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气象学实验报告

作者:币游 发布时间:2020-07-04 16:30 点击数:

  实习一日射观测 [实习目的] 通过本实习了解测定辐射强度、光照强度和日照时 数的仪器及其测量原理,掌握测定辐射强度、光照强度和日照时数 的方法。 [实习仪器] 总辐射表、直接辐射表、散射辐射表、净辐射表、 照度计、日照计等。 [实习内容] 一、气象观测场简述 观测场是获取地面气象资料的主要场所,应设在能较好地反映 本地较大范围气象要素特点的地方,避免受局部地形的影响。观测 场四周必须空旷平坦,避免设在陡坡、洼地或邻近有丛林、铁路、 公路、工矿、烟囱、高大建筑物的地方。在城市或工矿区,观测场 应选择在城市或工矿区最多风向的上风方向。观测场边缘与四周孤 立障碍物的距离,至少是该障碍物高度的三倍以上;距离成排的障 碍物,至少是该障碍物高度的十倍以上;距离较大水体(水库、湖 泊、河流、海洋等)的最高水位线m 以上。 观测场四周十米范围内不能种植高秆作物,以保证气流畅通。 观测场大 小应为 25 25m2。场地平整并保持有均 20cm。场内铺设30~50cm宽的小路,为保护场地自然状态,只准 在小路上行走。场内不准种植作物。观测场四周设高度1.2m 围栏,以保护仪器设备。观测场内应保持整洁,经常清除树叶、纸屑等杂物。有积雪时, 除小路上的积雪可以清除外,应保护场地积雪的自然状态。 场内仪器的布置,要互不影响并便于观测操作,如图 1-1。仪 器布置的具体要求是:高的仪器安置在北面,低的仪器安置在南面, 东西成行,南北交错。仪器间的南北间距不小于 3m,东西间距不 小于4m,仪器距围栏不小于3m。观测场门最好开在北面。仪器安 置在紧靠东西向小路 的南面,观测人员应从 北面接近仪器。 二、辐射强度的观测 量辐射强度的 仪器统 称为辐 射表。 辐射表根据热电效应原理制成,感应元件由感应面和热电堆组成, 图1-1 气象观测场简图 图1-2 辐射表安装图 感应面上涂有高吸收率的黑色涂层,绕线型电镀式多接点热电堆采 用康铜或锰铜镀层,热接点在感应面上,冷接点通常位于机体内。 当感应面接收到辐射能时,温度升高,热电堆冷热接点间产生温差, 形成电位差(或称电动势),电位差的存在产生了电流,电流大小 与接收到的辐射强度成正比。辐射表广泛用于气象、农业、环境、 生态、太阳能利用、建筑等专业。 辐射仪器的安装总辐射表、直射辐射表、散射辐射表、反射辐射表和净辐射表, 应安装在符合条件的场地,并避开有地方性雾、烟尘等大气污染严 重的地方。测量来自天空的各种辐射时,要求仪器上方不能有任何 障碍物影响;测量来自地面的各种辐射时,要求有一个空旷、无障 碍物、有代表性下垫面的地方。 地面气象观测场符合辐射观测条件的,可在场地南边扩出10 25m2(南北10m,东西25m)场地或另辟符合要求的88m2 场地作 为辐射观测场,四周架设围栏,仪器安装在观测场地的中部。场内 浅草平铺,草高不超过 20cm,并铺以小路,冬季积雪时不要破坏 雪面自然状态。 若无法开辟专用观测场地,也可在地面观测场内南边的空旷处, 安装辐射仪器。如果地面气象观测场不符合辐射观测条件的,可将 总辐射表、直接辐射表、散射辐射表安置在天空条件符合要求的楼 顶平台上,而将反射辐射表和净辐射表安置在符合条件、有代表性 下垫面的地方。 辐射仪器应安装在特制的台架上,台架采用牢固的不易变形的 材料,如木材或金属,通常漆成灰色 或黑色。全部仪器可安装在一个或几 个台架上,离地面高度为1.5m,辐射 表排列的原则是:各仪器间应间隔一 定距离,一般高的仪器安装在北面, 低的在南边,各辐射表互不影响,台架上辐射表的安装位置参照图 1-2。辐射表的输出端用专用防水屏蔽电缆线与仪器显示记录部分 连接。 (二)总辐射表 总辐射表又称天空辐射表、反射辐射表,用于测量总辐射和反 射辐射。 水平面上, 立体角内所接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和称为总辐射。测量总辐射时总辐射表感应面应向上水平安装。 反射辐射是指投射的总辐射被地表 面所反射及仪器与地面之间的大气所 散射的太阳辐射。测量反射辐射时总辐射表感应面应向下水平安 1.TBQ-2总辐射表 TBQ-2 总辐射表见图1-3,由感应元 件、玻璃罩和附件组成。 图1-3 TBQ-2总辐射表 感应元件由感应面和热电堆组成,感应面为圆形,表面为高吸 收率的黑色涂层,热电堆为绕线型电镀式多接点热电堆,并配有温 度补偿电路。