实验教材.docx

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实验教材

前言：

根据高等师范院校地理系教学大纲的要求，为了配合《气象学与气候学》的教学，帮助学生掌握气象观测、天气图分析的技能，了解天气预报的方法，并能进行气候资料的统计和气候调查，编写了《气象学与气候学实习》试用教材。

本教材包括三部分内容：

一是气象观测：

着重介绍地面气象要素（包括气温、湿度、气压、风、云、天气现象、能见度等）的观测；二是天气预报简介：

如何看电视中的天气预报，天气预报中的符号，如何看天气预报图；三是气候资料整理和气候调查。

实习一　　建立观测场地

一·观测场地的要求：

1、观测的目的：

（1）通过大量的、系统的、连续的观测，掌握大气中不断发生的各种物理现象和物理过程的基本规律和特点，并将所观测的资料进行分析综合整理得出正确的结论。

（2）通过观测使学生熟悉气象观测仪器的使用，同时加深和验证课堂上所学的内容。

（3）通过观测初步学会气象观测的基本技能和方法。

（4）通过观测初步学会建立小型气象园的步骤、要求等。

2、环境要求：

场地代表本地区较大范围气象要素特点和天气、气候特征的地方，避免局部地形的影响。

一般要求场地平坦空旷，四周没有高大建筑物、树林和大水池的地方。

观测场地的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，成排的障碍物，至少是该障碍物高度的10倍以上，四周不应种高秆作物，以保证气流的通畅。

3、场地大小的要求：

观测场地大小应为25×25m2；如果条件限制，可为16（东西向）×20（南北向）m2。

中学气象园的大小可根据学校场地的条件而定，尽可能符合国家气象局的规定，可采用16×20m2的面积，但不要小于5×4m2　，否则仪器相距太近，相互遮挡，影响观测质量，而且影响活动的进行。

4、观测场内的要求

观测场地要求平整，不应有洞穴、坑洼，突起的地方，否则仪器安置不易达到水平的要求。

由于一般地区下垫面绿色植物分布的面积最广，所以观测场内应种植浅草，土壤应保持当地的结构特征，同时在场内要铺设0.3－0.5米宽的小路（不能用沥青铺面），保持场内整洁，方便行走，以免踏平草层。

为了保护场内仪器设备，观测场四周应设高度为1.2米的稀疏围栏（铁丝网、铁栏杆、竹围栏等），保持气流通畅。

围栏的北面正中开一个小门，方便出入。

要保持场内整洁，当草高超过20厘米时，要剪短，将草及时运出场地。

在冬季降雪时，除小路和百叶箱顶壁的积雪可以清除外，场内积雪应保持原状，使其自然融化。

二·观测场内的仪器的安置

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。

如图1－1。

3.百叶箱内的温度表安置的高度规定为1.5米。

4.测量降雨量的雨量器的安置高度规定为70厘米。

5.测量风的仪器安置在距地面10米以上。

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。

图1－1　　观测场内仪器的布置

　三·观测时间　　　

1.每日以北京时间02、08、14、20时进行四次气候观测，部分观测站、哨仅进行08、14、20三次气候观测。

2.定时观测项目表

时间

02081420

08

14

20

日落后

观测时间

云、能见度、天气现象、空气的温度、湿度、风、气压、0－40厘米地温

降水、冻土、雪深、雪压、地面最低温度

80－320厘米地温、换温度、气压、湿度自记纸

降水、蒸发、最高、最低气温和地面最高、最低气温，并调整观测表放回原位

日照计换纸

3.温度、湿度气压等要素尽可能接近正点观测，而目测项目如云、能见度等可在正点观测前进行观测。

4.气象要素均以北京时间20时日界，自记记录以24时为日界，日照计以日落为界。

5.中学气象园观测项目，每天观测三次，在不影响教学工作的前提下，可以提前一小时，在07、13、19时观测。

　　　　实习二　　　空气温度的观测

空气温度是表示冷热程度的物理量。

它是最基本的气象要素之一。

大气中所发生的热力过程和许多天气现象都与大气温度有密切关系。

同时，气温也是构成一地气候的重要因素，特别是农作物的生长、发育与气温、地温有着密切的关系。

为了能定量的表示温度，就必须选定一个衡定温度的标准尺度，简称温标，我国采用的是摄氏温标（℃），它是以标准大气压力下的纯水的冰点为0º，沸点定为100º，以冰点和沸点作为两个基点，其间划分成100等分，每等分称为1º。

