试验土壤机械组成的测定地理科学学院福建师范大学Word格式文档下载.docx
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围栏的北面正中开一小门，以便出入。
场内还应铺设宽约0.4—0.5m的小路，以利于保护草层，保持场内整洁，方便行走。
图1地面气象观测场
（二）观测场内的仪器布置要求
观测场内仪器的安置应当保持一定距离，互不影响，具体要求如下：
（1）仪器高的安排在北面，低的安在南面，东西成行，大体对称；
（2）仪器设备应安置在东西走向的小路的南侧，便于观测人员观测时能迅速从北面接近仪器。
观测次数多的仪器，尽量接近中间小路；
（3）百叶箱内的温度表安置的高度规定为1.5m；
（4）测量降雨量的雨量器的安置高度规定为70cm；
（5）测量风的仪器安置在距地面10m以上；
（6）观测场内的日射、日照仪器应在开阔的地方，并放在平台上。
而且日射仪器事先需要测定反射率。
（三）百叶箱的结构与作用
百叶箱的结构请通过实物的观察来认识。
百叶箱，四周是由两排薄的木板百叶组成，木板向内向外倾斜与水平方向成45o角。
箱底由三块木板组成，中间木板比两侧的木板高出一些，箱盖有两层，其间空气能流通。
为了避免太阳直接照射仪器，百叶箱要漆成白色，以防吸热过多，影响箱内气温。
图2百叶箱
百叶箱分大小两种，大百叶箱是安装温度、湿度自记仪器的，小百叶箱是安装干湿球和最高、最低温度表的。
百叶箱应水平地牢固地安装在一个特制的架子上，支架应牢固地埋入地下，其顶端高出地面125cm。
箱门朝正北。
箱内仪器的安装：
小百叶箱内的各种温度表都安置在箱内特制的铁架上，干湿球温度表应垂直固定在铁架两侧，干球在东，湿球在西，球部离地面1.5m，湿球的下方是一个带盖的水杯，水杯口离湿球约3cm，湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布通过杯盖上的狭缝引入水杯内。
最高温度表平放在铁架下面横梁上的钩中，球部中心离地为1.52m；
最低温度表放在最下面的钩上，球部中心离地为1.53m，二支表球部都向东。
大百叶箱内的温度计安装在前面的木架上，感应部分中心离地1.5m；
湿度计放在后面稍高的木架上。
百叶箱的作用如下：
（1）保持一定的通风与风速；
（2）防止太阳的直接辐射；
（3）防止仪器受到风、冰雹等的直接损坏。
（四）主要的测温仪器的结构与原理
1玻璃温度表
（1）结构：
主要由感应部位、套管、刻度尺、毛细管等组成。
（2）测温液体与测温原理：
测温液体是水银或酒精。
测温原理是热胀冷缩：
水银和酒精都具有比较明显的热胀冷缩的特性。
水银和酒精相比较，具有导热快，比热小，易提纯，沸点高（356.9℃）蒸汽压小，不与玻璃发生浸润作用等优点，所以用水银用感应液的温度表灵敏度和精确度都较高。
但是由于水银冰点比酒精高（－38.9℃），测定低温不适宜，而酒精冰点低（－117.3℃），用来测定低温比较好。
但酒精本身具有膨胀系数不够稳定，纯度较差，容易蒸发，以及与玻璃起浸润作用等缺点，所以一般情况下，不使用酒精温度表，只有在气温低于－36℃时，才按照《地面气象观测规范》规定使用酒精温度表。
因此，除了最低温度表用酒精作为感应液外，一般温度表多用水银。
最高温度表：
最高温度表除了与普通温度表所具有的结构外，在球部有一玻璃针毛细管内，使毛细管与玻璃针之间形成窄道，对水银的自由流动产生一定的阻力。
这一阻力小于球部水银的膨胀压力，而大于水银自身的收缩力。