玻璃罩为半球形双层石英玻璃罩,经精密的光学冷加 工磨制而成,用于防止外界环境对感应元件性能的影响,以减少测 量误差。附件包括机体、干燥器、白色挡板、底座、水准器、接线 柱和保护罩等。 TBQ- 总辐射表的测量光谱范围为 0.3~3.0μ 的太阳短波辐射,灵敏度为7~14 VW-1m2,响应时间30S。总辐射表安装时要使感应面处 于水平状态,并将接线柱导线与辐射记录仪连接起来。调整水平的 方法是调整底座上三个水平调整螺旋,使水准器气泡位于中央。测 量总辐射的总辐射表安装时感应面向上。测量反射辐射的总辐射表 安装时感应面向下,并将白色挡板翻过来装,以避免雨水积聚。 2.DFY-4 总辐射表 DFY-4总辐射表见图1-4,其构造原理、 技术指标、安装使用方法与TBQ-2 总辐射表基本相同,但外形轮廓 稍大,感应面为方形。 (三)直接辐射表 直接辐射表又称日射表,用于测量太阳直接辐射。 图1-4 DFY-4总辐射表 图1-5 DFY-3直接辐射表 直接来自日盘的太阳辐射称为太阳直接辐射。实际测量的太阳 直接辐射包含从太阳中心外延大约 2.5半角内的太阳直接辐射 和狭窄的环形天空的散射辐射(环日辐射)。 1.DFY-3 直接辐射表 DFY-3 直接辐射表见图1-5,由进光筒、感应元件、跟踪架(赤 道架)和附件组成。 进光筒是一个金属圆筒,筒内有多层黑色的环形光栏,筒口半 开敞角约为321′,筒口装有石英玻璃片。进光筒前有一金属箍 用来安放各种滤光片。进光筒两端分别固定有两个小圆环,筒口圆 环上有一小孔,筒末端圆环白色盘有一黑点,小孔和黑点的连线与 筒中轴线相平行,如果光线透过小孔后光点落在黑点上,说明进光 筒已对准太阳。 感应元件由感应面和热电堆组成。感应面涂有高吸收率的黑色 涂层,热电堆为绕线型电镀式多接点热电堆。 跟踪架是支撑进光筒并使之自动跟踪太阳的一种装置,由钟机、 讯号发生器和电源等组成。 DFY-3 直接辐射表的测量光谱范围 为0.3~3.0μ 7~14μVW-1m2,响应时间 35S,跟踪精度为24h1。 直接辐射表安装时要使底座上的方 位线对准南北线,底板处于水平状态,纬度刻度盘对准当地纬度, 并将接线柱导线与辐射记录仪连接起来。测定南北线的方法主要有 经纬仪法和铅垂线法等。经纬仪法是在真太阳时的正午,用经纬仪 观测太阳,然后降低物镜到水平面一点,此点与观测点的连线,即 为南北线,在晴朗的夜晚用经纬仪观测北极星也可确定出南北线。 铅垂线法是在真太阳时的正午,使用铅垂线,铅垂线的投影即为南 北线。使底板水平的方法是转动底板上的水平调整螺旋,使水准器 气泡位于中央。使纬度刻度盘对准当地纬度的方法是松开纬度刻度 盘上的螺旋,转动刻度盘使之对准当地纬度,然后转紧螺旋。 DFY-3 直接辐射表没有微动螺旋,转动进光筒对准太阳时,应 先松开进光筒固定螺旋,对准光点 后,再拧紧固定螺旋。跟踪观测一 段时间后,若发现导线绕住时应及 时放松,方法是在夜间或不观测时 松开进光筒固定螺旋,向相反方向 旋转进光筒直至导线完全放松,再 拧紧固定螺旋。 2.TBS-2 直接辐射表 TBS-2 直接辐射表见图1-6,其构造原理、技术指标、安装使用 方法与DFY-3 型直接辐射表基本相同。TBS-2 直接辐射表有微调螺 旋,转动进光筒时必须使用方位、仰角微调螺旋,逐渐对准光点, 图1-6 TBS-2直接辐射表 图1-7 DFP-1散射装置 使进光筒对准太阳。 (四)散射辐射表 散射辐射表又称天光漫射辐射表,用于测量散射辐射。 散射辐射是指被大气散射和反射,而从 球面度的立体角投射到仪器水平感应面上的太阳辐射,又称天光漫射。实际测量散射 辐射时将总辐射中的太阳直接辐射遮蔽后即测得散射辐射,散射辐 射表通常由总辐射表配上遮蔽太阳直接辐射的遮光装置(遮光环、 遮光球或遮光板)构成。 1.DFP-1 散射装置:见图1-7,由总辐射表和DFP-1 遮光装置 两部分组成。 遮光装置由遮光环、标尺、丝杆调整螺旋、支架、底板等组成, 总辐射表安装在支架平台上。遮光环的宽度为65mm,直径为400mm, 固定在标尺的丝杆调整螺旋上,其作用是保证从日出到日落能够连 续遮蔽太阳直接辐射。标尺上刻有纬度刻度与赤纬刻度,标尺与支 架固定在底板上。 散射辐射表安装时,使标尺指向正南 北方向(遮光环丝杆调整螺旋柄朝北), 转动底板上的水平调整螺旋使底板水 平,按当地地理纬度固定标尺位置,将 总辐射表安装在支架平台上并调整水 平,按当日的太阳赤纬调整遮光环使之 恰好全部遮住总辐射表的感应面和玻璃罩,并将接线柱导线与辐射 记录仪连接起来。 2.TBD-1 散射装置:见图1-8,由总辐射表和TBD -1 遮光装置 两部分组成。