仪器和观测方法指南 第三卷 – 观测系统

https://library.wmo.int/doc\_num.php?explnum\_id=11466 仪器和观测方法指南 (WMO-No. 8) 编辑说明 目录 vi vii viii ix x xi xii xiii xiv xv 第一章 自动气象站测量 1.1 概述 1.1.1 定义 1.1.2 目的 1.1.3 气象要求 1.1.4 系统配置 1.1.5 自动气象站的类型 1.1.6 电信 1.1.7 站网 1.2 系统配置 1.2.1 电信网络 1.2.1.1 单工通信 1.2.1.2 双工通信 1.2.1.3 卫星传输 1.2.1.4 公用交换电话网络 1.2.1.5 蜂窝网络 1.2.1.6 因特网或VPN远程连接 1.2.1.7 其他通信技术 1.2.2 中央处理系统 1.2.2.1 采集平台 1.2.2.2 处理平台 1.2.3 仪器 1.3 自动气象站硬件 1.3.1 中央处理器 1.3.2 传感仪器接口 1.3.3 电缆连接和电涌保护 1.3.4 电源 1.3.5 外壳保护 1.3.6 安装结构 1.4 自动气象站软件 1.4.1 操作系统 1.4.2 应用软件 1.4.2.1 初始化 1.4.2.2 取样和过滤 1.4.2.3 原始数据的转换 1.4.2.4 观测资料的人工输入 1.4.2.5 数据缩减 1.4.2.6 本地数据存储 1.4.2.7 编报 1.4.3 远程诊断和维护 1.5 质量控制 1.6 自动气象站的选址考虑 1.7 维护 1.7.1 服务级别 1.7.2 校准和现场检查 1.7.3 培训 1.8 关于系统规范和成本的考虑 附录 自动气象站–低成本 参考文献和延伸读物 第二章 航空气象站的测量和观测 2.1 概述 2.1.1 定义 2.1.2 单位 2.1.3 要求 2.1.4 方法 2.2 地表风 2.2.1 概述 2.2.2 仪器和安装 2.3 能见度 2.3.1 用于航空用途的能见度 2.3.2 有效能见度 2.4 跑道视程 2.4.1 概述 2.4.2 观测方法 2.4.2.1 由观测员进行测量 2.4.2.2 视频测量 2.4.2.3 用透射表测量 2.4.2.4 由前向或后向散射仪测量 2.4.3 仪器和安装 2.4.3.1 透射表 2.4.3.2 前向散射仪 2.4.3.3 背景亮度传感器 2.4.4 仪器检验 2.4.5 数据显示 2.4.6 跑道视程测量的准确度和可靠性 2.5 现在的天气 2.6 云 2.6.1 概述 2.6.2 观测方法 2.6.3 云底高测量的准确度 2.7 气温 2.8 露点 2.9 大气压 2.9.1 概述 2.9.2 仪器和安装 2.9.3 气压测量值的准确度和修正 2.10 机场其它重要信息 2.10.1 概述 2.10.2 斜视程 2.10.3 风切变 2.10.4 强逆流 2.11 自动气象观测系统 2.12 雷达 2.13 冰传感器 2.14 闪电监测 2.15 其他相关观测 参考文献和延伸读物 第三章 基于飞机的观测 3.1 概述 3.1.1 定义 3.1.2 飞机气象传感器 3.2 气压和马赫数 3.2.1 皮托静压探头 3.2.2 气压高度 3.2.2.1 测量的不确定性 3.2.3 马赫数 3.2.3.1 测量的不确定性 3.3 气温 3.3.1 总气温探头 3.3.1.1 测量的不确定性 3.4 风速和风向 3.4.1 测量的不确定性 3.5 湿度 3.5.1 测量的不确定性 3.6 湍流 3.6.1 来自垂直加速度的湍流 3.6.1.1 测量的不确定性 3.6.2 导出的等效垂直阵风速度 3.6.2.1 测量的不确定性 3.6.3 涡动耗散率 3.6.3.1 基于垂直加速计的EDR 3.6.3.2 基于垂直风的EDR 3.6.3.3 基于真空气速度的EDR 3.6.3.4 测量的不确定性 3.6.3.5 EDR和DEVG之间的关系 3.7 结冰 3.7.1 测量的不确定性 3.8 基于飞机的观测系统 3.8.1 飞机气象资料中继 3.8.2 对流层机载气象资料报告 3.8.2.1 概述 3.8.2.2 相对湿度和温度 3.8.2.3 TAMDAR结冰探测 3.8.2.4 TAMDAR湍流探测 3.9 其他系统和基于飞机观测的资源 3.9.1 ICAO的自动相关监视 3.9.2 自动飞行信息报告系统 3.9.3 