氣象法學習

『壹』 微氣象學法簡介

地表源釋放的氣體，最初是通過分子擴散和其他作用力通過土壤孔隙進入地表大氣，到達湍流層由湍流輸送過程送入自由大氣，湍流輸送的機制則是單個渦旋的位移。 通過測量近地層的湍流狀況和微量氣體的濃度變化，推導地表氣體排放通量的方法通稱為微氣象學方法。 這種方法要求被測表面，大尺度宏觀均勻，測點上風向相當大的區域內氣體排放通量均勻，在測量周期內大氣狀態基本不變。 在風速不大，地勢平坦，下墊面均勻的條件下，可認為測點附近的物質垂直輸送通量不隨高度變化，因而在一定高度上測量的氣體輸送通量能夠代表地表氣體排放通量。 對所有的微氣象法而言，測定時都需要一塊面積足夠大，並且十分平坦的下墊面。 由於測量過程基本對被測對象無影響，因此微氣象法比起箱法有許多優點，但這種方法不適用於測量甲烷等痕量氣體排放，因為在覆蓋有植物的地表面難以准確直接測定氣象要素和垂直方向的痕量氣體濃度變化。 雖然直接測量法響應快，但靈敏度低，而且儀器設備十分昂貴。

經驗表明，常通量層的高度是測點上風方向水平均勻尺度的0.5％，即這種方法要求在大面積均勻地表狀況下進行，這樣，在某一高度上測量得到的氣體輸送通量就認為是測點附近地表的該氣體交換通量。按照測量參數的不同，微氣象學法可有很多種，如渦度相關法、空氣動力學方法、能量平衡法、質量平衡法、渦度積累法、條件采樣法以及對流邊界層收支法等。

『貳』 怎樣學好氣象學

我借用一個學姐的日誌來回答你這個問題吧，我覺得她說得很好！

如何打好基礎研究（氣象學）的基礎 在大氣所學習四年多，雖談不上有很大的收獲，但也不算渾渾噩噩。雖然離一位合格的科研工作者還有很大的距離，但是也要談談自己的心得――如何打好科研的基礎――為將來的事業鋪好堅實的道路。 如果立志於氣象學的科研事業，愛好必須放在第一位，在這浮躁的年代，沒有愛好是不可能幾十年如一日地坐下來去研究自己所喜愛的，幾位成功的研究者也為我們提供了極好的榜樣，在那動盪的年代仍然此志不渝，有些飄題，呵呵。 如何稱為一名合格，或者優秀的科研工作者呢？借用導師的話就是一名優秀的科研工作者需要三個基本素質：1，必須具有卓越的物理直覺，當然對一個人的天賦需要極高的要求，但是也和知識的積累密切相關，不懂的領域很難去愛，也談不上有什麼看法，靈感了；2，要擅長用來處理一些問題的方法，只有這樣你才能很快的將你的想法實現，並且從中看到合理與否，並進行改正；3，要擅於表達自己的觀點，已有的工作盡快成文，要讓別人盡快的知道你的工作並提出寶貴的意見。很顯然，我還不足以發表對第一點的看法，因為自己還遠遠達不到那個境界，革命之路漫長，還需努力，第三點將借用一大牛文章，提供一些參考，主要談談第二點。 為了使自己的科研之路走得更堅實，更順暢，一些基本的工具（這里稱為工具，是因為這些是必須瞭然於胸）是要必須掌握的。 對於微分方程的處理。一名不會處理微分方程的科研工作者是比較可悲的（可能有些偏，呵呵，不過不會用數學來描述物理，自然很難體會其中的美感，對這領域的愛有多少呢？個人認為這是培養愛的一個極好的途徑）。其實掌握一些基本方程的處理方法並不復雜，可參考Richard Haberman的實用偏微分方程（第四版），個人認為這是迄今為止寫的最通俗易懂，初步掌握不用2個月。 氣象學專業知識的了解。剛進入博士學習階段，基礎參差不齊，但是對於氣象學專業知識有個系統全面的了解還是很有必要的，最方便的莫過於看一部名著，可選擇的比較多，注重推導的PEDLOSKY的流體力學，GILL的大氣－海洋動力學，HOLTON的動力氣象學之介紹。個人比較推薦GILL的大氣－海洋動力學，講的比較通俗，結合的實際現象較多，能夠讓在了解專業術語的同時卻悄悄感受到用數學來描述物理現象的艷麗。PEDLOSKY的推導非常嚴密，但建議在對專業知識有個全面的了解後再去學會更有體會。HOLTON的不太了解。乘著在玉泉路學習的黃金時間，少約會點，好好讀讀這幾本書，會大有收獲。等進入工作後再想靜下來讀這幾本書可就不太那麼容易（後悔中。。。。。。。）。 軟體的利用。這些比較簡單，程序的編寫，結果的現實，什麼fortran啊，c啊，grads啊，matlab啊，會一兩種就行，能夠計算，能夠畫圖就可以，關鍵是要快，最好早上的想法到晚上睡覺的時候你就能看到結果的雛形，由簡入繁。太美的就不要太過強求，畢竟不是每個人都去寫模式。 好了，有了上面的沉澱，對進入氣象學這個領域進行 研究就有了最基本的了解，下面就根據各自細致的方向補充不同的知識，例如統計方法的使用，數值計算等，非線性方法的使用，個人覺得DIJKSTRA的nonlinear physical oceanography著實不錯，用一些簡單的非線性方法來描述大氣海洋中的分叉現象，對於突變，跳躍提供不少有意義的提示。這些簡單的方法可參考SEYDEL的practical bifurcation and stability analysis: from equilibrium to chaos。 科研之路漫長遙遠，懷著一份熱愛，奮斗，奮斗，奮斗。