遮光装置采用遮光球,由电动机带动自动跟踪太阳以 遮蔽太阳直接辐射。此外,还有采用手动遮光板的散射装置。 (五)净辐射表 净辐射表又称净全辐射表,用于测量净辐射。 由天空(包括太阳和大气)向下投射 的和由地表(包括土壤、植物、水面) 向上投射的全波段辐射量之差称为地面辐射差额,又称净全辐射, 简称净辐射。净辐射是研究地表热量收支状况的主要资料。 1.DFY-5 净辐射表:见图1-9,由感应元件、薄膜罩和附件组 感应元件由上下两个感应面和热电堆组成,感应面为方形,能吸收波 长为0.3~100μ 全波段辐射,热电堆两端分别与上下两个感应面相接。 由于上下感应面接收到的辐射强度 不同,使得热电堆两端产生温度差,其输出的温差电动势与上下感 应面接收的辐射强度的差值成正比。 为防止风的影响和保护感应面,上下感应面均装有聚乙烯薄膜 罩。薄膜罩为半球形,边缘用橡皮密封圈、压圈密封固定。 附件主要有表杆、干燥器、上下水准器、上下金属盖、橡皮球 图1-9 DFY-5净辐射表 图1-8 TBD-1散射装置 等。干燥器装在表杆内,内装硅胶,橡皮球用于充气,使上下薄膜 罩充成半球形。 DFY-5 净辐射表的测量光谱范围为0.3~100μ 的全波段辐射,有长波与全波段两个灵敏度,均在7~14μ VW-1m2,响应时间 60s。白天(净辐射为正值)采用全波段灵敏度,夜间(净辐射 为负值)采用长波灵敏度。 净辐射表安装时应将感应面调整水平,并将导线与辐射记录仪 连接起来。 2.TBB-1 净辐射表:见图1-10,其构造原理、技术指标、安装 使用方法与DFY-5 净全辐射表基本相同。但外形轮廓稍大,感应面 为圆形,测量光谱范围为0.27~3μ 波辐射。(六)管型辐射表 管型辐射表又称管状辐射表,用于测量植物群落中的太阳辐射 强度。 TBQ-3 管型辐射表见图1-11,安装时应将感应面调整水平,并 将导线与辐射记录仪连接起来。 图1-11 TBQ-3管型辐射表 图1-12 TBQ-4-1分光谱辐射表 (七)分光谱辐射表:用于测量太阳总辐射和红外、可见、紫 外光谱辐射强度。 TBQ-4-1 分光谱辐射表见图1-12,其构造原理、安装使用方法 与TBQ-2 总辐射表基本相同。双层玻璃罩的内罩为石英玻璃,外罩 为光学玻璃,主要有WB280、JB400、HB700 玻璃罩。带WB280 玻璃 罩的辐射表可测量太阳总辐射强度;带WB280 玻璃罩的辐射表和带 JB400 玻璃罩的辐射表配合,可测量太阳红外辐射强度;带JB400 玻璃罩的辐射表和带HB700 玻璃罩的辐射表配合,可测量太阳紫外 辐射强度。 (八)辐射记录仪 辐射记录仪在辐射测量时与辐射表连接,是辐射观测专用数据 采集系统。可自动记录辐射强度的瞬时值、小时累值、日累值、日 最大值等。 JY4795智能日射记录仪是一种用微处理机控制的五通道数字式 辐射记录仪,可同时接不同类型的5 个辐射表,机内自带微型打印 DRB-C日射记录仪是一种用单片机控制的单通道数字式辐射记 录仪,可接不同类型的辐射表。 RYJ-2 和RYJ-4 全自动辐射记录仪是用PC 型微机控制的多通 道数字式辐射记录仪,可同时接5个或5个以上不同类型的辐射表, 主机可对数据进行处理并储存两天的连续观测资料,数据可也可通 过屏幕调阅或打印在纸带上。 三、光照强度的观测 照度计是测量光照强度(简称照度)的仪器,根据光电效应的 原理制成。感光元件为光敏半导体(光电池),通常采用硅(或硒) 光电池。当光线投射到光电池上时,光电池将光能转化为电能,反 映在电流表上,电流强度与光照强度成 正比。 照度计有指针式和数字式两种,均 由感光元件和电流表两部分组成,如图 1-13。电流表直接显示出光照强度读 数,单位为勒克斯(lx 或Lux)。 测量光照强度时将光电池的插头插入电流表输入插口,光电池 置于被测点,将电流表上的电源开关拨向“开”位置,打开光电池 遮光罩,选择相应的量程开关,由电流表读出被测点的光照强度读 使用照度计时应注意防止光电池的老化,不要让光电池长时间暴露在光线(尤其是强光)下,测量时 一般在强光下暴露时间不超过30 光下不超过60秒,不测量时应盖上遮光 罩;使用指针式照度计时应防止电流过 大损坏电流表,测量时量程选择应从高 量程开始,如电流表指针偏转不显著, 图1-13 照度计 再顺次选择降低量程;要注意保持感应面的干洁;测量时,感应面 朝向可选择向上或与太阳直射光线垂直。 另外,还有一种相对照度表,用来测定作物群体内的相对照度。 相对照度是群体内光照度与外界自然光照度的百分比。 