气压与风的测定.docx

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气压与风的测定

第7章气压和风的测定

实习一气压的测定

气压式作用在单位面积上的大气压力。

气压以hPa为单位，取一位小数。

一、实习目的

掌握测量气压的各种仪器的构造、原理和使用方法。

二、实习仪器

1.水银气压表、空盒气压表、气压计。

2.自计纸。

三、仪器的构造原理及使用

（一）水银气压表

1.水银气压表的构造

水银气压表是性能稳定，精度较高的气压测定仪器。

它是用一根一端封闭的玻璃管装满水银，开口一端倒插入水银槽中，管内水银柱受重力作用而下降，当作用在水银槽水银面上的大气压强于玻璃管内水银柱作用在水银槽内水银面上的压强相平衡时，水银柱就稳定在某一高度上，这个高度即表示出当时的气压。

动槽式（福丁氏）水银气压表由内管、外套管与水银槽3部分组成。

其主要特点是有一个“固定零点”，每次观测时，须将水银面调整到这个零点上。

内管是一根直径约8mm，长约90cm的玻璃管，顶端封闭，底端开口，灌满十分纯净的水银，装在气压表的套管中，用数个软木圈支柱，开口的一端插入水银槽里。

外套管系用黄铜制成。

它具有保护内管的作用，同时刻有标尺。

套管顶端有悬环，上半部前后都有长方形窗孔，用来观测内管中水银柱的高低，转动游尺手轮，可用标尺和游尺来测定气压的整数和小数的示度。

铜套管下部装有一支附属温度表，其球部在内管和套管之间，可用来测定水银及铜套管的温度，套管下端与水银槽相连接。

水银槽的上部主要是一个皮囊，系用很软的羊皮制成，其特性是能通气而不漏水银。

指示零点刻度的是尖端朝下的象牙针。

槽的下部是一个用以调节水银面的调节螺丝。

2.水银气压表的安装

水银气压表应安装在室内气温变化小，既通气又无太大的空气流动，光线充足又无太阳光直射的地方，切勿安置在热源（暖气管、火炉）和门窗旁边。

为保护水银气压表，保证气压表周围温度稳定，水银气压表应安置在特制的三角保护箱内，保护箱应牢固安装在墙壁或柱子上。

气压表的悬挂高度以便与读数为准，但一般水银槽应高出地面70~75cm并保持垂直状态。

将动槽式水银气压表小心地从木盒（皮套）中取出，槽端向上，稍稍拧紧槽底调整螺丝1~2圈，慢慢地将气压表倒转过来，使表立直，槽部在下。

使气压表自然垂直后，慢慢旋紧固定环上的三个螺丝，将气压固定。

最后将底部调整螺旋放松，使槽内水银面下降到象牙针以下的位置上。

安装后要稳定3h，方能观测使用。

3.水银气压表的移运

移动动槽式水银气压表，其步骤与安装相反。

先旋转底部调整螺旋，使管中水银柱恰达外管窗孔的顶部为上，切勿旋转过度。

然后松开固定环螺丝，将表从挂钩取下，两手分持表身的上部和下部，徐徐倾斜45°左右，就可以听到水银与管顶的轻击声音（如声音清脆，则表示内管真空良好；或声音混浊，则表明内管真空不良），继续慢慢地倒转气压表，使之完全倒立，槽部在上。

将气压表装入特制的木盒（皮套）内旋转调整螺旋1~2圈（使水银有膨胀余地）。

在运输过程中，始终要按木盒（皮套）箭头所示方向放置，并防止震动。

4.水银气压表的观测和记录

（1）观测附属温度，精确度到0.1℃。

（2）调整水银槽内水银面，使之与象牙针尖恰恰相接。

调整时，旋动槽底调整螺旋，使槽内水银面自上而下地升高，动作宜轻而慢，直到象牙针见与水银面恰好相接（水银面既没有小涡，也无空隙）为止。

如果出现小涡，须重新进行调整，直至达到要求为止。

（3）调整游尺恰与水银柱顶相切，先使游尺稍高于水银柱顶端，并使视线与游尺游环的前后下缘在同意水平线上，再慢慢下降游尺，直到游尺环的前后下缘与水银柱凸面顶点刚好相切。

