Meteorological measurement systems [illustrated edition] 0195134516, 9780195134513

Table of contents :
Front Matter......Page 1
Table of Contents......Page 0
Preface......Page 3
Table of Contents......Page 4
1.1 Instrument Design and Selection......Page 9
1.1.2 Functional Model......Page 10
1.1.3 Sources of Error......Page 12
1.1.3.4 Exposure......Page 13
1.2.3 Exposure......Page 14
1.2.4 Procedural......Page 15
1.3.2 Communication Systems......Page 16
1.3.2.2 Direct Radio......Page 17
1.3.3 Power Source......Page 18
1.4.2.2 Performance......Page 19
1.4.4 Interpretation of Sensor Specifications......Page 20
1.4.5 Interpretation of Results......Page 21
1.4.6.2 Improved Measurement System Design......Page 22
1.5 Quality Assurance......Page 23
1.5.1 Laboratory Calibrations......Page 24
1.5.3 Data Monitoring......Page 25
1.5.5 Independent Review......Page 26
Questions......Page 27
Bibliography......Page 28
General Instrumentation References......Page 29
2.1 Atmospheric Pressure......Page 30
2.2 Direct Measurement of Pressure......Page 31
2.2.1 Mercury Barometers......Page 32
2.2.2 Aneroid Barometers......Page 37
2.3 Indirect Measurement of Pressure......Page 41
2.3.1 Boiling Point of a Liquid......Page 42
2.4 Comparison of Barometer Types......Page 45
2.4.3 Hypsometer......Page 46
2.5 Exposure Error......Page 47
2.6 Laboratory Experiment......Page 48
2.7 Calibration of Barometers......Page 50
Questions......Page 51
Bibliography......Page 53
3.1 Some Definitions......Page 55
3.2 Static Calibration......Page 57
3.2.1 Definition of Terms Related to the Transfer Plot......Page 58
3.2.2 Calibration Procedure......Page 60
3.2.2.1 Bias, Imprecision, and Inaccuracy......Page 62
3.3 Example of a Static Calibration......Page 64
3.4 Multiple Sources of Error......Page 65
3.5 Significant Figures......Page 66
Questions and Problems......Page 68
Bibliography......Page 69
4. Thermometry......Page 70
4.1.1 Bimetallic Strip......Page 71
4.1.2 Liquid-in-Glass Thermometer......Page 73
4.2 Thermoelectric Sensors......Page 75
4.3.1 Resistance Temperature Detectors......Page 78
4.3.2 Thermistors......Page 82
4.4 Comparison of Temperature Sensors......Page 84
4.5 Exposure of Temperature Sensors......Page 85
Questions......Page 90
Bibliography......Page 92
Notes......Page 93
5.1 Water Vapor Pressure......Page 94
5.2 Definitions......Page 97
5.3.2 Addition of Water Vapor to Air......Page 101
5.3.3 Equilibrium Sorption of Water Vapor......Page 104
5.3.3.1 Electric Hygrometers......Page 106
5.3.4 Measurement of Physical Properties of Moist Air......Page 108
5.3.4.1 Spectroscopic Hygrometer......Page 109
5.3.5.1 Dew- and Frost-Point Hygrometer......Page 112
5.3.5.2 Saturated Salt Solution......Page 114
5.4 Choice of Humidity Sensor......Page 115
5.5 Calibration of Humidity Sensors......Page 116
5.6 Exposure of Humidity Sensors......Page 118
Questions......Page 119
Laboratory Exercises......Page 121
Bibliography......Page 122
Notes......Page 124
6. Dynamic Performance Characteristics, Part 1......Page 125
6.1 First-Order Systems......Page 126
6.1.1 Step-Function Input......Page 127
6.1.2 Ramp Input......Page 130
6.1.3 Sinusoidal Input......Page 131
6.2 Experimental Determination of Dynamic Performance Parameters......Page 133
6.3 Application to Temperature Sensors......Page 134
Questions......Page 135
Bibliography......Page 136
7.1 Methods of Measurement......Page 137
7.1.1.1 Cup and Propeller Anemometers......Page 138
7.1.1.2 Wind Vanes......Page 143
7.1.1.3 Drag Cylinder or Sphere......Page 145
7.1.1.4 Pitot-Static Tube......Page 147
7.1.2 Heat Dissipation......Page 148
7.1.3 Speed of Sound......Page 149
7.4 Wind Data Processing......Page 152
Questions......Page 153
Bibliography......Page 155
8.1 Generalized Dynamic Performance Models......Page 159
8.2 Energy Storage Reservoirs......Page 160
8.3.1 Step Function Input......Page 162
8.3.2 Ramp Input......Page 165
8.3.3 Sinusoidal Input......Page 166
8.4 Application to Sensors......Page 167
8.5 Experimental Determination of Dynamic Performance Parameters......Page 170
Questions......Page 172
Bibliography......Page 173
9.1 Definitions......Page 174
9.2.1.1 Accumulation Gauges......Page 175
9.2.1.3 Optical Rain Gauge......Page 182
9.2.1.4 Calibration......Page 185
9.2.1.5 Exposure......Page 186
9.2.1.6 Sources of Error......Page 187
9.2.2 Radar Rain Measurement......Page 190
Questions......Page 193
Bibliography......Page 195
10.1 Definitions......Page 197
10.2 Methods of Measurement......Page 200
10.2.1.1 Primary Standard Pyrheliometers......Page 201
10.2.2 Pyranometers......Page 202
10.2.2.1 Photovoltaic Detectors......Page 204
10.2.4 Pyrradiometers......Page 205
10.3 Measurement Errors......Page 206
10.4 Exposure......Page 207
Questions......Page 208
Bibliography......Page 209
11.1 Definitions......Page 210
11.2 Measurement of Visibility......Page 212
11.2.1 Transmissometer......Page 213
11.2.2 Forward Scatter Meters......Page 214
11.3.1 Rotating Beam Ceilometer......Page 215
11.3.2 Laser Ceilometer......Page 216
Questions......Page 218
Bibliography......Page 219
12.1 Methods for Making Upper Air Measurements......Page 220
12.1.2 In-situ Platforms......Page 221
12.2 Balloons......Page 222
12.3 Wind Measurement......Page 226
12.3.1 Theodolites......Page 227
12.3.3.2 OMEGA......Page 230
12.3.3.3 GPS......Page 231
12.4 Radiosondes......Page 232
Questions......Page 235
Bibliography......Page 236
13. Sampling and Analog-to-Digital Conversion......Page 238
13.1 Signal Path......Page 239
13.3 Sampling......Page 240
13.4 Analog-to-Digital Conversion......Page 242
13.5 Information Content of a Signal......Page 246
Questions......Page 248
Bibliography......Page 250
International System of Units (SI)......Page 251
Numerical Values......Page 252
Bibliography......Page 253
B.1 A Thermistor......Page 254
B.2 A Circuit......Page 256
B.3 An Alternative Calibration Equation......Page 258
C.1 The Data Logger......Page 259
C.2 Application in a Measurement System......Page 261
D.1 Fundamentals......Page 264
D.2 Simple Circuits......Page 267
Questions......Page 270
E.2 Mathematical Coordinates......Page 272
E.3 Geophysical Coordinates......Page 273
Appendix F: Instrumentation Glossary......Page 275
A......Page 290
C......Page 291
D......Page 292
E......Page 293
G......Page 294
H......Page 295
L......Page 296
P......Page 297
R......Page 299
S......Page 300
T......Page 302
U......Page 303
W......Page 304