相对照度表配有两个感光探头,一个置于植株外自然光照下称 为强光探头,另一个置于植株间弱光照下称为弱光探头,两个探头 为电桥的两个桥臂,应用平衡电桥的原理,可测得株间光和自然光 两个照度值的比例,即农田中的相对光强。 四、日照时数的观测 太阳从一地的东方地平线跃出到落入西方地平线以下所经历的 时间,称为可照时间。太阳在一地实际直射地面的时数,称为日照 时数或实照时数。 测定日照时数的仪器称为日照计,有暗筒式(乔唐式)日照计 和聚焦式(康培司托克式)日照计两种。 常用的是暗筒式(乔唐式)日照计,利 用感光显影原理,根据感光迹线长短来测定日照时数。 暗筒式日照计由记录用的暗筒、调节筒轴倾角的支架和固定方 位的底座组成,如图1-14。 暗筒两侧各有一个进光孔,分别用于上午和下午进光。筒内放 置涂有感光药液的日照记录纸(日照纸),日照纸上午靠近筒口, 下午靠近筒底,纸上标有时间刻度线 小时。 日照计应安装在四周无障碍物,太阳终年从日出到日没均能照 图1-14 暗筒式日照计 射到的地方。安装时使纬度盘对准当地地理纬度,底座保持水平, 筒口朝北,筒轴对准南北线。 日照计每天换纸一次,在日落后进行。换纸(纸上涂上感光和 显影混合液)时使日照纸上10 形金属压条压住日照纸并盖上日照计筒盖,再检查一下进光孔,看看有无杂物堵塞,如有则用细针将其剔除。将换下的日照纸,立即 在感光迹线下描画出等长的铅笔线 分钟, 阴干后将感光迹线与铅笔线相比较,若感光迹线长于铅笔线,则延 长铅笔线,使之与感光迹线等长,若铅笔线长于感光迹线,则仍以 铅笔线为准。最后根据铅笔线的长度计算出当天的日照时数,精确 到0.1 小时。 感光药液是将感光药剂----柠檬酸铁铵〔Fe2(NH4)3(C6H5O7) 3〕与水按照3:10 的比例配制成溶液后用褐色瓶装好放置在暗处, 将显影药剂----赤血盐〔K3 Fe(CN)6〕与水按1:10 的比例配成 溶液用瓶装好也放置在暗处。使用时,在暗处取等量溶液混合后, 用棉花均匀地涂在日照纸上。 一年中,感光迹线有时偏上,有时偏下,这是由于太阳直射点 在一年中南北移动所造成的。夏半年(春分~秋分)时,北半球太 阳偏北,感光迹线偏下,呈凹形;冬半年(秋分~春分)时,北半 球太阳偏南,感光迹线偏上,呈凸形;在春分和秋分时,太阳直射 赤道,感光迹线为直线。 日照时数与可照时间之比的百分数,称为日照百分率,即: 理论可照时数实际日照时数 日照百分率 [实习作业]1.辐射表测量辐射强度的基本原理如何?辐射表主要有哪些类 2.照度计测量光照强度的基本原理如何?使用照度计应注意哪些事项? 3.昆明(2501′N)某年8 日的日照时数是7.6小时, 求该日的日照百分率。 4.某地(3200′N)某年的年总日照时数是 2088.6 小时,求该年的日照百分率。 实习二 温度观测 [实习目的] 通过实习掌握各种常用温度表和自 记温度计的构造原理和使用方法,并能独立完成测温 仪器的安装、观测读数和温度记录的整理工作。 [实习仪器] 普通温度表、最高温度表、最低温 度表、曲管地温表、自记温度计、百叶箱等。 [实习内容] 一、测温原理及温标 任何物质的温度变化,都会引起自身特性的改变。热胀冷缩反 映了物质物理特性(体积大小)与温度之间的定量关系,我们可以 利用物质的这种特性来测量研究对象的温度大小及其变化。 温标是用于衡量物体温度大小的量度标尺。制定温标时,常以 标准大气压力下纯水的冰点和沸点作为基准点,再把这两点之间等 分为若干份,每份为一度。常用的温标有摄氏温标、华氏温标和绝 对温标,我国的气象工作和日常生活中均采用摄氏温标。三种温标 的换算关系如下: 摄氏温标C: 32)绝对温标K: 二、温度表的种类及构造原理温度表(玻璃液体温度表)一般采用水银或酒 精作为测温液体,利用水银或酒精热胀冷缩的特性 来对温度进行测量。温度表主要由感应球部、毛细管、刻度磁板和 外套管四个部分构成,如图2-1,读数精确到0.1。常用的温度 表主要有以下四种: 1、普通温度表 普通温度表用于读取观测时的温度,一般采用水银温度表。测 量地面温度的普通温度表称 地面普通温度表。测量空气 温度的普通温度表称为干球 温度表,如果普通温度表的 感应球部包裹着湿润的纱布,便为湿球温度表,湿球温度表和干球 温度表配合可测量空气湿度。干、湿球温度表主要有百叶箱干湿表 和通风干湿表,通风干湿表常用于小气候观测和野外考察观测。 图2-1 普通温度表 2、最高温度表 最高温度表用来测量一段时间内出现的最高温度。其构造与普 通温度表基本相同,不同之处是将最高温度表靠近球部的毛细管制 成更细小的狭窄细管,或在 球底部固定一枚玻璃针,针 尖插入毛细管内使这一段毛 细管变窄,如图2-2。