一·测温原理

任何物质温度变化都会引起它本身的物理特征与几何形状的改变。

利用物质这一特性，确定它与温度间的数量关系，就可以作为测温仪器的感应部分，制成各种各样的温度表。

常用的温度表有以水银或酒精为感应液的玻璃液体温度表。

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。

当温度表与空气接触时，球部与空气间便发生热量交换。

如果空气湿度升高，温度表球部便吸收空气中的热量，球部的玻璃和水银（酒精）都受热而膨胀，然而水银（酒精）膨胀量远比玻璃大，所以一部分水银（酒精）被迫进入毛细管中，于是毛细管内水银柱便随之升高，直到热量交换平衡时为止。

这时水银柱（酒精柱）随之下降。

反之，气温降低时，毛细管内的水银柱（酒精柱）随之下降，直到热量交换平衡为止。

因此，温度表水银柱（酒精柱）的示度也能表示气温的高低。

二·几种液体温度表

1.普通温度表（干湿球温度表）

　　普通温度表是由球部、套管、白磁刻板及顶部所组成的水银温度表。

如图2－1。

它的特点是：

如前所述毛细管内水银柱的示度，随着被测物的温度变化而变化。

因而可以测出任意时刻被测物的温度。

气象站、哨是用一对规格相同的普通温度表测定空气的温度和湿度，因此又称为干湿球温度表。

2.最高温度表

最高温度表也是一种水银温度表。

用以测定一定时间内的最高温度。

它与普通温度不同的地方在于球部。

最高温度表的球部有一玻璃针，伸入毛细管，使球部与毛细管之间形成一窄道。

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。

最高温度表为了防止重力作用，应水平安放，为了防止水银柱滑向头部，也可将头部稍放高一点。

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0.2º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。

最高温度表的水银柱是只上升不下降的，如果发现最高温度表水银柱已经下降，则此表已失去了最高温度表的性能，不能继续使用，应予以撤换。

3.最低温度表

测定一定时间间隔内的最低温度，用最低温度表。

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。

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。

三·空气温度表的安装

测定空气温度的仪器，应放在防止太阳直接照射，又能防止强风、雨淋、雪盖，并能使空气自由流通的保护装置内。

目前观测台站用的保护装置就是百叶箱。

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。

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125厘米。

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，干湿球温度应垂直固定在铁架两侧，干球在东，湿球在西，球部离地面1.5米，湿球的下方是一个带盖的水盂，水盂口离湿球约3厘米，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盂内。

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1.5米；最低温度表放在最下面的钩上，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1.5米；湿度计放在后面稍高的木架上。

百叶箱内外要保持清洁，大雨、大雪后，要及时将箱内的雨水擦干净，以免影响记录的准确性。

四·温度表的观测

按规定时间首先读干球，后读湿球，记录之后再复读一次，然后读最高温度，最低温度，复读记录后，调整最高、最低温度表，放置最高温度表时，要先放球部，后放头部以免水银上滑。

观测温度表须注意下列事项：

必须保持视线和水银柱顶端高度齐平，以避免由于视差而使读数偏高或偏低。

温度表是很灵敏的仪器，所以读数时应迅速，勿使头部、手和灯接近表的球部，不要对着温度表呼吸。

观测后应复读一次读数，避免发生读错，特别是5º、10º或零上零下看颠倒等大差错。

上述温度表观测后，然后观测大百叶箱内的自记温度计、湿度计。

五·自记温度计

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。

温度计由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。

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。

具体操作步骤如下：

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。

换纸时应注意写上年、月、日和上纸的时间及取下纸的时间。

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。

转动钟筒，使笔尖正对当时时间。

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。

　　　实习三　　地面温度的观测

地温包括地面土壤温度（地面温度）和地中土壤温度（地中温度）。

站、哨一般可根据需要观测地面（包括0厘米、最高、最低温度）浅层（地中5、10、15、20厘米）和较深层（地中40、80、160、320厘米）三个层次的地温。

一·地温表：

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。

这三支温度表与测定