温度升高时，球部水银体积膨胀，压力增大，迫使水银挤过狭管回至球部，因而水银柱就在狭管处断裂，于是狭管以上这段水银柱的顶端，就保持在过去一段时间内温度表所感受到的最高温度示度上。
最低温度表：
它的构造特点是：
毛细管较粗，内贮透明的酒精，在毛细管内酒精中有一个哑铃形的玻璃游标。
当温度下降时，酒精柱收缩，由于酒精柱顶端与游标接触时，其表面张力作用，带动游标下降；
当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱可以经过游标周围慢慢向前流动，而游标因顶端对管壁的摩擦力及本身的重力作用，仍停留在原位不动，因此它可以指示出一定时间间隔内曾经出现过的最低温度。
图3最高温度表的结构（玻璃针）
图4最低温度表
测定地温用的仪器有：
地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表、曲管地温表和直管地温表。
地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表这三支温度表与测定气温的干球温度、最高和最低温度表相同，只是由于地面温度变化范围较宽，它们的测量范围也较大。
并被安装在观测场的南边的地表面，球部一半埋于土中，一半露于外面，三支地温表并排放在地段中央偏东的地面上；
由北向南为地面温度表
（1）、地面最低温度表
（2）、地面最高温度表（3）、它们相互的距离为5－6cm。
图5地面温度表的安置
曲管地温表是测量浅层地温的仪器。
其温度表球部附近的管子弯曲成135°
角。
玻璃套管下部（自球部到温标的起点）用石棉灰充填，再用棉花堵塞和火漆固定，以防止玻璃管内空气的对流。
图6曲管地温表的埋设
2自计温度计
自记温度计是气象上常用的几种自记仪器中的一种。
自记仪器是自动记录气象要素在一天或一周内连续变化情况的一种仪器。
从仪器上还能知道气象要素在某段时间内的极值及其出现时间。
图7自记温度计
温度计由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。
感应部分：
是双金属片，它是由两片膨胀系数不同的金属片互相焊接在一起组成，上层为膨胀系数大的黄铜（α1=0.000017），下片为膨胀系数小的因钢（α2=0.0000015）。
当温度变化时，由于上下两片金属的膨胀量不同而发生弯曲，如果双金属片的一端固定，则当温度变化时，另一端（自由端）即发生位移。
传递放大部分：
感应部分的变化是很小的，因此必须利用杠杆来传递和放大。
自记部分：
是将传递放大的结果自动记录下来的部分。
包括自记钟、自记纸和自记笔等。
一般自记钟分日转和周转两类。
自记钟上放有记录纸，其纸上与纵轴垂直的水平线表示温度，通常每格为1℃。
竖的弧线为时间线。
自记钟旋转一圈之后，就更换自记纸（每日一次或一周一次），规定在14时观测后换纸。
自记笔尖内装有特制的墨水，由于自记钟时刻在运转，温度不断在变化，这样笔尖在自记纸上就连续画出温度随时间变化的曲线。
四观测方法和步骤
1玻璃温度表观测的注意事项：
（1）熟悉仪器的刻度，温度观测要求记录到0.1℃，初次使用一支温度表，应先了解其最小刻度单位。
（2）避免视差，视线应于水银柱顶端附近刻度线是否直来较正。
（3）动作迅速。
因温度表感应较快所以读数时动作要迅速，先读小数后读整数，同时注意勿使头、手和灯接近球部，并尽量不要对温度表呼吸。
（4）复读，复读是为了防止产生5℃和10℃的误差（有时也可能读错1℃或2℃）。
2最高温度表的调整
观测最高温度后，应按规定进行调整。
其方法是：
