大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)題目全集大氣科學(xué)作為一門研究地球大氣現(xiàn)象、過程及其演變規(guī)律的綜合性學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是其不可或缺的重要組成部分。通過精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，研究者能夠直接觀測大氣要素、模擬大氣過程、驗(yàn)證理論假說，從而深化對復(fù)雜大氣系統(tǒng)的理解。本文旨在系統(tǒng)梳理大氣科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性和實(shí)用價(jià)值的實(shí)驗(yàn)題目，涵蓋氣象觀測、大氣物理、大氣化學(xué)、天氣分析、氣候研究等多個分支，為相關(guān)專業(yè)的教學(xué)與科研工作提供參考。一、氣象要素觀測與儀器原理實(shí)驗(yàn)氣象要素的準(zhǔn)確觀測是大氣科學(xué)研究的基石。此類實(shí)驗(yàn)側(cè)重于培養(yǎng)觀測技能、理解儀器原理及數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。（一）地面氣象要素觀測與分析1.地面氣溫、濕度的觀測與儀器特性分析：掌握干濕球濕度計(jì)、通風(fēng)干濕表、毛發(fā)濕度計(jì)等儀器的原理與操作；對比不同儀器的測量精度，分析環(huán)境因素（如輻射、風(fēng)速）對觀測結(jié)果的影響。2.大氣壓力觀測與氣壓場初步分析：使用水銀氣壓表、空盒氣壓表進(jìn)行氣壓觀測，學(xué)習(xí)氣壓訂正方法；繪制小區(qū)域氣壓分布圖，識別高、低壓中心。3.地面風(fēng)的觀測與風(fēng)向風(fēng)速儀的校準(zhǔn)：掌握不同類型風(fēng)向風(fēng)速儀（如三杯式、螺旋槳式、超聲風(fēng)速儀）的工作原理和操作方法；進(jìn)行儀器的對比觀測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，分析儀器誤差來源。4.降水量與蒸發(fā)量的觀測實(shí)驗(yàn)：使用雨量筒、虹吸式雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行降水觀測；利用蒸發(fā)皿（池）觀測水面蒸發(fā)，分析影響蒸發(fā)的因子。5.日照時數(shù)與太陽輻射觀測：使用日照計(jì)（如暗筒式、聚焦式）觀測日照時數(shù)；利用總輻射表、直接輻射表等儀器測量太陽輻射各分量，分析其日變化特征。6.能見度觀測與影響因子分析：學(xué)習(xí)目測能見度的方法，了解能見度儀的基本原理；分析霧、霾、降水等天氣現(xiàn)象對能見度的影響。（二）高空氣象探測實(shí)驗(yàn)1.探空氣球觀測數(shù)據(jù)采集與處理：了解GPS探空系統(tǒng)的組成和工作原理；參與探空氣球的施放，獲取溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速隨高度的垂直廓線數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步分析。2.雷達(dá)氣象觀測基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)：參觀天氣雷達(dá)站，了解雷達(dá)工作原理（如多普勒效應(yīng)）；識別基本的雷達(dá)回波形態(tài)（如層狀云、積狀云、氣旋性回波），初步判斷降水類型和強(qiáng)度。3.無人機(jī)大氣邊界層探測實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)利用小型無人機(jī)搭載微型傳感器進(jìn)行邊界層溫濕度、風(fēng)速廓線及氣溶膠濃度探測的方案，討論其優(yōu)勢與局限性。二、大氣物理過程實(shí)驗(yàn)此類實(shí)驗(yàn)旨在揭示大氣中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象和過程的本質(zhì)，如云霧形成、輻射傳輸、邊界層結(jié)構(gòu)等。（一）云霧降水物理實(shí)驗(yàn)1.室內(nèi)云室模擬與云霧微物理特性觀測：利用小型云室（如膨脹型、擴(kuò)散型）模擬云霧形成過程；觀測云滴/冰晶的形態(tài)、濃度和譜分布，理解其增長機(jī)制。2.雨滴譜觀測與降水強(qiáng)度估算：使用雨滴譜儀（如激光雨滴譜儀、impact型雨滴譜儀）觀測雨滴譜分布；根據(jù)雨滴譜數(shù)據(jù)計(jì)算降水強(qiáng)度、液態(tài)水含量等參數(shù)。3.人工影響天氣原理模擬實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)模擬碘化銀等催化劑播撒影響云霧微結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)（可結(jié)合云室進(jìn)行），探討人工增雨/消雹的基本原理。