度上升时，液体柱上升，反之下降。液柱的高度即 指示温度的数

2、值。设0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Vo, 当温度上升At时，毛细管中液体柱的长度变更为AL,则体积的变更量为：7）A，= SxAL式中N为液体的热膨胀系数，丫为玻璃球的热膨胀系数，S为毛细管的截面积。等式左边称作温度表的灵敏度。表示温度变更引起的液体高度变更，灵敏度越高的仪器, 刻度越精密。21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微小的狭缝。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

3、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。另外 也可以利用毛细管收缩原理，观测结束后须要人工将毛细管中的水银复位。最低温度表：毛细管较粗，内装透亮的酒精，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肯定时段的最低温度。如图所示，设声波从坐标原点到达某一相面（x,y,z）所需时间为3在x轴方向上取对称的两点（d,0,0）和（-d,0,0）, Vx方向即x轴正方向：顺风时T1放射，R1接收

4、，。；Cs+Vx逆风时T2放射,R2接收，X tV 2S d c 21 - AXV 2 S d C 2 91 2 X -2 S V - C因此Vx。警，同理可得Vy蜉，丫工警。 2d 2d2d42激光风速仪的测量原理及其存在的问题。原理：激光通过大气层时，大气层中的气溶胶粒子对入射光有散射效应，而运行的气溶胶粒 子将使散射光的频率产生多普勒频移效应。在接收器内比较参考光（未经散射的放射光）和 散射光的频差，就可确定运载气溶胶粒子的气流速度。存在的问题：激光风速仪测得的风速并不是真正的大气流淌速度，而是悬浮于气流中的散射 粒子的运动速度。因为粒子与流体的密度有显著差异，粒子不行能完全跟随流体运动

5、，其速 度总会有差异，这就造成了激光测量的误差。43简述经纬仪气球测风原理。单经纬仪测风原理：气球以速度w匀速上升，测得方位角a （相对正北）和仰角6 ,在t时刻 气球上升的高度为H=wt,气球在水平方向上的投影距离为L=Hctgb,水平风速为：v二L/t。 优点：测量简洁，节约人力；缺点：有上升下沉气流时，会使气球上升速度偏大或偏小，并且气球本身上升速度在不同高 度有变更。双经纬仪测风原理:在已知长度的基线两端架设两架经纬仪同步观测，分别读出气球的仰角、 方位角，利用三角法或矢量法计算气球高度和风向风速。44.双经纬仪水平投影法和垂直面投影法水平面投影法：如图所示，观测点A的位置比B高h,即

6、AA二h。在某一瞬时，假如起球距 离通过基线的铅锤面距离较远，则应用水平面投影法，即将起球位置投影到B店所在水平面 上，然后利用A、B两点观测到的P的方位角和仰角计算P点高度。测量方位角 a、B和仰角5、Y代入下面公式，若A点为放球点，则取若出现以下三种状况之一，则不能运用水平投影法，可运用垂直面投影法。(l)a 或 0 358 或 W 2。(2)a - p 3m/s时，A基本不变；（2）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；（3）元件的特征尺度d越小，A随风速的变更越小。30为什么采纳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，假如用人工通风的干湿球

7、温度表，可以保持枫树的稳定从而 使A值保持稳定，以减小试验误差。31.简述露点仪的测量原理 若使空气通过一个光滑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：的 再升温，最终一个露珠消逝时，记为：北这是一次完整记录，一般5次取平均即得到露点温度:1、rp- rp+ 1 T+T Td +h =w”did =三乙骁；=一-一JJ乙32影响露点仪测量精度的因素有哪些？(1)开尔文效应：设弯曲水面饱和水汽压为Gsw/；纯水平面饱和水汽压为esw,则在同 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：即露

8、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-0.1。(2)拉乌尔特(Rault)效应：由于空气和镜面有杂质，特殊是有肯定量的可溶性物质时， 使饱和水汽压低于同温度下的干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。_ Nsw,n sw n + 丁 V e$w(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肯定的气压差。依据道尔 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。(4)推断状态：当气温小于0度时，若不能正确推断是结露还是结霜将导致误差，温度越 低误差越大。(5)操作：加热过快