用右手紧握表中上部，球部向下，把手伸出和身体约成30o角，在水平面45o范围内剧烈甩动几次，待其示度与干球温度相差不到0.2℃时为止，最后，将调整好的最高温度表放回原来位置上时，注意手不能触及球部，先放球部，后放表身。
3最低温度表的调整
观测最低温度表之后，要进行调整，先将球部向上抬起，使游标到达酒精柱的顶端，与酒精面相接触，然后将最低温度表水平安装好。
4自计温度计
具体操作步骤如下：
①温度计的观测次数和温度表一样，每次读数后要用笔尖画短线做一记号。
②换纸时应注意写上年、月、日和上纸的时间及取下纸的时间。
③将纸裹在钟筒上卷紧，水平线对齐，底边紧贴筒底边缘并以压条固定。
④转动钟筒，使笔尖正对当时时间。
⑤推回笔档，使笔尖与钟筒接触，做记号，重新检查一遍后，关上合盖。
自记温度计要注意维护，经常保持清洁，对感应部分不要用手及其他物体碰撞。
当感应有灰尘时可用细毛笔及时除掉。
经常注意自记录是否清晰、有无中断现象，笔尖墨水是否足够，自记钟是否停摆等。
五思考与练习
1．如何选择观测场地才能保证气象站所观测的数据具有代表性？
2．观测场内的仪器布置有何要求？
3．为什么北半球百叶箱的门要朝北开？
4．百叶箱有哪些作用？
大、小百叶箱各放置了哪些仪器？
5．玻璃液体温度的测温原理是什么？
比较水银与酒精温度表的优缺点。
6．最高与最低温度表构造与性能是哪些？
7．温度表误差的主要来源有哪些。
避免或减小使用上误差的方法有哪些？
8．在观测完最高与最低气温后，如何调整最高、最低温度表？
9．双金属片温度计的工作原理是什么？
10．地面温度表是如何放置于地面进行观测的？
曲管地温表的结构与普通温度表有何不同？
实验二湿度的观测与查算
掌握湿度观测的常见仪器、工作原理和观测方法。
1常见湿度观测仪器的结构
2湿度的测定原理
3湿度的观测与求算方法
三测湿仪器的构造及原理
1固定式干湿球温度表测量湿度原理：
固定式干湿球温度表是由两支相同形状的水银（或酒精）温度表组成。
球部包有湿润纱布的叫湿球温度表，另一支叫干球温度表，干湿球温度表安置在百叶箱中。
当空气中水汽未饱和时，湿球纱布上的水分就会不断蒸发，而蒸发要消耗热量，此热量是从湿球本身及周围的簿层空气中吸得的，当湿球因蒸发所消耗的热量和周围空气中获得热量相平衡时，湿球温度并不再下降，这时干湿球士度就有一个差值，这个差值的大小取决于空气的湿度，湿度越小，蒸发越快，湿球温度降得愈多，干湿球温度差就越大，相反，湿度越大，蒸发越慢，湿球温度降得愈少，干湿球温度差就越小。
如果空气已经饱和状态，则蒸发停止，湿球温度就不会下降，于是，干湿球温度相等，此外，湿球蒸发的快慢还和气压、风速有关，气压愈高，风速愈小，蒸发愈慢，反之，蒸发愈快。
因此，根据干湿球温度差，计算空气湿度时，还要考虑当时的气压和风速。
图8干湿球温度表的安装
计算空气湿度的基本公式是e=Et’-AP（t-t’）
式中的E为绝对湿度；
Et’为湿球饱和水汽压，A为干湿球温度表测湿系数，它不是一个常数，其数值决定于湿球部附近空气的流速。
在计算空气的湿度时，假定百叶箱内风速为0.8m/s，其干湿球温度表测湿系数A为0.0007947。
当e值求得后，利用相对湿度公式R=e/E*100%，即求得相对湿度，在实际工作中，湿度的计算是利用湿度查算表进行查算。
2毛发湿度计
人的头发经过脱脂后会随着空气相对湿度变化而有改变长度的特性。
实验表明，当相对湿度由0％增加到100％时，毛发伸长量为原来长度的2.5％，但在不同湿度上其伸长量是不均等的。
利用这一特性可以制成毛发湿度表和毛发湿度计。
湿度计是自动记录相对湿度连续变化的仪器。
它和温度计一样，构造也分三部分。
感应部分也分三部分。