新建系统和正在开发的系统 3.9.3.1 模式-S增强监视 3.9.3.2 模式-S气象常规飞机报告 3.9.3.3 无人驾驶飞行器 参考文献和延伸读物 第四章 海洋观测 4.1 概论 4.2 船上观测 4.2.1 实施WMO志愿观测船计划 4.2.2 志愿观测船观测 4.2.2.1 观测要素 4.2.2.2 需要的仪器 4.2.2.3 船上观测的自动化 4.2.2.4 观测时间 4.2.2.5 船上观测资料的传输 4.2.2.6 风 4.2.2.7 大气压、气压倾向和气压倾向特征 4.2.2.8 空气温度和湿度 4.2.2.9 海表温度 4.2.2.10 云和天气 4.2.2.11 能见度 4.2.2.12 降水 4.2.2.13 海浪 4.2.2.14 冰 4.2.2.15 特殊现象观测 4.3 锚碇浮标站 4.3.1 大气压 4.3.2 风的测量 4.3.3 温度 4.3.3.1 气温 4.3.3.2 水温 4.3.4 海波估计 4.3.5 不定向海洋波浪估计 4.3.6 方向海洋波浪估算 4.3.7 海啸监测的水柱高度 4.3.8 相对湿度 4.3.9 海洋传感器 4.3.10 表面洋流 4.3.11 洋流廓线 4.3.12 盐度 4.3.13 降水 4.3.14 太阳能辐射测量 4.3.15 能见度 4.4 灯标船 4.5 塔和平台 4.6 漂流浮标站 附录4.A WMO/IOC区域海洋仪器中心 附录4.B 供船上当前天气观测员使用的降水说明 附录4.C. 手动报告船只报告涌浪的推荐程序 参考文献和延伸读物 第五章 边界层和对流层的专用廓线技术 5.1 概述 5.2 基于地表的遥感技术 5.2.1 声学探测器(声雷达) 5.2.2 风廓线雷达 5.2.3 无线电声学探测系统 5.2.4 微波辐射计 5.2.5 激光雷达 5.2.6 全球导航卫星系统 5.2.6.1 全球导航卫星系统系统描述 5.2.6.2 对流层全球导航卫星系统信号 5.2.6.3 积分水汽 5.2.6.4 测量不确定性 5.3 实地测量 5.3.1 气球跟踪 5.3.2 边界层无线电探空仪 5.3.3 仪器塔和杆 5.3.4 仪器系留气球 附录 外差脉冲多普勒激光雷达地基遥感风测量 附文A 连续波多普勒激光测风雷达 附文B 风矢量的反演 附文C 应用 附文D 典型应用范围和相应要求 参考文献和延伸读物 第六章 闪电探测的电磁方法 6.1 引言 6.2 雷闪放电 6.2.1 雷电的类型、过程和参数 6.2.2 雷电的电磁信号 6.2.3 术语 6.3 闪电定位的原则 6.3.1 概述 6.3.2 磁场测向 6.3.3 到达时间技术 6.3.4 干涉法 6.4 性能特点 6.5 现代雷电定位系统的范例 6.5.1 闪电测绘列阵(LMA),60-66MHz 6.5.2 美国国家闪电探测网,400Hz-400kHz 6.5.3 闪电探测网络,1-200kHz 6.5.4 美国精密闪电网络,1.5-400kHz 6.5.5 地球网络闪电总网络,1Hz-12MHz 6.5.6 全球闪电定位网,6-18kHz 6.5.7 全球闪电数据集,VLF 6.5.8 到达时间差网络 6.6 气象部门利用闪电定位系统 6.6.1 风暴识别和灾害性天气警报 6.6.2 临近预报、预测和衍生产品 6.6.3 闪电和气候 6.6.4 验证雷电引发的地面损害 参考文献和延伸读物 第七章 雷达测量 7.1 概述 7.1.1 天气雷达 7.1.2 雷达特性、术语和单位 7.1.3 雷达准确度要求 7.2 雷达测量原理 7.2.1 脉冲雷达 7.2.2 雷达信号传播 7.2.3 大气衰减 7.2.4 云和降水引起的散射 7.2.5 晴空散射 7.3 降水目标的雷达方程 7.4 天气雷达系统和资料 7.4.1 反射率 7.4.2 多普勒速度 7.4.3 双偏振 7.5 信号和资料加工 7.5.1 多普勒功率谱 7.5.2 功率参数估算 7.5.3 地物杂波和点目标 7.5.4 克服多普勒两难 7.6 优化雷达特性 7.6.1 选择雷达 7.6.2 波长和波束宽度 7.6.3 发射机和发射功率 7.6.4 脉冲长度 7.6.5 脉冲重复频率 7.6.6 天线子系统 7.6.7 照度 7.6.8 典型天气雷达的特征 7.6.9 雷达体扫策略 7.6.10 雷达性能 7.7 维护和校准 7.7.1 维护 7.7.2 校准 7.8 