（4）先在标尺上读取整数，后在游尺上找到一根与标尺上某一刻度相吻合的刻度线，则游尺这根刻度线上的数字就是小数读数。

气压读数以hPa为单位，精确到小数点后一位，记录观测结果。

（5）降下水银面，复验读数，旋转槽底调整螺旋，使水银面下降到象牙针尖下约2mm，其目的是使象牙针尖不致被水银磨损和脏污，但应注意不宜降低过多。

5.本站气压求算

水银气压表的刻度间隔是在0℃和标准重力（纬度为5°的海平面）条件下刻划的。

因此，其读数必须按仪器差、温度差、重力差的顺序进行订正，方可求得本站气压值。

（1）仪器差订正用该气压表的检定证中查取仪器差订正值，然后与气压读数相加，得出经过仪器差订正后的气压值。

（2）温度差订正用经过仪器差订正后的气压值和附属温度值，从《气象常用表》（第二号）第一表中查取温度差订正值。

附属温度0℃以上时，订正值为负；附属温度在0℃以下时，订正值为正。

温度差订正值与经过仪器差订正的气压值相加，得出经过温度差订正后的气压值。

（3）重力差订正重力差订正包括纬度重力差订正和高度重力差订正两个方面。

纬度重力差订正：

用经过温度差订正后的气压值与本站纬度，从《气象常用表》（第三号）第一表中查取纬度重力差订正值。

测站纬度大于45°者，订正值为正；小于45°者订正值为负。

高度重力差订正：

用经过温度差订正后的气压值与本站水银槽海拔高度值，从《气象常用表》（第三号）第二表中查取重力差订正值。

海拔高度高出海平面者，订正值为负；低于海平面的，订正值为正。

上述两项订正值，合称重力差订正值。

重力差订正值与经过温度差订正后的气压值相加，得到的值即为本站气压值。

6.水银气压表的维护

（1）应该经常保持气压表的清洁。

（2）动槽式水银气压表槽内水银面产生氧化物时，应及时清除。

（3）气压表必须垂直悬挂，定期用铅垂线在相互成直角的两个位置上检查校正。

（二）空盒气压表

1.空盒气压表的构造

空盒气压表是利用空盒弹力与大气压力相平衡的原理制成的。

空盒气压表不如水银气压表准确，而且订正值容易发生变化，但具有携带和使用方便的优点，常用于野外小气候观测。

（1）感应部分是一组有弹性的金属空盒。

盒内近似真空，它的两面都有圆形波纹，用以增大空盒的弹性。

空盒的一端与传动放大部分相连，另一端固定在金属板上。

（2）传动放大部分由连接杆、中间轴、拉杆、链条、滚子、游丝和指针轴、指针及一套杠杆传动装置组成。

气压的微小变化，经过这一套装置进行两次放大后，显示出明显的指针变化。

（3）读书部分由指针、刻度盘和附属温度表组成。

2.空盒气压表的观测步骤

（1）打开盒盖，先读附属温度，准确到0.1℃.