9、或冷却过快都会导致很大的误差。33测量湿度的方法有哪几种？简述原理。(1)干湿球温度表(2)毛发湿度表：湿度从。100%时，毛发伸长2.5%,伸长量与湿度变更成正比(3)吸湿称重法：利用吸湿剂P2O5汲取肯定容积空气中的水汽，只要精确测定空气的容 积和吸剂的重量变更，即可干脆计算出1立方米空气中所含的水量，即：正，T恤-其中:亚卬 V2 -V.216.6 K -V.104(（4）光谱汲取法：依据空气中水对红外辐射的汲取原理确定空气湿度的方法。主要以两束 波长不同的光线，一束波长人=L37um,对水汽有很强的汲取；另一束波长入=1.24 u m （参 考光），对水汽不汲取。将两束光线交替通过被测

10、气层，并比较这两束光线的能量，确定大 气（含水量）湿度。（5）氯化锂测湿：测量其饱和溶液水汽压与环境水汽压平衡时的露点（6）碳膜湿敏元件：依据高分子聚合物吸湿后膨胀，使悬浮于其中的碳粒子接触率减小， 元件的电阻增大；反之当湿度降低时，聚合物脱水收缩，使碳粒子相互接触率增加，元件的 电阻减小。通过测量元件的电阻值的变更，即可确定大气中的湿度。（7）露点仪 34各种表示湿度的物理量，参数与表达式（1）混合比，比湿（3）肯定湿度，相对湿度，水汽的摩尔分数（4）水汽压，饱和水汽压（5）露点温度，霜点温度35简述动槽式、定槽式水银气压表的观测原理 水银气压表的读数原理为：如图所示，利用一根抽成真空的玻璃

11、管插入水银槽内，由于大气压力的作用，玻璃管内的水 银柱将维持肯定的高度。当管内水银柱对水银槽面产生的压力与作用于水银槽面的大气压力 相平衡时.，水银柱将维持肯定高度。假如在水银柱旁边树立一标尺，标尺的零点对准水银面，就可干脆读取水银柱的高度（”他），即可求得大气压力（?）Ph = Phg（t） - g（P，h）-Hhgt, g（p, h）式中Phg（t）为温度 产C时水银密度，g（p, h）为测站纬度为海拔高度为h处的重力加速度。为了便于比较，国际上统一规定，Phg以温度0。为标准，g以纬度为45。的海平 面为标准。假如不在标准条件下，则读得的水银柱高度必需订整到标准条件下。悬=.g （。）

12、g（45。, 0）“俯0工 g（45。, 0）仇0送（45。,0）_ Phg 口 r z 八一外（0。）屋45。,0）其喝喘为温度订正因子,黑a为重力（纬度高度）订正因子。动槽式水银气压表的读数原理为：它的主要特点是标尺上有一个固定的零点。每次读数时，须将水银槽的表面调到这个零点处, 然后读出水银柱顶的刻度。在读数时，先读温度表，然后调水银面与象牙针相切，再调游标 尺与水银柱顶相切，最终读数。读数结束后，需将象牙针与水银面断开。定槽式水银气压表的读数原理为：它的水银槽是一个固定容积的铁槽，没有皮囊、水银面调整螺钉以及象牙针。当气压变更时， 水银柱在玻璃管内上升或下降所增加或削减的水银量，必将引

13、起水银槽内的水银削减或增加, 使槽内的水银面对下或向上变动，即整个气压表的基点随水银柱顶的高度变动。当气压上升ImmHg,表内水银柱上升xmm,而槽内水银面同时下降y mm,则有x+y = 1因为水银槽内水银体积的削减，必将等于管内水银体积的增加，即:Ix-a = y(A-a )y = 1 -x式中a为水银柱玻璃管的内横截面积，A为水银槽的内横截面积，a，为插进水银槽中的玻 璃管尾端的外横截面积，因而有：AaAa+aa . aX = = = 1-A-a+a A-a+aA-a+aA-a从上式可看到，定槽式水银气压表的刻度1mm长度将短于1mm,实际等于;，以A-a+a补偿气压表水银面基点的变动，