『叄』 氣象學估演算法

氣象學估演算法，是利用氣象資料估算陸面蒸發量，比較簡便，精度較儀器測量法低，主要用於區域或流域的大尺度陸面蒸發量的估計。

國內外許多學者致力於利用氣象資料來估算陸面蒸發量，建立了許多估算公式，可分為飽和陸面蒸發和非飽和陸面蒸發兩類。下面介紹幾種常用的估算方法。

1.飽和陸面蒸發量估算公式

是H.L.Penman.（1948，轉引自張朝新，1995）在英國南部依據熱量平衡和湍流擴散原理，利用無水汽平流輸送時可能產生的蒸發，提出的估算公式。

生態水文地質學

式中：E為自由水面可能蒸發量（mm/d）；υ為絕對濕度計算公式中的常數，υ=0.486；E_a為湍流擴散項（動力蒸發項）：

生態水文地質學

式中：e_a，e_d分別為氣溫為T_a的空氣飽和水汽壓和實際水汽壓（mm）；U₂為2.0m高度的平均風速（m/s），根據地面風速廓線，可以近似地取U₂=U₁₀或U₂=2 3U₁₀，U₁₀為10m高度的日平均風速（m/s）。

Δ為平均氣溫為T_a時飽和水汽壓隨溫度的變化率：

生態水文地質學

生態水文地質學

式中：A為短波輻射平衡；B_L為長波輻射平衡（有效輻射）：

生態水文地質學

生態水文地質學

式中：R_A為天文輻射或最大可能輻射［4.1868J/（cm²·d）］；n/N為日照百分率；σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數［8.16×10¹¹×4.1868J/（cm²·min·k⁴）］；a為水的反射率，取0.05。

2.非飽和陸面蒸發量估算公式

非飽和陸面蒸發量也稱為陸面實際蒸發量，陸面蒸發能量受平衡、飽和差、風速以及土壤濕度等因子影響。奧里捷科普（1911）和布德柯（1948）依據陸面熱量平衡和水量平衡方程擬合出含有實際蒸發、可能蒸發及降水量的關系式（布德柯法）：

生態水文地質學

式中：P為年降水量，E_T為年蒸發力，用下式計算：

生態水文地質學

式中：T為月平均氣溫；L_a為緯度修正系數。

生態水文地質學

生態水文地質學

3.傅抱璞公式

傅抱璞根據國內資料提出，一定地區和一定蒸發條件下，陸面蒸發量E對降水變率隨著（E_m-E）增加而增加，隨降水量P增加而減小；在一定降水量條件下，陸面蒸發量對蒸發能力的變率隨（P-E）的增加而增加，隨日蒸發能力增加而減小，推導出下式：

生態水文地質學

該公式使用時必須用實測資料求出m值，然後用到無資料的相似地區。一般來說，徑流條件好的地區m值小，徑流狀況差的地區m值大。

『肆』 氣象色譜內標法原理和操作

轉載：《分析測試網路網》
內標法是一種間接或相對的校準方法。在分析測定樣品中某組分含量時，加入一種內標物質以校誰和消除出於操作條件的波動而對分析結果產生的影響，以提高分析結果的准確度。