（2）轻击盒面（克服机械摩擦）待指针静止后，再读数。

（3）读数时视线应垂直于刻度面，读取指针尖端所指刻度示数，精确到0.1mm。

（4）读书后立即复读，并关好盒盖。

3.空盒气压表的读书订正

（1）刻度订正刻度误差是由于一起制造或装配不够精确造成的，刻度订正值可从仪器检定证上查出。

（2）温度订正温度误差是由于温度变化时，引起空盒弹性改变造成的。

温度订正值可用下式求得：

式中：

为温度系数，即温度改变1℃时，空盒气压表的示改变值，可在检定证中查得；

为附属读数。

（3）补充订正此订正是由于空盒的残余变形引起的误差，可在检定证上查出。

空盒气压表必须定期（每隔3~6个月）与标准水银气压表进行比较，求出空盒气压表的不充订正值。

空盒气压表的读数经过上述三项订正后，才是准确的本站气压值。

4.空盒气压表的维护

（1）该仪器工作时必须水平放置，防止由于任意方向倾斜造成的仪器读数误差。

（2）仪器必须放在空气流通，没有腐蚀气体的室内。

（3）仪器必须定时检定，补充订正值使用不可超过6个月。

（三）气压计

气压计是用来记录气压连续变化的仪器，其准确度不如水银气压表。

1.气压计的构造

气压计由感应部分（金属弹性膜盒组），传递放大部分（两组杠杆）和自计部分（自计钟、纸、笔）组成。

2.气压计的安装

气压计应稳固地安置在水银气压表附近的室内台架上。

仪器底座要求水平，高度以便与观测为宜。

3.气压计的观测和记录

定时观测时，待水银气压表观测完后，便读气压计，读数精确到0.1hPa，将读数记入观测簿相应栏中，并作时间记号。

4.气压计的维护

（1）经常保持仪器的清洁。

感应部分有灰尘时，可用干净毛笔清扫。

（2）当发现记录迹线有“间断”或“阶梯”现象时，应及时检查自计笔尖对自记纸的压力是否合适。

检查方法：

把仪器向自记笔杆的一面倾斜到30°~40°，如笔尖稍稍离开钟筒，说明笔尖对纸的压力是合适的；如笔尖离不开钟筒，说明笔尖对纸的压力过大；若稍有倾斜，笔尖就离开钟筒，说明笔尖压力过小。

此时，应调节笔杆根部的螺丝，改变笔杆架子的倾斜度进行调整，直到合适为止。

（3）注意自记纸和实测值的比较，当两者相差较大时，应进行调整。

如果自记纸上标定的坐标值不恰当，应按本站气压范围适当修改坐标值。

四、实习内容

1.用水银气压表、空盒气压计分别定时进行气压观测，求算本站气压值。

2.从气压计自记纸上读取不同时刻的气压值。

实习二风的测定

风是矢量，既有大小又有方向，即风速和风向。

风向用十六方位表示，风速用m/s来表示。

一、实习目的

学会使用测定风的各种仪器的构造、原理和使用方法。

二、实习仪器

1.三杯轻便风向风速表、热球式微风仪、EL型电接风向风速计。

2.计算器、小气候观测杆。

三、仪器的构造原理及使用

（一）轻便三杯风向风速表

轻便三杯风向风速表，是测量风向和1min或2min内平均风速的仪器，使用于农田或野外流动观测。

1.轻便三杯风向风速表的构造原理

由风向部分（包括风向标、方位盘，制动小套和风向指针），风速部分（包括十字护架、风杯、风速表主体）和手柄三部分组成。

当压下风速按钮，启动风速表后，风杯随风转动，带动风速表主机内的齿轮组，指针即在刻度盘上指示出风速。

同时，时间控制系统开始工作，、待1min或2min后，自动停止计时，风速指针也停止转动。

指示风的方向盘，系一磁罗盘，当自动小套管打开后，罗盘按地磁子午线的方向稳定下来，方向标随风摆动，其指针即指当时的风向。

2.轻便三杯风向风速表的安装与使用

（1）选择空旷地方，埋好小气候测架，并将轻便三杯风向风速表固定于选择的高度上，注意使风杯的旋转轴垂直于地面，风速表刻度盘与当时的风向平行，观测者站在仪器的下风方。

（2）将方位盘自动小套向右旋转一角度，使方位盘自动小套按地磁方向稳定下来，注视风向标约2min，以摆动范围的中间位置记录风向。

（3）观测风速时，待风杯旋转约30s，按下风速按钮，启动仪器。

待1min或2min后，指针自动停转，读出风速示值，将此值从风速订正曲线图中查出实际风速（保留一位小数），即为所测的平均风速。

（4）观测完毕，将方位盘自动小套左转一小角度，借弹簧的弹力，小套管弹回上方，固定好方位盘。

（5）将仪器各组成部分卸下，放回盒内。

3.轻便三杯风向风速表的维护

（1）保持仪器清洁、干燥。

若仪器被雨、雪打湿，使用后用软布擦拭干净。

（2）仪器避免碰撞和振动。

非观测期间，仪器要放在盒内，切勿用手摸风杯。

（3）平时不要随便按风速按钮，计时器在运转过程中，严禁再按该按钮。

（4）轴承和螺帽不要随意松动。

（5）仪器使用120h后，须重新检定。

（二）热球式微风仪

热球式微风仪是测量瞬时风速的仪器，若想测量平均风速，则要多次读数，取平均值。

此仪器可以测定微小的风速（可测出0.05m/s的风速），能用于测定农田株间或温室、大鹏内微小气流。

1.热球式微风仪的构造原理及使用

热球式微风仪的感应部分是一固定在支架上的直径约0.6mm的玻璃球，球内绕有加热玻璃球用的线圈和电热偶的一个端点，热电偶的冷端连接在支架上，直接暴露在气流中，用以测定气温。