（二）大氣邊界層物理實(shí)驗(yàn)1.大氣邊界層溫濕度廓線與風(fēng)廓線觀測：利用系留氣球、鐵塔梯度觀測或遙感手段獲取邊界層氣象要素廓線；分析不同下墊面（如城市、鄉(xiāng)村、水體）和不同天氣條件下邊界層結(jié)構(gòu)的差異。2.地表能量平衡與湍流通量觀測：學(xué)習(xí)渦度相關(guān)法、波文比-能量平衡法等原理；利用超聲風(fēng)速儀、紅外測溫儀等設(shè)備觀測感熱通量、潛熱通量和動量通量。3.邊界層氣溶膠濃度垂直分布觀測：設(shè)計(jì)利用系留氣艇或無人機(jī)搭載氣溶膠粒子計(jì)數(shù)器，觀測不同高度氣溶膠濃度的垂直分布特征，并分析其與邊界層結(jié)構(gòu)的關(guān)系。（三）大氣光學(xué)與輻射實(shí)驗(yàn)1.太陽直接輻射光譜測量與大氣透過率計(jì)算：使用光譜輻射計(jì)測量太陽直接輻射光譜；計(jì)算大氣在不同波段的透過率，分析大氣成分（如水汽、臭氧、氣溶膠）對太陽輻射的吸收和散射。2.大氣氣溶膠光學(xué)厚度與Angstrom指數(shù)反演：利用太陽光度計(jì)觀測數(shù)據(jù)，反演大氣氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）和Angstrom波長指數(shù)，分析氣溶膠的光學(xué)特性和粒徑分布特征。3.地面長波輻射與大氣逆輻射觀測：使用長波輻射表觀測地面向上長波輻射和大氣向下長波輻射（大氣逆輻射）；計(jì)算地面有效輻射，理解其在地表能量平衡中的作用。三、大氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)大氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)關(guān)注大氣中化學(xué)成分的組成、源匯、遷移轉(zhuǎn)化及其環(huán)境效應(yīng)。（一）大氣氣體成分分析實(shí)驗(yàn)1.大氣中主要溫室氣體（CO?,CH?等）濃度觀測：學(xué)習(xí)氣相色譜法、非色散紅外吸收法等原理；采集并分析大氣樣品中CO?、CH?等濃度，討論其時空變化特征。2.大氣臭氧（O?）濃度觀測與光化學(xué)污染指示：使用臭氧分析儀（如紫外吸收法）觀測近地面臭氧濃度；結(jié)合NOx、VOCs等數(shù)據(jù)，分析光化學(xué)煙霧形成的潛在可能性。3.降水化學(xué)分析與酸雨特征研究：采集降水樣品，測定其pH值及主要陰陽離子（如SO?2?,NO??,NH??,Ca2?等）濃度；評估酸雨的污染程度和主要來源。（二）大氣氣溶膠化學(xué)特性實(shí)驗(yàn)1.大氣氣溶膠樣品采集與質(zhì)量濃度分析：使用中流量采樣器采集TSP、PM10、PM2.5樣品；采用重量法測定其質(zhì)量濃度，分析其時間變化規(guī)律。2.氣溶膠主要化學(xué)組分（水溶性離子、碳質(zhì)組分、元素）分析：對采集的氣溶膠樣品進(jìn)行化學(xué)前處理，利用離子色譜儀分析水溶性離子，熱光碳分析儀分析碳質(zhì)組分，或ICP-MS分析元素組成，探討氣溶膠的來源。3.單顆粒氣溶膠物理化學(xué)特性顯微分析：利用掃描電鏡（SEM）或透射電鏡（TEM）結(jié)合能譜儀（EDS）觀察單個氣溶膠粒子的形貌特征并分析其元素組成，識別其可能的來源類型。（三）大氣化學(xué)反應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)1.模擬大氣中SO?的液相氧化過程：在實(shí)驗(yàn)室條件下，模擬SO?在水滴中的溶解和氧化（如O?氧化、H?O?氧化）過程，測定反應(yīng)速率，探討影響因素。2.揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）光氧化反應(yīng)模擬初探：設(shè)計(jì)小型光化學(xué)反應(yīng)模擬裝置，研究特定VOCs在紫外光照射下的光氧化產(chǎn)物，理解其在大氣復(fù)合污染形成中的作用（此實(shí)驗(yàn)需在專業(yè)指導(dǎo)和特定環(huán)境下進(jìn)行）。四、天氣學(xué)與動力氣象學(xué)分析實(shí)驗(yàn)此類實(shí)驗(yàn)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用天氣學(xué)原理和動力氣象學(xué)方程分析和解釋天氣現(xiàn)象與過程的能力。（一）天氣圖分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)1.地面天氣圖分析：學(xué)習(xí)識別和繪制地面天氣圖上的氣壓系統(tǒng)（高壓、低壓、高壓脊、低壓槽）、鋒面（冷鋒、暖鋒、準(zhǔn)靜止鋒）、天氣區(qū)（降水、霧、大風(fēng)等），分析當(dāng)前天氣形勢。2.高空等壓面圖分析：分析不同層次（如850hPa、700hPa、500hPa）等壓面圖上的高度場、溫度場、濕度場和風(fēng)場；識別高空槽脊、急流、切變線等天氣系統(tǒng)。3.