內標法在氣相色譜定量分析中是一種重要的技術。使用內標法時，在樣品中加入一定量的標准物質，它可被色譜拄所分離，又不受試樣中其它組分峰的干擾，只要測定內標物和待測組分的峰面積與相對響應值，即可求出待測組分在樣品中的百分含量。採用內標法定量時，內標物的選擇是一項十分重要的工作。理想地說，內標物應當是一個能得到純樣的己知化合物，這樣它能以准確、已知的量加到樣品中去，它應當和被分析的樣品組分有基本相同或盡可能一致的物理化學性質(如化學結構、極性、揮發度及在溶劑中的溶解度等)、色譜行為和響應特徵，最好是被分析物質的一個同系物。當然，在色譜分析條什下，內標物必須能與樣品中各組分充分分離。需要指出的是，在少數情況下，分析人員可能比較關心化台物在一個復雜過程中所得到的回收率，此時，他可以使用一種在這種過程中很容易被完全回收的化台物作內標，來測定感興趣化合物的百分回收率，而不必遵循以上所說的選擇原則。

影響內標和被測組分峰高或峰面積比值的因素主要有化學方面的、色譜方面的和儀器方面的三類。
由化學方面的原因產生的面積比的變化常常在分析重復樣品時出現。
化學方面的因素包括：
1、內標物在樣品里混合不好；
2、內標物和樣品組分之間發生反應，
3、內標物純度可變等。
對於一個比較成熟的方法來說，色譜方面的問題發生的可能性更大一些，色譜上常見的一些問題(如滲漏)對絕對面積的影響比較大，對面積比的影響則要小一些，但如果絕對面積的變化已大到足以使面積比發生顯著變化的程度，那麼一定有某個重要的色譜問題存在，比如進樣量改變太大，樣品組分濃度和內標濃度之間有很大的差別，檢測器非線性等。進樣量應足夠小並保持不變，這樣才不致於造成檢測器和積分裝置飽和。如果認為方法比較可靠，而色譜固看來也是正常的話，應著重檢查積分裝置和設置、斜率和峰寬定位。對積分裝置發生懷疑的最有力的證據是：面積比可變，而峰高比保持相對恆定，

在用內標法做色話定量分析時，先配製一定重量比的被測組分和內標樣品的混合物做色譜分析，測量峰面積，做重量比和面積比的關系曲線，此曲線即為標准曲線。在實際樣品分析時所採用的色譜條件應盡可能與製作標准曲線時所用的條件一致，因此，在製作標准曲線時，不僅要註明色譜條件(如固定相、柱溫、載氣流速等)，還應註明進樣體積和內標物濃度。在製作內標標准曲線時，各點並不完全落在直線上，此時應求出面積比和重量比的比值與其平均位的標准偏差，在使用過程中應定期進行單點校正，若所得值與平均值的偏差小於2，曲線仍可使用，若大於2，則應重作曲線，如果曲線在鉸短時期內即產生變動，則不宜使用內標法定量。

用待測組分的純品作對照物質，以對照物質和樣品中待測組分的響應信號相比較進行定量的方法稱為外標法。此法可分為工作曲線法及外標一點法等。工作曲線法是用對照物質配製一系列濃度的對照品溶液確定工作曲線，求出斜率、截距。在完全相同的條件下，准確進樣與對照品溶液相同體積的樣品溶液，根據待測組分的信號，從標准曲線上查出其濃度，或用回歸方程計算，工作曲線法也可以用外標二點法代替。通常截距應為零，若不等於零說明存在系統誤差。工作曲線的截距為零時，可用外標一點法(直接比較法)定量。

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『伍』 農業氣象學的研究方法

研究農業生產對象及其生產過程與氣象條件相互關系的方法。對農業生產對象的生長發育、產量形成和相應的農業氣象要素進行平行觀測和分析，是進行農業氣象試驗研究的基本途徑。在實際運用時常藉助氣象學、生物學、數學、物理學和地理學等學科的理論和技術。一般要經歷資料的獲取、整理和分析 3個過程。每個過程所選用的技術方法的科學性、代表性及比較性都將直接影響研究的效果。 農業氣象資料分析技術主要有：①統計分析方法。包括數理統計學方法、模糊數學分析法等。②數理統計學方法。即將生物的生長、發育和產量變化和氣象條件之間的關系，看作是隨機變數，利用相關和回歸等分析方法建立統計模式。一元或多元回歸方程式、積分回歸方程式，兩個或多個函數的階乘函數式是常見的統計模式。③模糊數學方法。即應用近代數學的模糊集概念，用綜合隸屬函數擬合、模糊類型識別、相似分析、聚類分析、綜合評判等方法來研究農業氣象中諸如農業氣候區劃、資源評價、作物氣候適應區、產量年景展望等模糊性問題。④數學物理方法。即以生物學過程的物質輸送和能量轉化與平衡為基礎，根據實測（或計算）數據用數學物理方程式來模擬生物的生長、發育、產量形成過程。這類模擬理論或動力學模式通常比統計學模式更能揭示生物和氣象條件間的內在機制。⑤對比分析方法。即對較為簡單的農業氣象問題，直接根據獲得的平行觀測數據或相應圖表，分析氣象條件對生物有機體生長發育、產量變化以及某些農業技術措施的利弊關系，從而得出有關的定量指標。方法簡單，結果也較直觀可靠。