升温时, 感应球部受热,球部水银体积 膨胀,压力增大,迫使水银挤过窄口进入毛细管;降温时,球部水 银体积收缩,但由于水银体的内聚力小于通过窄口时的摩擦力,毛 细管中的水银无法缩回球部,水银柱在窄口处断裂,窄口以上的水 银柱仍停留在原处。因此,水银柱上端的示数即为过去一段时间内 曾经出现过的最高温度。 3、最低温度表 最低温度表用来测量一段时间内出现的的最低温度。最低温度 表以酒精作为测温液体,在温度表毛细管的酒精柱中,有一个可以 移动的藏青色(兰色)小游标,如图2-3。当温度下降时,毛细管 中的酒精向感应球部收缩,由于酒精柱凹面的表面张力大于毛细管 壁对游标的摩擦力,游标被酒精柱凹面推着向低温方向移动;而当 温度上升时,酒精体积膨胀,由于此时酒精对游标的作用力小于毛 细管壁对游标的摩擦力,膨胀的酒精可由游标的周围慢慢通过,酒 精不能带动游标移动,游标仍停留在原处。因此,游标远离感应球 图2-2 最高温度表 图2-3 最低温度表 部一端所示的温度,即为过去一段时间内曾经出现过的最低温度。 4、曲管地温表 曲管地温表用来测量浅层土壤温度,它也以水银作为测温液体, 表身靠近感应球部处弯曲成135的折角。一套曲管地温表通常有 四支,分别测量5、10、15、20cm 深度的土壤温度,测量的深度越 深,表身的长度越长,使安装时曲管地温表的示数部分都能露在地 面上,便于观测读数。 三、温度表的安装和观测方法 百叶箱百叶箱是安置测量空气温、湿 度仪器用的,可防止太阳对仪器的 直接辐射和地面对仪器的反射辐 射,保护仪器免受强风、雨雪等的 影响,并使仪器感应部分有适当的 通风,能感应外界环境空气温度和湿度的变化,我国百叶箱内的平 均自然通风速度为0.4ms-1。 百叶箱有大小两种。小百叶箱内部高537mm,宽460mm,深290mm, 安装干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表和毛发湿 度表。大百叶箱内部高 612mm,宽460mm,深 460mm,安放双金属 片温度计和毛发湿度计。百叶箱四壁均由两层薄的木板百叶组成, 木板向内或向外倾斜45角;箱底由三块木板组成,每块宽110mm, 中间一块稍高;箱盖有两层,其间空气能自由流通。为减少日射影 图2-4 小百叶箱内仪器的安装 及干、湿球温度表 响,百叶箱内外均涂成白色,使其具有良好的反射能力。 百叶箱牢固地水平安装在一个高出地面125cm 的百叶箱架上, 箱门对准正北,门下百叶箱架旁安放一个小的台阶梯,以便观测。 (二)百叶箱内仪器的安装 在小百叶箱的底板中心,安装 一个温度表支架,干球温度表和湿 球温度表垂直悬挂在支架两侧,球 应球部距地面1.5m高。湿球温度 表球部包扎一条纱布,纱布的下端浸到一个带盖的小水杯内,杯中 盛蒸馏水,杯口距湿球感应球部约3cm,如图2-4。在温度表支架 下端的横梁上有两对弧形钩,最高温度表和最低温度表均横放在弧 形钩内,球部朝东。最高温度表放在较高的一对横钩上,球部稍向 下倾斜。最低温度表放在稍低的一对横钩上,球部稍向上倾斜。 大百叶箱内,靠前的下面的架 子上放置双金属片温度计,温度计 感应部分离地面 1.5m。靠后的上 面的架子上放置毛发湿度计。 (三)地温表的安装 地温表常用的主要有地面温度表(地面普通温度表、地面最低 温度表和地面最高温度表)和曲管地温表,安装在地面气象观测场 内靠南侧的面积为24 平方米的裸地上。 图2-5 曲管地温表的安装 地面三支温度表水平地平行安放在地面上,从北向南依次为地面普通温度表、地面最低温度表和 地面最高温度表,相互间隔约5cm, 温度表感应球部朝东,感应球部和表身一半埋入土中,一半露出地 曲管地温表安装在地面最低温度表的西边约20 cm 10、15、20cm深度顺序由东向西排列,感应部分朝北,表间相隔 约10cm,表身与地面成 45的夹角,如图 2-5。安装时,先挖一 段长度约40cm 的沟,沟的北壁(A’O)垂直向下,它自东向西北方 向伸展,与东西向的南壁(AO)成 30的夹角,南壁(A0)随深 度挖成与北壁(A’O)成45交角的斜坡面,如图2-6。再用卷尺 沿沟的南壁量出各地温表的水平位置,在北壁量取所需深度,并在 该深度处作一水平小洞穴,然后分别把地温表放入沟内,使球部嵌 入北壁小洞,并检查深度是否准确,最后小心地用土将沟填平。 (四)温度的观测方法 在常规地面气象观测中,温度在每天02、08、14、20 时(北京 时)进行观测。最高温度和最低温度每天观测一次,在20 时进行, 读数后要对最高温度表和最低温度表进行调整。 在对温度表进行观测读数时,视线应平视,先读小数,后读整 数,精确到一位小数。