当用一定大小的电流加热线圈后，玻璃球温度升高，可升高到一定程度，当有气流通过玻璃球时，玻璃球散热，温度下降。

流速小时温度较高，流速大时温度较低，所以玻璃球温度的高低变化程度与气流的速度有关，温度的高低变化可以用玻璃球与支架之间的温差表示，玻璃球与支架之间的温差可通过电偶测量得到，热电偶测量的温差电动势经过换算变成“m/s”的风速单位，直接标在刻度盘上，以便直接读出风速大小。

由于每台仪器之间存在着性能的差异，所以刻度盘上的数值具有一定误差，因此，每台仪器都附带有各自的检定曲线。

2.热球式微风仪的安装与使用

（1）将热球式微风仪感应部分固定于温室（或大棚）通风口处，使感应头朝向气流来向，读数器（指示部分）置于温室（或大棚）内。

（2）打开仪器开关，感应头的挡风罩处于关闭状态，此时仪器电表指针指在零点，如果指针不在零点，调整零点的可变电阻，使指针指示到零。

（3）把旋钮拨到“满”档，这时电流表指针应指示在满刻度上，如果指针不在满刻度上，调整满刻度的可变电阻，使指针指示到满。

（4）拉出感应头，使探点上的红点对准风向，把旋钮拨到“观测”档，这时电表指针所指出的即瞬时风速，单位是m/s，读书后并做记录，每1min读数一次，连续读5~10次。

（5）将读数取平均值，作为此次观测的平均风速。

3.热球式微风仪的维护

（1）感应球不能长期暴露在空气中，不得用手触摸。

（2）观测时应注意避免碰断探头金属丝。

（3）保持仪器清洁，尤其玻璃球不能有水滴。

（4）严格按照仪器说明书上的操作方法进行观测。

（三）EL型电接风向风速计

EL型电接风向风速计是目前气象台站普遍使用的有线遥测仪器，是一种既可观测平均风速，又可观测瞬时风速并能自动记录的仪器。

1.EL型电接风向风速计的构造原理

EL型电接风向风速计是由感应器、指示器、记录器组成的仪器。

（1）感应器分为风速表和风向标两部分。

风向部分由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成；风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮组成。

（2）指示器由电源、瞬时风向指示器，瞬时风速指示盘等组成。

（3）记录器由8个风向电磁铁、1个风速电磁铁、自计钟、自计笔、笔挡、充放电线路等部分组成。

2.EL型电接风向风速计的安装

（1）仪器安装在需检查仪器成套性，进行装配和运转试验。

（2）仪器检查试验合格后，即可进行安装。

感应器应安装在牢固的高杆或塔架上，附设避雷装置。

风速表安装在风向标的上面，用螺丝固定。

风速感应器（风杯）中心距地10~12m高；若安装在楼顶平台上，则风速感应器（风杯）中心距平台6~8m，且距地面不得低于10m。

（3）首先将三角铁底座固定在杆顶，安装时感应器中心轴应垂直，方位指南杆指向正南方。

（4）指示器、记录器应平稳地安放在室内桌面上，用电缆与感应器相连接；电缆可以架空，也可以敷设地下。

（5）电源使用交流电（220V）或干电池（12V）。

若用干电池，注意正负极不要接错。

3.EL型电接风向风速计的观测和记录

（1）打开指示器风向、风速开关，观测2min风速指针摆动的平均位置，读取整数记录。

风速小时，把风速开关拨在“20”挡上，读0~20m/s标尺刻度；风速大时，应把风速开关拨在“40”挡上，读0~40m/s标尺刻度。

观测风向指示灯，读2min的最多风向，用十六方位缩写字母记录。

静风时，风速记0，风向记C。

（2）自记纸更换方法、步骤基本上与温度计相同。

其不同点是：

笔尖在自记纸上作时间记号，是采用下压自记笔杆的方法；对准时间后，必须将钟筒上的压条螺帽拧紧。

（3）自记纸整理，时间差订正，以实际时间为准，根据换下自记纸上的时间记号，求出自记钟在24h内的计时误差，按变差分配每个小时，再用铅笔在自记迹线上作出各正点的时间记号。