『陸』 如何學天氣學

天氣學是研究天氣現象和天氣過程的物理本質及規律，並用以製作天氣預報的學科，是大氣科學的一個重要分支。所以天氣學的研究對象是整個地球大氣，研究內容是大氣中發生的各種天氣現象及其演變規律。然而，在實際工作中天氣學並不是來研究所有的大氣物理過程，而只是研究對天氣演變起重要作用的那些天氣現象和天氣過程。
天氣學的研究已有一百多年的歷史，它的發展同手段和技術的革新，以及同的發展相聯系，經歷了4個階段:在20世紀20年代以前，主要用地面等，分析各種氣壓系統及其天氣分布，這屬第一階段。20年代以後，由於探空儀的研製成功而獲得了高空氣象資料，從而對的研究由地面擴展到了三維空間，這是第二階段。在這個階段中，挪威氣象學家提出了極鋒學說，瑞典氣象學家提出了學說。極鋒學說概括了典型的極鋒模型(包括氣旋從初生、發展到消亡的生命史)，指出在溫帶的移動性
天氣學架構
天氣學架構
氣旋內，有來自極地的冷空氣和來自熱帶的暖空氣形成的分界面，這種分界面稱作極鋒(見)。氣團學說認為:中緯度的天氣變化,是由於來自不同源地的相互作用的結果。當某地為某種氣團控制時，往往出現某種典型的天氣。而在兩種氣團交綏的地方，則天氣變化往往非常激烈。20世紀30年代以後，天氣學進入第三階段。其標志是理論的提出和應用。1939年，瑞典氣象學家通過對大量高空天氣圖的分析，提出了長波(行星波)理論，並發現極鋒氣旋是在長波的特定位置上發展起來的，氣旋的運動和發展，都和長波有密切的聯系。在此階段里，天氣學開始和動力氣象學結合，除了廣泛應用羅斯比的長波公式外，英國氣象學家R.C.薩特克利夫和挪威氣象學家S.佩特森在簡化渦度方程(見)的基礎上，分別提出了判斷地面天氣系統發生、發展的條件。此外，芬蘭氣象學家對西風帶大尺度天氣系統的特性，美國氣象學家C.W.牛頓對強對流風暴等做了大量的研究。美國氣象學家H.里爾在熱帶天氣分析、熱帶大氣環流和的研究方面，都作出了貢獻(見)。60年代以後，天氣學進入第四階段。由於高速電子計算機的使用，天氣學和動力氣象學的結合更加緊密。具體表現在對天氣系統的數值模擬試驗(見)和診斷分析(見)兩方面，由此，對天氣系統發生發展的物理機制，有了進一步的了解。同時由於氣象衛星提供了人煙稀少地區(如海洋、兩極、高原和沙漠地區)的大量氣象資料，熱帶氣象學和得到了迅速的發展，許多新的大氣運動現象也不斷發現。再由於等探測手段的不斷改進，對、強對流天氣的研究也更加深入了。

中國氣象學家於1925年首先對中國天氣類型進行了分類;沈孝凰於1931年對中國江淮流域的氣旋作了研究;李憲之於1934~1936年期間對南半球和西北太平洋之間的關系進行了研究，並初步提出了兩個半球之間大氣環流的相互作用;盧於1943年寫出了中國第一本《天氣預告學》，並對30~40年代的中國寒潮和台風進行了研究;以後，對中國歷史上的特大暴雨、寒潮、高原氣象學和的研究，對高空切斷低壓(見)、中國降水天氣系統和中、低緯度環流的相互作用的研究，對和熱帶環流的研究，以及朱炳海對氣團、鋒等的研究，都對天氣學的發展作出了貢獻。

『柒』 微氣象學法

和箱法相比，微氣象學法是一種開放式的測量方法，無論那種微氣象法，它們的共同特點可歸納為以下幾點：其一，所測氣體通量值是較大范圍內（一般為100～1000m）的平均值，減少了密閉系統采樣帶來的誤差，同時大大改善了觀測結果的代表性。 其二，測量裝置一般位於被測區域的下風方向處，因此，實驗裝置及觀測活動基本不會干擾被測區域的自然環境狀況。 其三，微氣象學方法的觀測一般持續較長時間，因此能得到被測區域微氣象要素的時間變化，進而獲得被測氣體交換特徵的時間變化。 基於微氣象學方法的上述基本特徵，該方法主要適用於較大尺度宏觀均勻的區域。 在測量期間大氣狀況基本不變的情況下，在常通量層中某一高度上測得的氣體通量可以認為能夠代表地表的氣體排放（吸收）通量。長期觀測結果表明，常通量層的高度一般是測點上風方向水平均勻尺度的0.5％～1％（Dy-er，1963）。