读取最低温度时视线应平视对准游标远离球 部的一端,观测最低温度表酒精柱时,视线应对准酒精凹面中点的 位置。 图2-6 安装曲管地温表的小沟 最高温度表的调整方法是:用手握住表身中部,球部向下,手 臂伸直,稍离身体向前后甩动,直到毛细管水银柱示数接近当时的 普通温度。调整后放回原处时,应先放感应球部,后放表身,以免 毛细管水银上滑。 最低温度表的调整方法是:将感应球部向上抬起,表身倾斜使 游标滑动回到毛细管酒精柱的顶端。调整后放回原处时,应先放表 身,后放感应球部,以免游标下滑。 小百叶箱内的观测顺序是:干球温度表、湿球温度表、最低温 度表酒精柱、最高温度表、最低温度表游标、调整最高温度表和最 低温度表。 大百叶箱里,先观测双金属片温度计,后观测毛发湿度计,读 数后要作时间记号。 地温表的观测顺序是:地面普通温度表、地面最低温度表酒精 柱、地面最高温度表、地面最低温度表游标、5cm、10 cm、15 cm、 20 cm 曲管地温表、调整地面最高温度表和最低温度表。最低温度 表每天 08 20时二次观测读数。在高温季节时,最低温度在 08 时观测,观测后将地面最低温度表收回,放在阴凉处或室内(出 现雷雨天气时应及时将最低温度表放回原处),20 时观测时再放回 原处。 (五)温度表的器差订正 温度表由于制造的材料、技术和测温液体(水银或酒精)日久 分化等原因,都存在不同程度的仪器误差,这种仪器误差简称器差。 将每支温度表和标准温度表进行鉴定比较,得出温度表的误差订正 值,并制成温度表的器差表,列在温度表的鉴定证上。 温度表的观测读数必须进行器差订正,消除温度表本身的误差 后,才能得到实际的温度值。订正公式为: 实际值 器差(订正值)四、双金属片自记温度计 能够自动记录温度连续变 化的仪器称为自记温度计,简 称温度计,通常所讲的温度计 是指感应部分为双金属片的 双金属片自记温度计。温度计 能够自动记录空气温度的连 续变化,但其精确度比温度表差,使用时要用温度表来对温度计的 记录进行订正。 (一)双金属片自记温度计的构造原理 双金属片自记温度计由感应部分(双金属片)、传递放大部分(杠 杆)、自记部分(自记钟、笔挡、自记笔、自记纸)组成,如图2-7。 双金属片自记温度计的感应部分为一片弯曲的双金属片,由两 片热胀系数不同的金属溶接 而成。当温度变化时,由于 两种金属膨胀或收缩的程度不同,致使双金属片的弯曲程度发生改 变。双金属片的一端固定在支架上,另一端连接在杠杆上,当双金 图2-7 DWJ1型双金属片自记温度计 属片变形时,通过所连接的杠杆装置,带动自记笔尖在自记纸上画 出温度变化的曲线。 自记纸卷在一个圆柱形的自记钟筒上,并用压纸金属条固定。 自记钟和自记纸都有日记型和周记型两种,温度自记纸上的弧形纵 座标为要素,横座标为时间刻度线。温度自记纸上温度刻度线。日记 型自记纸上横座标每一分格表示15 分钟,使用期限为一天,每天 14 时更换自记纸;周记型自记纸上每一分格表示 小时,使用期限为一星期。 双金属片自记温度计放置在大百叶箱内靠前的下面的架子上, 读数后要作时间记号。 (二)自记记录的订正 由于自记钟筒走时快慢,感应部件反应的滞后,传递机械的摩 擦等原因,自记纸上的读数往往存在误差,这需要进行时间订正和 读数订正。 1.时间订正 时间订正是以观测时所作的时间记号作为订正的依据。时间记 号超过正点线时,时差为正;时间记号不到正点线时,时差为负。 具体订正方法如下: 总变差(T)等于本次时间差(Tn)与上次时间差(T0)之差,即:T T0各时变差(T)等于总变差除以两次定时观测时间间隔 各时时间差(Tn)等于上次时间差T0加上各时变差T 与上次 观测的时间间隔n(小时数)之乘积,即:Tn 各时的正确时间等于自记纸上各正点时间加上当时的时间差,并将各时的正确时间用铅笔在自记纸上画出时间记号。 2.读数订正 读数订正的具体订正方法如下: 先记下02 时、08 时、14 时、20 时四次定时观测的实测温度值 (经过器差订正后的干球温度),读出02 时、08 时、14 时、20 的温度计读数值,并算出这四次的器差。再按各时间记号,读出其它各时的温度计读数值。然后分别求出各时器差。最后求出各时的 正确值。 五、注意事项 (1)熟悉仪器的刻度 初次使用一支温度表,应先了解其最小 刻度单位,以免读错。 (2)避免视差 视线应与水银柱顶端在同一平面内,否则读数 将有误差。 (3)动作迅速 因温度表感应较快,所以读数时动作要迅速。 同时注意勿使头、手等接近温度表感应球部,并尽量不要对着温度 表呼吸。 (4)复读 防止出现1、2、5和10的读数误差。 (5)保持仪器清洁 温度计要保持清洁,对感应部分不要用手 及其他物体去碰,当感应部分有灰尘时可用细毛笔及时刷掉,并经 常注意自记记录是否清晰,有无中断现象,笔尖墨水是否足够,自 记钟是否停摆等。 [实习作业] 1.普通温度表、最高温度表和最低温度表的构造原理有何不 2.最高温度表、最低温度表的观测及调整方法如何?3.温度计02 时观测时的时间记号超过正点线 时时间订正后的正确时间。 4.如下表所示,实际温度值08 时为14.3,14 时为16.O, 20 时为14.6,温度计各时次读数值如下表,求各时的正确值。 时间 08 09 10 11 12 13 14 13.013.5 13.9 14.2 14.8 15.0 15.5 时间15 16 17 18 19 20 16.216.0 15.8 15.5 15.1 14.8 5.地温观测:项目 地面温度 普通温度 地中温度 厘米10 厘米 15 厘米 20 厘米 6.气温观测: 项目 温度计时间: 实习三大气中的水分观测 [实习目的] 通过实习掌握空气湿度、降水、蒸发的观测方法。 [实习仪器] 百叶箱干湿表、通风干湿表、毛发湿度表、毛发 湿度计、雨量器、雨量杯、虹吸式雨量计、蒸发皿等。 [实习内容] 大气中的水分观测包括空气湿度观测、降水观测和 蒸发观测三个方面。 一、空气湿度的观测 空气湿度通常使用百叶箱干湿表、通风干湿表、毛发湿度表和 毛发湿度计等仪器来进行观测。 (一)百叶箱干湿表 利用干湿表法测量空气湿度的仪器是一对干湿球温度表,干湿 球温度表由两支型号完全一样的温度表组成, 一支测量空气温度,称为干球温度表,另一支 感应球部包扎着纱布,如图3-1,纱布用蒸馏 水浸湿,并保持湿润状态,称为湿球温度表。 在空气未饱和时,湿球纱布水分蒸发,蒸发消 耗的热量直接来自湿球温度表的感应球部及 球部周围的空气,因此湿球温度表的示数低于 干球温度表的示数,其差值称为干湿差。空气 湿度越小,湿球纱布水分蒸发越快,消耗的热量越多,干湿差越大; 反之,干湿差就越小。因此,根据干湿球温度表的示数,通过查表 或计算,可以得到各种空气湿度参量值。 百叶箱干湿表的安装见实习二中有关部分。在寒冷季节,当气 温达到0或0以下时,湿球可能结冰,为保持湿球的正常蒸发, 应将湿球纱布在感应球部以下2~3mm 处剪除,同时将水杯拿回室 内。在观测前须先进行湿球溶冰,将湿球感应球部浸入从室内带来 的水杯里(水温应和室温相近),使纱布充分 浸透,待纱布上的冰完全溶化(判断冰层是否 完全溶化,可从湿球温度表示数的变化看出:如果示数很快上升到 0,稍停一会再向上升,就表示冰已溶化),然后把水杯移开。溶 冰时间的长短,对湿球温度示数有很大的影响,必须根据不同情况 灵活掌握:当湿度、风速中常时,在观测前30 分钟左右进行;湿 度很小,风速很大时,在观测前20 分钟内进行;湿度很大,风速 很小时,要在观测前50 分钟左右进行。在规定的观测时间内,待 湿球示数稳定后进行读数,读数时注意湿球纱布是否再冻结,如已 冻结,应在湿球读数记录右上角记一“B”字。 为了保证湿球纱布有良好的蒸发状态,必须使纱布保持清洁、 柔软和湿润,浸湿纱布必须用蒸馏水或经过过滤的雨水。湿球纱布 应经常更换,一般每周一次,如遇风沙等天气使纱布明显沾有灰尘 时,应立即更换。 必须正确地包扎纱布以保证湿球表面处于良好的蒸发状态,使 湿球温度表显示正确的示数。更换纱布时,取下湿球温度表,解下 旧纱布,用清洁的水将感应球部洗净。取长约10cm 脱脂纱布,在 图3-1 湿球纱布的包扎 蒸馏水中浸湿后包扎在感应球部上,纱布在感应球部上重叠部分应 尽可能减少,不能超过球部圆周长的1/4,纱布一端与感应球部上 部相齐,另一端垂在球部下边。最后先用纱线扎紧纱布上端,再用 纱线将球部下边的纱布在紧靠球部处扎好,使纱布紧贴球部,但不 得过紧,以免纱布吸水不良,影响湿球的湿润。 (二)通风干湿表 通风干湿表又称“阿斯曼”,是 野外测量空气温度和湿度的常用仪 器。通风干湿表的测湿原理和百叶 箱干湿表相同,其构造如图3-2。通 风干湿表利用机械装置进行强制通 风,保证温度表感应部分周围的通 风速度稳定在 2.5ms -1 。干湿球温 度表的感应球部装在双重金属护管 内,护管通过三通管和中央圆管与通风器相通。仪器附件有湿润纱 布用的吸储水橡皮囊、挡风罩等。由于通风干湿表表面镀有反射性 能很好的镍或铬,同时温度表感应球部又处于能防止热传导的双重 护管中,所以它可以在太阳光下进行观测。但由于有金属机械部分, 故不能在雨天使用,以免机械生锈。 