單站高空風(fēng)圖分析與大氣垂直運(yùn)動判斷：繪制單站高空風(fēng)的垂直剖面圖（埃瑪圖或溫度-對數(shù)壓力圖），分析大氣穩(wěn)定度、潛在不穩(wěn)定能量，并結(jié)合風(fēng)的垂直切變判斷可能的垂直運(yùn)動。（二）天氣過程診斷與模擬實(shí)驗(yàn)1.氣旋/反氣旋過程個例診斷分析：選取典型的氣旋或反氣旋個例，利用高空和地面資料，計(jì)算渦度、散度、垂直速度等物理量，診斷其發(fā)生發(fā)展的動力機(jī)制。2.暴雨/強(qiáng)對流天氣過程綜合分析：針對一次暴雨或強(qiáng)對流天氣過程，綜合運(yùn)用常規(guī)觀測資料、雷達(dá)、衛(wèi)星資料，分析其觸發(fā)條件、水汽條件、不穩(wěn)定條件和抬升機(jī)制。3.數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式輸出產(chǎn)品釋用與天氣形勢預(yù)報(bào)：學(xué)習(xí)使用數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（如WRF模式或其簡化版本，或利用公開的模式預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)）的輸出產(chǎn)品，解釋預(yù)報(bào)的天氣系統(tǒng)演變，并制作簡單的要素預(yù)報(bào)。五、氣候與氣候變化分析實(shí)驗(yàn)此類實(shí)驗(yàn)關(guān)注長時間尺度的氣候特征、變化趨勢及其可能的影響因素。（一）氣候資料處理與分析方法1.氣象站氣候要素（溫度、降水）的均一性檢驗(yàn)與趨勢分析：學(xué)習(xí)使用氣候數(shù)據(jù)均一性檢驗(yàn)方法（如t檢驗(yàn)、SNHT檢驗(yàn)）；對均一化后的氣溫、降水序列進(jìn)行趨勢分析（如線性傾向估計(jì)、Mann-Kendall檢驗(yàn)）。2.極端天氣氣候事件指標(biāo)計(jì)算與變化特征分析：選取適當(dāng)?shù)臉O端氣候指數(shù)（如極端高溫日數(shù)、極端降水總量），利用長序列氣象數(shù)據(jù)計(jì)算并分析其時空變化特征。3.區(qū)域氣候特征分析與氣候區(qū)劃：根據(jù)某一區(qū)域的多要素氣候資料，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法（如聚類分析、EOF分解）分析其氣候時空分布特征，并進(jìn)行初步的氣候區(qū)劃。（二）氣候變化影響與歸因初步探討1.氣候變化對區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力影響的簡單評估：基于歷史氣候數(shù)據(jù)和作物模型（簡化版或概念模型），分析氣候變化（如溫度升高、降水變化）對當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)作物生長季和產(chǎn)量的潛在影響。2.全球氣候模式（GCMs）輸出數(shù)據(jù)的解讀與未來氣候情景分析：學(xué)習(xí)解讀IPCC報(bào)告中GCMs模擬的不同排放情景下未來氣溫、降水的變化趨勢，理解不確定性來源。六、綜合性與前沿性實(shí)驗(yàn)此類實(shí)驗(yàn)鼓勵學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識，關(guān)注學(xué)科前沿動態(tài)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決復(fù)雜問題的能力。1.城市熱島效應(yīng)觀測與成因初步分析：設(shè)計(jì)在城市不同功能區(qū)（如商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、公園）進(jìn)行溫度、濕度、風(fēng)速對比觀測的方案；結(jié)合下墊面資料，初步分析城市熱島的強(qiáng)度和成因。2.大氣-海洋/陸面相互作用過程的觀測與模擬：了解海氣相互作用（如厄爾尼諾現(xiàn)象）或陸氣相互作用（如土壤濕度對降水的反饋）的基本概念；利用簡化模式或觀測資料分析其相互作用機(jī)制。3.衛(wèi)星遙感大氣參數(shù)反演原理與應(yīng)用：學(xué)習(xí)利用衛(wèi)星遙感資料（如MODIS,AIRS,風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)）反演大氣溫度、濕度廓線、氣溶膠光學(xué)厚度、云參數(shù)等的基本原理，并嘗試應(yīng)用現(xiàn)有算法處理和分析數(shù)據(jù)。4.大氣環(huán)境數(shù)值模式（如WRF-Chem）模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：了解耦合化學(xué)過程的氣象模式基本原理；針對特定區(qū)域的一次空氣污染過程，設(shè)計(jì)簡單的模擬方案，討論模式設(shè)置（如分辨率、參數(shù)化方案）對模擬結(jié)果的影