14、这种刻度的标尺又称补偿标尺。36简述空盒气压计、空盒气压表的测压原理空盒气压表的感应元件是一组具有弹性的、抽成真空的（或残留少量空气）空盒组成的。 将空盒底部固定，顶部可自由移动，用以操作指示读数的机械系统。包括：感应部分、传动 放大部分、显示部分。外界气压的变更引起空盒形变从而使读数变更。空盒气压计是利用空盒感应元件制成的连续记录气压的仪器，与空盒气压表的区分在于 它有自记部分，而空盒气压表须要靠人去读数。37简述沸点气压表原理将一个装有纯净液体的容器与待测空气相通，将溶液加热到沸点，溶液表面的饱和蒸汽 压将达到大气压力的数值，通过测定沸点温度就可计算出大气压力，这种方法的优点是将困 难的气

15、压的测量转化为温度的测量。大气压力与沸点温度的关系为：tp ( C) = -一 + C A -log P38-1已知在北纬40 ,海拔高度为120m的气象站动槽式水银气压表的气压读数为988.2hPa,器差为 0.6hPa, th=25, r=0.6/100m,求：ph p海、压差 C。38-2已知在北纬45海拔高度为220m的气象站动槽式水银气压表的气压读数为986.lhPa, 器差为0.2hPa, th0=25, th-12=30.6,求:ph p海、压差 C。39旋转式风速表主要有哪几种？简述它们的测量原理旋转风速表的感应部分是一个固定在旋转轴上的感应部件，在稳定的风力作用下，感应 部件

16、受到扭力矩而起先旋转，转速与风速成肯定关系。因此通过测量转速可以得到风速。感 应部件有风杯式和螺旋桨式两种，风杯式绕竖直轴转，螺旋桨式则安装在支架的水平轴上, 支架可绕竖直轴，随风向变更转动。旋转风速表主要有以下几种： .蜗杆风速表：依据齿轮转速与风速的关系，测量转速，得到风速； .电感式旋转风速表：将转速转化为电感、电压来测量； .光电式旋转风速表：将转速测量转化为光电频率的测量；悬浮式旋转风速表：将光电式旋转风速表的转轴悬浮起来，减小摩擦。40简述旁热式、直热式热线微风仪的测量原理旁热式热线风速计被加热的金属丝在气流中散热，它的散热率与风速的大小有亲密的关系，假如以肯定电 功率的电流连续加

17、热金属丝，热丝的温度与气温存在肯定的差值，差值的大小随风速的大小 而异，利用热丝的温差电动势可测定风速，利用这种原理制成的风速仪称作热线风速仪。依据热线的测量特点，热线风速表可以分为两类：若热线仅作为风速的感应元件，热线 与环境温度的温差需用其它测温元件测量（如热电偶温度表），则成为旁热式热线风速表。 若热线不仅作为风速感应元件，而且同时用作温差的测量，则称为直热式热线风速表。旁热式热线风速表一般采纳电阻温度系数很小的金属丝作为热线。直热式热线微风仪：直热式热线风速仪的感应部分是一根直径约为5-lOim的伯金属丝，紧绷在支架上，长 度约几个至20nl%当较大的电流流经伯丝，它的温度要比环境空气

18、温度高200-500。直热 式热线风速仪的钳金属丝，一丝两用，它既用来感应风速，又以它的电阻值确定热线的温度。41简述超声风速仪的测量原理超声风速仪是利用声波在大气中传播速度与风速之间的函数关系来测定风速的，声波在 大气中的传播与气温、湿度、气压和风等气象因子均有关系。静止空气中的声速Cs = 20.067/口 = 20.067Jt（1 + 詈）其中用为声学肯定虚温，e为水汽压，P为大气压力声速与风速的关系是：声波在大气中传播的速度等于无风时声波传播速度与风速的代数和。 因此在肯定距离内，声波顺风传播和逆风传播有一个时间差，测得这个时间差即可确定气流 的速度。超声风速仪通常有三组探头，分别用于探测Vx、Vy、VZ，超声风速仪的响应速度很快，每 秒钟可测几十次甚至上百次。