感应部分是一束毛发，传递放大部分比较特殊，是采用两次放大的杠杆装置，自记部分（自记钟、纸、笔），与自记温度计相同。
湿度计安放在大百叶箱温度计的后方。
图9毛发湿度表
1固定式干表湿表测量湿度方法和步骤
要测定湿度，必须测定干湿球温度。
测定干湿球温度的步骤是读取干湿球温度表的示度值，（注意湿球沙布是否结冻）然后进行器差校正。
固定干湿表测定温度准确性与湿球示度准确性有密切关系。
要使湿球示度准确，主要在于使湿球表面有良好的蒸发和同周围环境空气有良好的热交换，为此要求：
（1）湿球表面纱布必须经常保持湿润，读数前要适时查看湿球表面纱布情况。
如果水分不足应及时加水或进行补充湿润。
（2）使用纯净水：
含有杂质的水会使蒸发量减少，使湿球温度示值升高，影响结果的准确性。
（3）使用吸湿性能良好的纱布，保持球部从水杯中源源不断的吸收水分而保持湿润。
纱布吸湿性能的测定：
将纱布垂直浸入水中。
以15分钟吸水7-8厘米为良好。
如果没有脱脂纱布可用放在碱水中煮沸过的细白布或麻纱布。
纱布脏污了要及时更换。
（4）纱布结冻后，必须在每次观测前融冰。
融冰方法是：
用一杯和室温相同（水温不可过高，能将湿球冰层融解即可）的蒸馏水，将湿球的球部全部浸入水杯中，使球部原有的冰全部溶解。
从湿球的示度情况可以看出冰是否溶解完全，如果示度很快上升到0℃，然后停留一段时间再上升，即表明冰以全部融化，待冰壳融化后，用杯沿将聚集在纱布头上的水滴除去，通过溶冰，球部就有足够的水分或保持完整的冰衣，保证正常蒸发，并使球部同周围空气能充分进行热量交换，从而获得正确的湿球示度。
湿球温度一般比干球温度低或二者相等。
但在降水浓雾天气情况下，可能发现湿球温度高于干球温度，这时应以干球温度为准，将湿球示度改为干球温度相等来查算温度。
图10毛发湿度计
操作方法与自计温度计的观测基本相同。
当湿度计笔尖100超过时，估计读数，若笔尖超出钟筒，则在记录栏内记“－”表示缺测。
超出范围较大，需进行调整。
湿度计时间记号的方法与换纸方法与温度计相同。
湿度计的毛发应保持清洁，切勿用手触摸。
毛发上如有雾淞、冰、雪等，就轻敲金属架，使它脱落。
如敲不下，只能把湿度计暂时放在室内，使它自然干燥。
切勿把仪器接近火炉。
放回室内这段时间的记录，作缺测处理。
毛发测湿仪器常产生如下一些误差：
首先毛发对相对湿度的感应存在着滞后性，试验表明，毛发表的指标常常落后于湿度的实际变化。
气温愈低，滞后时间愈长。
到－40℃以下，毛发几乎失去感应能力。
另外，毛发本身的长度也随温度的变化而胀缩，同时，固定毛发的金属架随温度的升降也有胀缩，这些都是引起毛发测湿误差的原因。
3湿度的查算步骤
（1）根据干湿球温度t和tw查出n值。
（2）根据n值和气压值P，查出湿球温度订正值△tw。
（3）根据tw和△tw算出气压订正后的湿球温度。
（4）根据t和订正后的tw查出水汽压e，相对湿度U，和饱和差Td。
1．影响水面蒸发的因素有哪些？
2．干湿球温度表如何能测定空气的湿度？
3．自已观测干湿球温度表，并进行湿度的查算。
4．毛发测湿的原理是怎么样的？
5．湿度计的结构与工作原理如何？
实验三降水、蒸发、日照和天气现象观测
了解降水、蒸发、日照测定仪器的构造及工作原理，掌握这些仪器的使用方法；
了解常见天气现象及记录规定。
1观察降水、蒸发、日照测定仪器的构造并掌握其工作；
2掌握降水、蒸发、日照测定仪器的使用方法；
3常见天气现象的定义及记录规定
三仪器的构造、原理及使用方法
（一）降水观测
1雨量器
雨量器为一金属圆筒。
目前我国所用的是筒口直径为20cm的雨量器。
它包括接水的漏斗、收集雨量的储水瓶和外套筒，并配有专用的雨量杯。
