大气探测学-习题及答案-章节习题答案(4)

2019-05-18 12:03

??(令:

hs?1)CM为热滞系数,则:

dT1??(T??)d??

?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λ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?。也就是说 t??的改变量

?1??1??e?即63.2%时所需要的时间为?。 达到了起始差值的?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100S的温度表,温度30℃时,观测环境20℃的空气温度,精度要求为0.1 ℃,需要多少时间才能观测?

解: T-?为感应元件温度与环境温度之差,

???ln则:

T0??30?20?100ln0.1=460.52s?8min T??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A0 =10℃,要求日振幅误差小于0.1℃,计算热滞系数。

解:由

A/A0?1?4??/p222?1得:

10.00?0.14?2?2?1/2?(1?)210.0086400即热滞系数大约为33分钟。

???1960s?33min

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);

16

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: 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:

Q?h(T?Tw);

M?k[rs(Tw)?r],其中,k:水汽扩散系数

式中g 为空气的混合比;gs(Tw)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:

Qm?kL(Tw)[rs(Tw)?r] ep

w令Q=Qm,并设:r?0.622rs(Tw)?0.622es(Tw)psw?kL(T)[r(T)?r]?h(T?T)

w?0.622kL[es(Tw)?e]?h(T?Tw)p

e?es(Tw)?ph(T?Tw)0.622kL(Tw)

故 ?es(Tw)?Ap(T?Tw)A?其中

1h0.622L?Tw??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

1h0.622L?Tw??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。

A?5.931?10?4?1.35?10?4/v?4.80?10?5/v d=10mm ?4.3?10?5/v?5.15?10?5/v d=4mm

17

A?6.403?10

?4 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>3m/s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:Td?1 再升温,最后一个露珠消失时,记为:Td?1

Td??Td?11??? 这是一次完整记录,一般5次取平均:T??Tdi,Td??Tdi;Td?

552?d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:

dVd(e/esw(Tw)) ?Ve/esw(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esw,r;纯水平面饱和水汽压为esw,有

kTln

esw.r2???esw?

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:

e?eswe sw.r

cr/r?7?4其中c?1.2?10cm,r?5?10cm r;

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-0.1℃。

18

(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:

esw.n?eswN?eswN?n

e其中sw.n :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:

e?es(Tw)?ph(T?Tw)0.622kL(Tw)

?es(Tw)?Ap(T?Tw)A?其中 A为干湿表系数,(2)毛发湿度表

1h0.622L?Tw??

原理为:湿度从0~100%时,毛发伸长2.5%,伸长量与湿度变化成正比

lgUh?1.086L?0.918,其中,

L??L?L0

(3)吸湿称重法

原理为::利用吸湿剂P2O5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:

?w?

m2?m1V2?V1(克/立方米)

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e?水汽压:

PTTm2?m1其中:V1?V010216.6V2?V1,PT01

P2T0P0T2

V2?V0同上有:

其中:V:为容器的容积(初始容积); P0、T0为初始容器内的气压和温度; P1、T1为抽气后容器内的气压和温度; P2、T2为进气后容器内的气压和温度; m2、m1为吸湿后和吸湿前干燥管的质量。 (4)光谱吸收法

根据空气中水对红外辐射的吸收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λ=1.37μm,对水汽有很强的吸收;另一束波长λ=1.24μm(参考光),对水汽不吸收。将两束光线交替通过被测气层,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

根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化,即可确定大气中的湿度。

(7)露点仪原理:

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,在利用露点计算出当时的大气温度。

露点温度的测量: 一般5次取平均

?T先降温,镜面出现露点时,记为:d1 ?Td再升温,最后一个露珠消失时,记为:1

这是一次完整记录

Td??Td?11???T??Tdi,Td??TdiTd?552 ;

?d 20


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