應當特別指出，嚴格來講，常通量層條件是微氣象學方法（除質量平衡法外）測量氣體通量的最基本條件。 在實際情況下，這一條件往往由於下述原因而得不到滿足或不能得到完全滿足。 這些原因是：其一，在測量高度和地表之間的氣柱內發生與被測氣體有關的化學反應；其二，在測量高度和地表之間的氣柱內發生被測氣體儲量變化；其三，在測量高度和地表之間的氣柱內存在被測氣體濃度的水平梯度，並導致該氣體的平流。 在氣體通量測量中，微氣象學法有效應用的一個關鍵問題是能否解決該方法本身所要求的高精度測量。 微氣象學法一般要求測量常通量層中有關氣象要素和被測氣體濃度的垂直梯度。 對於溫室氣體通量觀測來講，這是一項很高的要求。 一方面這是因為溫室氣體的常通量層高度一般較低，按水平均勻下墊面的0.5％計算，尺度為500m的水平均勻區域的常通量層也僅為25m，在25m高的范圍內選取兩個高度進行測量，這就要求觀測儀器能夠感應較小高度差范圍內的被測氣體濃度變化。 另一方面，在近地表中，絕大多數溫室氣體濃度的垂直梯度是很小的，這要求測量儀器有較快的時間響應和較高的靈敏度。 由此可見，為保證微氣象學法的有效性，觀測場地的水平均勻尺度最好在500m以上。

綜上所述，當前在溫室氣體排放（吸收）現場測量中主要使用的方法是箱法和各類微氣象學方法。 箱法適用於小區域和過程研究，但與陸地的大面積、低強度面源的基本特徵不相適應、因此在實際應用中只能要求進行多點、重復和長時間周期觀測，並對觀測資料進行合理的統計處理。 微氣象學法避免了箱法工作原理上的局限性，可適用於較大尺度范圍的測量，但它對地表均勻度，大氣狀態以及感測器的技術條件提出了更高的要求。 不僅如此，理論上講，所有微氣象學方法中只有渦度相關法是直接測量通量的方法，而其他方法或是利用相似性假設，或是利用經驗關系，使得測量結果的真實性受到影響。 可見，無論哪種方法都有其本身的局限性或技術難點，從這個意義上講，陸地溫室氣體排放（吸收）的准確測定仍然是一個未解決的問題。

當前，在溫室氣體排放（吸收）的研究中，有兩個基本事實值得注意。 其一，根據大氣中主要溫室氣體濃度變化的實際觀測結果，科學家們提出了甲烷已知源的排放通量估計方面也有很大的不確定性（第1章表1.1）。 其二，到目前為止，對全球溫室氣體排放量的估計幾乎全部來自數量有限的箱法觀測結果。 而這些箱法測量結果的准確度有多大，這是一個很難回答的問題，原因是由於溫室氣體排放的時空變異性以及箱子設計和操作的差異，很難對不同觀測結果進行定量評價。一些觀測結果表明，和微氣象學法相比，箱法給出的觀測結果似乎偏低。 但這一結論有很大的不確定性，並不能說明微氣象學法的測量精度比箱法高。這一方面是由於不同微氣象學法本身所給出的結果離散性較大，並且已有通量梯度法測量結果偏低的報告。 另一方面，由於箱法和微氣象學法的工作原理不同，對二者的觀測結果的比較應充分考慮到箱子的大小、箱法與微氣象學法觀測點位的相對位置、感測器所處的高度、地表的粗糙度、上風方向均勻地表的水平尺度、風速以及大氣穩定度等一系列因素。 應當指出，隨著技術的發展，微氣象學法有希望在溫室氣體排放（吸收）測量中獲得更廣泛的應用。 但是，箱法在過程研究和多個小區域實驗中所顯示的優越性是無法用微氣象學法代替的。

『捌』 氣象學的研究方法

研究的方法主要有四種，分別為觀測研究、理論研究、數值模式研究及實驗研究： 實驗研究同樣是較少人所認識的，實驗研究因數值模式研究的出現而比往日式微，但亦有其存在價值，例如要驗證某些理論，數值模式研究是做不到的。