漏斗口为正圆形，斗口内直、外斜呈刀刃形，以防止雨水溅失。
雨量杯是一个特制的玻璃杯，杯上的刻度一般到10mm，第一小格代表0.1mm，每一大格为1mm。
由于量杯的口面积比雨量筒的口面积小得多，所以降水量能测得0.1mm的精确度。
图11雨量器
图12雨量杯
2虹吸雨量计
虹吸雨量计是记录降水自记仪器，它能连续记录液体降水量和降水时数，从降水记录上还可了解降水强度。
雨量计承水口的直径为20cm。
虹吸雨量计由接水器、浮子室、自记钟、虹吸管组成。
最上部分的接水器类似雨量器，其承接的雨水由漏斗进入铜墙铁壁套管而进入浮子室。
浮子室内有一浮子，浮子上有一直杆，直杆的顶端从浮子室伸出来，自记笔就固定在它上面。
这样，当雨水进入浮子室后水面升高，浮子跟着升高，笔杆也随着上升，带有特制墨水的笔尖就在自记纸上连续记下降水量变化的曲线。
浮子室还安装有一虹吸管，当浮子室内的水达到一定高度后（10mm降水），水就通过虹吸管的作用自动抽出，浮子也随之下降，带动笔尖返回到自记纸的0刻度位置，接着随着降水过程的进行，浮子随浮子室的水位升高而抬升，周而复始，至第二天更换降水记录纸。
图13虹吸雨量计
图14翻斗式遥测雨量计
图15翻斗式遥测雨量计记录器
3翻斗式遥测雨量计
翻斗式遥测雨量计是由感应器、记录器等组成的有线遥测雨量自记仪器。
它可测量及记录液体降水量、降水起止时间和降水强度。
其承水器品径为20cm，测量最小的降水量为0.1mm。
（1）感应器的构造：
主要由承水器、上翻斗、计量翻斗、下翻斗（计数翻斗）等组成。
上翻斗与计量翻斗是两个对称的三角形容器，下翻斗是两个对称的方形漏斗，在下翻斗上还装有磁钢，磁钢极性与转轴垂直。
（2）感应器的工作过程：
雨水由承水器汇集，经漏斗进入上翻斗。
当上翻斗承积的降水量为某一数量时，上翻斗翻转，翻斗的另一边开始承水上面流下的水；
上翻斗翻转时倒下的水，经过节流片流入计量翻斗。
当计量翻斗承接的水量达到0.1mm时，翻斗计量把降水倒入下翻斗，使下翻斗跟着翻转一次。
在下翻斗翻转时，磁钢对固定其上的扫描一次，干簧管因磁化而闭合一次。
（3）记录器的构造和使用：
记录器主要由计数器、电磁步进记录笔组、自记钟及控制线路板组成。
当感应器送来一个脉冲记号，电磁铁即吸合一次，棘爪推动棘轮前进一齿，并使进给轮跟着旋转，进给轮带动履带运动，履带则带动自记笔记录。
在电磁铁吸动100次后，自记笔和履带脱开，自记笔下落，回到自记纸的0线位，再重新开始记录。
（二）蒸发测定仪器
目前气象台站用和E601型蒸发器来测定每日的蒸发量，蒸发量以mm为单位，精确至0.1mm。
小型蒸发器的构造：
小型蒸发器由蒸发罩和口径为20cm的承水器组成，承水器高约10cm，旁有一嘴，用以倒出尚未蒸发完的水量到雨量量中进行测定余量，蒸发罩用以防止鸟兽饮水。
降水时则应取下罩子，以免雨滴溅入承水器内。
蒸发量的测定一般是前一天20时有专用的量杯量取20mm（原量）倒入承水器中，24小时后，即当日20时，再倒出剩余水量（余量）进行量测。
在24小时之内无降水的情况下，原量与余量之差就是当日的蒸发量；
若在24小时期间有降水产生，则蒸发量=原量+降水量—余量。
图16小型蒸发器及蒸发罩
（三）日照观测
太阳直射光照射某一地点时间的长短称为日照时间（实际日工照时数），而一地太阳的中心从日出到日落的时间，为可能日照时数，前者与后者之比称为日照百分率。
测定日照时数的仪器常用暗筒式日照计。
（1）暗筒式日照计的构造：
仪器主体为一金属圆柱筒，筒的一边密闭，一端有盖。
筒子的上部有一隔光板。
在隔光板两侧的筒壁上各有一个小孔，太阳的直射光可从小孔射入。