在观测前为了使温度表感应部分与环境空气之间的热量交换达 到平衡,在正式观测前必须把通风干湿表挂在测杆上暴露一段时 图3-2 通风干湿表 间,通常要暴露10 分钟以上,一般夏天可暴露15 分钟,冬天可暴 露半小时,以消除温度差异。同时为了感应周围空气温、湿度环境 状况,还须上发条通风。在进行读数前4 分钟按下列步骤完成准备 工作: 湿润湿球纱布:用橡皮囊吸满蒸馏水(水温应同当时气温相 近),管口向上,轻捏橡皮囊,使玻璃管中水面升到离管口约 1cm 处,将玻璃管插入湿球感应球部的护管里,8~10 秒钟后抽出。每 湿润一次纱布,白昼可维持8~10 分钟,夜间可维持20 分钟。 上发条通风:上发条时不要上得过满,以免折断发条。 悬挂:将通风干湿表悬挂在测杆上,感应部分处在所要测量 的高度。当所测的高度在50cm 或以下时,通风干湿表可以水平悬 挂在测杆的钩子上,以便于观测读数。 上述步骤结束后即可按相应的观测程序进行读数,先读干球, 后读湿球。读数时切忌用手接触双重护管,身体也不要与仪器靠得 过近。当风速大于4ms -1 (相当于3 级风)时,应将防风罩套在通 风器的迎风面上,并使罩的开口部分顺着风扇旋转的方向。 在一次观测中,一个通风干湿表可以用来观测几个不同高度的 空气温、湿度。当一个高度观测完毕,移到另一高度时,要先上3~ 圈发条让其通风1分钟后再读数。必须注意的是:观测时一定要 待温度表的示数稳定后才能读数,如果通风器风扇转速有所减慢, 须再上发条。此外,湿球纱布应保持洁白,注意及时更换。 (三)空气湿度查算方法 1.利用干湿表的测湿公式计算空气湿度 干湿表的测湿公式为: E’-AP(t-t’)式中:e为实际水汽压(hPa)。E’为湿球温度t’下的饱和水汽 压(hPa), 可用湿球温度t’在《饱和水汽压表》中查出。A为干 湿表的测湿系数,取决于通风速度和温度表感应球部的形状,当湿 球未结冰时,球状百叶箱干湿表的 为0.000857,柱状百叶箱干湿表为0.000815,通风干湿表为0.000662;当湿球结冰时,球状 百叶箱干湿表为0.000756,柱状百叶箱干湿表为0.000719,通风 干湿表为 0.000584。P为大气压强(hPa),由气压表测量,实际 计算中常取P=1000 hPa。t 为干球温度()。t’为湿球温度()。 t-t’为干球、湿球的温度差(干湿差)。 相对湿度 r=e/E100% 饱和差 在《饱和水汽压表》中查出。2.用湿度查算表查算空气湿度 从百叶箱干湿表或通风干湿表读取干球温度和湿球温度后,可 以由《湿度查算表》查出水汽压、相对湿度和露点温度。在农业上 相对湿度最为常用,可以由《空气相对湿度查算表》用湿球温度和 干湿差查算出空气的相对湿度。由于百叶箱干湿表和通风干湿表的 通风速度不同,因此所对应的查算表也不同,百叶箱干湿表使用《百 叶箱干湿表空气相对湿度查算表》,通风干湿表使用《通风干湿表 空气相对湿度查算表》。 (四)毛发湿度表 毛发湿度表简称毛发表,是利用脱脂毛发吸 湿后长度增加,干燥后长度缩短的原理制造的, 能够直接测量空气的相对湿度。 人发表面有许多平行分布的小孔,这些小孔 中的气体可与外界空气自由交换。空气中的水汽 在小孔中凝结成水,由于水的作用,小孔膨大, 使毛发伸长。空气中相对湿度越高,在小孔中凝结的水也越多,毛 发伸长的也越多,当空气中相对湿度降低时,小孔中的一部分水滴 蒸发,小孔缩小,毛发缩短。 毛发湿度表的构造如图3-3。毛发的一端固定在调整螺丝上,另 一端固定在一个可以绕轴旋转的摇臂上,摇臂上固定有指针。当空 气相对湿度增大时,毛发伸长,摇臂受重锤的作用向下偏转,指针 向右偏转;当空气相对湿度变小时,毛发缩短,毛发带动摇臂向上 偏转,指针向左偏转。指针在刻度盘上指示出当时空气的相对湿度 毛发湿度表刻度盘上的刻度通常是不均匀的,这是因为毛发长度随相对湿度的变化量不是线性的,相对湿度 较低时变化量较大,相对湿度较高时变化量相对较小,因此在毛发 湿度表的刻度盘上,通常相对湿度低的一侧刻度较疏,相对湿度高 图3-3 毛发湿度表 的一侧刻度较密。 毛发湿度表的读数要根据干湿球法所测的湿度进行订正。实际 观测中仅在气温低于-10的寒冷冬季才使用毛发湿度表测量空气 湿度,在气温降到-10以前的一个半月内,每天定时观测干湿表 和毛发湿度表,把干湿球法查得的相对湿度与毛发表读数对应点绘 在座标纸上,并绘出相关曲线,即为毛发湿度表的订正线。 空气湿度很高时,毛发湿度表的指针经常超出刻度范围,此时 应对毛发湿度表进行调整,调整应在编制订正图前且空气相对湿度


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