雷达安装 7.8.1 最佳位置选择 7.8.2 资料交换、组网、数据库和加工 7.9 误差源 7.10 气象应用概述 7.10.1 一般天气监视 7.10.2 灾害性天气探测和预警 7.10.3 临近预报 7.10.4 降水估算 7.10.4.1 反射率垂直廓线 7.10.4.2 Z-R关系式 7.10.4.3 量器调整 7.10.4.4 双偏振降水技术 7.10.5 风估算/风制图 7.10.5.1 风廓线 7.10.5.2 对流风特征 7.10.5.3 风制图 7.10.6 初始和数值天气预报模式 7.10.7 湿度估算 7.11 气象产品 附录7.A. 天气雷达-系统性能与运行 附文A.系统性能参数测量 附文B. 雷达规格样本 附文C. 记录测量结果 附文D. 建议的维护和校准操作 附文E. 雷达数据交换 附文F. 其他雷达系统 附录7.B. WMO天气雷达无线电频率共享频谱使用指南声明 附录7.C. WMO天气雷达/风力涡轮机选址指南声明 参考文献和延伸读物 第八章 气球技术 8.1 气球 8.1.1 气球的主要类型 8.1.2 气球的材料和特性 8.1.3 气球的技术要求 8.2 气球的作用行为 8.2.1 升速 8.2.2 气球性能 8.3 气球的处理 8.3.1 贮存 8.3.2 适应环境 8.3.3 灌球 8.3.4 施放 8.4 气球升空携带物 8.4.1 夜间放球用的照明灯 8.4.2 降落伞 8.5 灌球用的气体 8.5.1 概述 8.5.2 气筒 8.5.3 氢气发生器 8.6 氢气的使用和预防措施 8.6.1 概述 8.6.2 建筑物的设计 8.6.3 静电荷 8.6.4 防护服和急救器材 参考文献和延伸读物 第九章 城市观测 9.1 概述 9.1.1 定义和概念 9.1.1.1 建站理由 9.1.1.2 水平尺度 9.1.1.3 垂直尺度 9.1.1.4 源区(“足迹”) 9.1.1.5 测量方法 9.1.1.6 城区站的描述 9.2 城市站的定位和选址 9.2.1 定位 9.2.2 选址 9.3 仪器暴露 9.3.1 根据标准操作进行修正 9.3.2 温度 9.3.2.1 气温 9.3.2.2 地表温度 9.3.2.3 土壤与路面温度 9.3.3 气压 9.3.4 湿度 9.3.5 风速及风向 9.3.5.1 平均风速廓线 9.3.5.2 测量高度和暴露度 9.3.5.3 关于风传感器的考虑 9.3.6 降水 9.3.7 辐射 9.3.7.1 入射通量 9.3.7.2 出射通量和净通量 9.3.8 日照时间 9.3.9 能见度与气象光学距离 9.3.10 蒸发和其它通量 9.3.11 土壤湿度 9.3.12 现在天气 9.3.13 云 9.3.14 大气成分 9.3.15 用于城市边界层的廓线技术 9.3.16 卫星观测 9.4 元数据 9.4.1 局地环境 9.4.2 历史事件 9.4.3 尊重WMO的其它建议 9.5 城市效应的评估 9.6 城市台站的要点摘要 9.6.1 工作原则 9.6.2 站点的选择 9.6.3 测量 参考文献和延伸读物 第十章 道路气象测量 10.1 概述 10.1.1 定义 10.1.2 目的 10.1.3 道路气象要求 10.2 道路气象站的建立 10.2.1 标准化的代表性测量 10.2.2 台站元数据 10.3 观测到的变量 10.3.1 道路气象测量 10.3.1.1 气温 10.3.1.2 相对湿度 10.3.1.3 风速和风向 10.3.1.4 降水 10.3.1.5 气象辐射 10.3.1.6 能见度 10.3.1.7 路面温度 10.3.1.8 道路铺层温度 10.3.1.9 路面状况和冻结温度 10.3.1.10 视频监视 10.4 选择道路天气站设备 10.4.1 道路环境 10.4.2 遥测站的处理能力 10.4.3 网络布局和设备方案 10.4.4 可靠性设计 10.5 电报编码 10.5.1 编码功能 10.5.2 WMO标准编码 10.6 中央控制和数据采集计算机 10.7 通信事宜 10.8 传感器信号处理和警报制作 10.8.1 信号处理算法 10.8.2 警报制作 10.9 测量的质量控制 10.9.1 检查伪值 10.10 道路天气站的维护 10.10.1 道路环境 10.10.2 维护计划和记录 10.10.3 检查和工作计划 10.11 培训 参考文献及补充读物