Meteorological Measurement Systems

Contents......Page 8
1.1 Instrument Design and Selection......Page 16
1.1.2 Functional Model......Page 17
1.1.3 Sources of Error......Page 19
1.2.3 Exposure......Page 21
1.2.4 Procedural......Page 22
1.3.2 Communication Systems......Page 23
1.3.3 Power Source......Page 25
1.4.2 Reasons for Automation......Page 26
1.4.4 Interpretation of Sensor Specifications......Page 27
1.4.5 Interpretation of Results......Page 28
1.4.6 Human Judgment......Page 29
1.5 Quality Assurance......Page 30
1.5.1 Laboratory Calibrations......Page 31
1.5.3 Data Monitoring......Page 32
1.5.5 Independent Review......Page 33
Questions......Page 34
Bibliography......Page 35
General Instrumentation References......Page 36
2.1 Atmospheric Pressure......Page 37
2.2 Direct Measurement of Pressure......Page 38
2.2.1 Mercury Barometers......Page 39
2.2.2 Aneroid Barometers......Page 44
2.3 Indirect Measurement of Pressure......Page 48
2.3.1 Boiling Point of a Liquid......Page 49
2.4 Comparison of Barometer Types......Page 52
2.4.3 Hypsometer......Page 53
2.5 Exposure Error......Page 54
2.6 Laboratory Experiment......Page 55
2.7 Calibration of Barometers......Page 57
Questions......Page 58
Bibliography......Page 60
3.1 Some Definitions......Page 62
3.2 Static Calibration......Page 64
3.2.1 Definition of Terms Related to the Transfer Plot......Page 65
3.2.2 Calibration Procedure......Page 67
3.3 Example of a Static Calibration......Page 71
3.4 Multiple Sources of Error......Page 72
3.5 Significant Figures......Page 73
Questions and Problems......Page 75
Bibliography......Page 76
4 Thermometry......Page 77
4.1.1 Bimetallic Strip......Page 78
4.1.2 Liquid-in-Glass Thermometer......Page 80
4.2 Thermoelectric Sensors......Page 82
4.3.1 Resistance Temperature Detectors......Page 85
4.3.2 Thermistors......Page 89
4.4 Comparison of Temperature Sensors......Page 91
4.5 Exposure of Temperature Sensors......Page 92
Questions......Page 97
Bibliography......Page 99
Notes......Page 100
5.1 Water Vapor Pressure......Page 101
5.2 Definitions......Page 104
5.3.2 Addition of Water Vapor to Air......Page 108
5.3.3 Equilibrium Sorption of Water Vapor......Page 111
5.3.4 Measurement of Physical Properties of Moist Air......Page 115
5.3.5 Attainment of Vapor–Liquid or Vapor–Solid Equilibrium......Page 119
5.4 Choice of Humidity Sensor......Page 122
5.5 Calibration of Humidity Sensors......Page 123
5.6 Exposure of Humidity Sensors......Page 125
Questions......Page 126
Laboratory Exercises......Page 128
Bibliography......Page 129
Notes......Page 131
6 Dynamic Performance Characteristics, Part 1......Page 132
6.1 First-Order Systems......Page 133
6.1.1 Step-Function Input......Page 134
6.1.2 Ramp Input......Page 137
6.1.3 Sinusoidal Input......Page 138
6.2 Experimental Determination of Dynamic Performance Parameters......Page 140
6.3 Application to Temperature Sensors......Page 141
Questions......Page 142
Bibliography......Page 143
7.1 Methods of Measurement......Page 144
7.1.1 Wind Force......Page 145
7.1.2 Heat Dissipation......Page 155
7.1.3 Speed of Sound......Page 156
7.4 Wind Data Processing......Page 159
Questions......Page 160
Bibliography......Page 162
8.1 Generalized Dynamic Performance Models......Page 166
8.2 Energy Storage Reservoirs......Page 167
8.3.1 Step Function Input......Page 169
8.3.2 Ramp Input......Page 172
8.3.3 Sinusoidal Input......Page 173
8.4 Application to Sensors......Page 174
8.5 Experimental Determination of Dynamic Performance Parameters......Page 177
Questions......Page 179
Bibliography......Page 180
9.1 Definitions......Page 181
9.2.1 Point Precipitation Measurement......Page 182
9.2.2 Radar Rain Measurement......Page 197
Questions......Page 200
Bibliography......Page 202
10.1 Definitions......Page 204
10.2 Methods of Measurement......Page 207
10.2.1 Pyrheliometers......Page 208
10.2.2 Pyranometers......Page 209
10.2.4 Pyrradiometers......Page 212
10.3 Measurement Errors......Page 213
10.4 Exposure......Page 214
Questions......Page 215
Bibliography......Page 216
11.1 Definitions......Page 217
11.2 Measurement of Visibility......Page 219
11.2.1 Transmissometer......Page 220
11.2.2 Forward Scatter Meters......Page 221
11.3.1 Rotating Beam Ceilometer......Page 222
11.3.2 Laser Ceilometer......Page 223
Questions......Page 225
Bibliography......Page 226
12.1 Methods for Making Upper Air Measurements......Page 228
12.1.2 In-Situ Platforms......Page 229
12.2 Balloons......Page 230
12.3 Wind Measurement......Page 234
12.3.1 Theodolites......Page 235
12.3.3 Navigation Aids......Page 238
12.4 Radiosondes......Page 240
Questions......Page 243
Bibliography......Page 244
13 Sampling and Analog-to-Digital Conversion......Page 246
13.1 Signal Path......Page 247
13.3 Sampling......Page 248
13.4 Analog-to-Digital Conversion......Page 250
13.5 Information Content of a Signal......Page 254
Questions......Page 256
Bibliography......Page 258
International System of Units (SI)......Page 260
Numerical Values......Page 261
Bibliography......Page 262
B.1 A Thermistor......Page 263
B.2 A Circuit......Page 265
B.3 An Alternative Calibration Equation......Page 267
C.1 The Data Logger......Page 268
C.2 Application in a Measurement System......Page 270
D.1 Fundamentals......Page 273
D.2 Simple Circuits......Page 276
Questions......Page 279
E.2 Mathematical Coordinates......Page 281
E.3 Geophysical Coordinates......Page 282
A......Page 284
B......Page 285
C......Page 286
D......Page 287
E......Page 288
H......Page 289
I......Page 290
M......Page 291
P......Page 292
R......Page 294
S......Page 295
T......Page 296
W......Page 298
C......Page 300
G......Page 301
N......Page 302
R......Page 303
T......Page 304
W......Page 305