自计钟在24h内的计时误差

20min时，不必进行时间订正，但应注意调节消除。

各时风速，计算正点前10min内的风速，按迹线通过自记纸上水平分格线的格数（1格当于1.0m/s）来计算。

例如通过5格，记5.0；10/3格，记3.3；8/3格，记2.7；风速划平线时记0.0，同时风向记C。

风速自记部分是按空气行程200m电接一次，风速自记笔相应跳动一次来记录的。

如10min内笔尖跳动1次，风速便是0.3m/s（即200m/600s）；如10min内笔尖跳动2次，风速便是0.7m/s（即400m/600s）；因此，风速的小数位只能是0、3、7。

在风速记录机构失调时，应根据风速笔尖在10min内跳动的实际次数（不是格数）来计算风速。

例如：

某正点前10min内内笔尖跳动4次，通过的水平分格线是4格，该时风速应为1.3，而不能计算为4.0。

各时风向，从各正点前10min内的5次风向记录中挑选出现次数最多的，作为该时风向。

如最多风向有俩个出现次数相同，应舍去最左边一次划线，而在其余四次划线中挑取。

若仍有两个风向相同，再舍去左面一次划线，按右面的三次划线来挑取。

如五次划线均为不同方向，则以最后面的一次划线的风向作该时记录。

正点前10min内，风向记录中断或不正常，如属下列情况，可视为对正点记录无影响；

风向漏跳两次，在未漏跳的三次划线中方向是相同的；风向漏跳一次，其余四次或其中三次划线为同一方向的；风向漏跳一次，在其余四次划线中，前面两次的方向相同，后面两次为同一方向的；部分风向笔尖迹线虽有中断，但从实有的五次划线中挑取最多风向为NNE、ENE、ESE、SSE、SSW、WSW、WNW、NNW之一的；

风向记录有中断，连跳等情况发生时，但从实有记录中，参照上述方法可以判定正点，记录无影响。

日最大风速，从每日（20时—20时）风速记录中迹线较陡的几处线段上，分别截取10min线段的风速进行比较，选出最大值作为该日10min最大风速，并挑选相应的风向，注明该时段的终止时间。

4.EL型电接风向风速计的维护

（1）因感应器与指示器是配套检定的，所以在撤换仪器时二者要同时成套撤换。

（2）电源（串联的干电池）电压如已低于8.5V，就不能保证仪器的正常工作，应全部调换新电池。

（3）如风向划线后笔尖复位超过基线较多，可能造成判断错误，应向里调节笔杆上的压力调整螺钉，加大笔尖压力。

如划线后回不到基线上，有起伏，应调节螺钉减小笔尖压力。

（4）风向方位块应每年清洗一次。

如发现风向灯泡严重闪烁，或时明时灭，要及时检查感应器内的风向接触簧片的压力和清洁方位块表面。

（5）更换风向灯泡时，要用同样规格的（6~8V，0.15A），不可使用超过0.15A的灯泡。

（6）五个笔尖不在同一时间线上时，应首先调整好风速笔尖在笔杆上的位置，然后将风向笔尖沿笔杆移动与风速笔尖对齐。

移动、清洗和调换笔尖时，均应注意切勿使笔杆变形。

感到难以拨动时，可先将笔杆拆下来，再细心整理。

四、实习内容

1.在不同测点上用三杯轻便风向风速表和热球式微风仪观测风速（风向）。

2.在同一测点不同高度上用三杯轻便风向风速表和热球式微风仪观测风速（风向）。

3.通过EL型电接风向风速计的指示器观测风向和风速。

复习思考题

1.水银气压表、空盒气压表、气压计测量气压的优缺点各是什么？

2.水银气压表读数前为什么要调整水银槽内的水银面与象牙针相接（即调零点）？

3.水银气压表的读数为什么要经过各种订正后才能得到该站气压？

4.空盒气压表为什么也可测量气压值？

5.测定风向、风速的仪器有哪些？

它们各自的优缺点是什么？

6.比较1.5m和0.5m处风速有何不同，分析原因。

7.热球式微风仪能测量平均风速吗？

如何测量？

8.比较不同时期的瞬时风速吗，说明其变化的原因。

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