筒内有一弹性压纸夹，用以固定日照约。
圆筒下部有固定螺旋，可调节纬度刻度盘的仰角至当地的纬度。
（2）仪器的安装：
筒轴要对准正北；
纬度的刻度盘要调到当地的纬度；
底座应水平固定于高约1.2m的水泥柱或木柱上。
（3）观测方法：
①感光药的配制：
在夜间，将赤血铁、柠檬酸铁铵与水以1：
3：
10的比例混匀，然后用刷子把药液刷在空白的日照纸上，凉干后，通常把它们夹于书籍中备用。
②换纸：
每日在日落后换日照纸。
先将日照计筒盖打开，取下压纸夹，取出日照纸，再将填好时间等信息的涂有感光药的备用日照纸卷成圆筒状插入筒内，使纸的上午时间线对准筒口白线，注意纸孔不能把进光小孔遮挡，最后把压纸条压上，盖好筒盖。
③换下的日照纸，在感光迹线的下面用直尺和铅笔画出感光迹线的长度，然后用清水浸泡4-5分钟，洗去多余的感光药，待凉干后，分段比较感光迹线和铅笔线的长度，如感光线长度大于铅笔线则应将铅笔线补上，并按最后的铅笔线的长度计算日照时数，精确到0.1小时。
图17暗筒式日照计
（四）天气现象观测
天气现象是指在大气中、地面上产生的降水、水汽凝结物（云除外）、冻结物、干质悬浮物和光、电现象，也包括一些风的特征。
台站应观测和记录视区内出现的5.1所列的现象。
1、雨·
-----滴状的液态降水，下降时清楚可见，强度变化较缓慢，落在水面上会激起波纹和水花，落在干地上可留下湿斑。
2、阵雨
----开始和停止都比较突然，强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴。
3、毛毛雨，-----稠密、细小而十分均匀的液态降水，下降情况不易分辨，看上去似乎随着空气微弱的运动飘浮在空中，徐徐落下。
迎面有潮湿感，落在水面无波纹，落在干地上只是均匀地润湿地面而无湿斑。
4、雪＊----固态降水，大多是白色不透明的六出分枝的星状、六角形片状结晶，常缓缓飘落，强度变化较缓慢。
温度较高时多成团降落。
5、阵雪
----开始和停止都较突然、强度变化大的降雪。
6、雨夹雪
---半融化的雪（湿雪），或雨和雪同时下降。
7、阵性雨夹雪
----开始和停止比较突然、强度变化大的雨夹雪。
8、霰
---白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2---5毫米，下降时常呈阵性，着硬地常反跳，松脆易碎。
9、米雪
----白色不透明的比较扁的或比较长的小颗粒固态降水，直径常小于1毫米，着硬地不反跳。
10、冰粒
----透明的丸状或不规则的固态降水，较硬，着硬地一般反跳。
直径小于5毫米。
有时内部还有未冻结的水，如被碰碎，则仅剩下破碎的冰壳。
11、冰雹△–坚硬的球状、锥状或形状不规则的固态降水，雹核一般不透明，外面包有透明的冰层，或由透明的冰层与不透明的冰层相间组成。
大小差异大，大的直径可达数十毫米。
常伴随雷暴出现。
12、冰针
---飘浮于空中的很微小的片状或针状冰晶，在阳光照耀下，闪烁可辨，有时可形成日柱或其它晕的现象。
多出现在高纬度和高原地区的严冬季节。
13、雾≡---大微小小滴浮游空中，常呈乳白色，有雾时水平能见度小于1.0千米。
高纬度地方出现冰晶雾也记为雾。
14、轻雾
---微小水滴或已湿的吸湿性质粒所构成的灰白色的稀薄雾幕，出现时水平能见度为1.0---10.0千米以内。
15、露
---水汽在地面及近地面物体上凝结而成的水珠（霜融化成的水珠，不记露）
16、霜
---水汽在
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