气象学试验.docx
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气象学试验
《气象学》实验指导书
刘洪生编
上海海洋大学海洋科学学院
目录
实验一温度和湿度的观测
实验二风速和风向的观测
实验三气压的观测
实验四云的观测
实验五能见度的观测
实验六天气现象的观测
实验一温度和湿度的观测
1气温和湿度观测
1．1概述
空气温度（简称气温，下同）是表示空气冷热程度的物理量。
空气湿度（简称湿度，下同）是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。
地面观测中测定的是离地面1.50米高度处的气温和湿度。
需要获取的项目及其单位：
气温有：
定时气温，日最高、日最低气温。
配有温度计的气象站应作气温的连续记录。
以摄氏度（℃）为单位，取一位小数。
湿度有：
水汽压（e）——空气中水汽部分作用在单位面积上的压力。
以百帕（hPa）为单位，取一位小数。
相对湿度（U）——空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。
以百分数（%）表示，取整数。
露点温度（Td）——空气在水汽含量和气压不变的条件下，降低气温达到饱和时的温度。
以摄氏度（℃）为单位，取一位小数。
配有湿度计的气象站应作相对湿度的连续记录，并挑选日最小值。
测量气温和湿度的仪器主要有干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表、毛发湿度表、通风干湿表、温度计和湿度计、铂电阻温度传感器和湿敏电容湿度传感器。
1．2干湿球温度表
干湿球温度表是用于测定空气的温度和湿度的仪器。
它由两支型号完全一样的温度表组成，气温由干球温度表测定，湿度是根据热力学原理由干球温度表与湿球温度表的温度差值计算得出。
在小百叶箱的底板中心，安装一个温度表支架，干、湿球温度表垂直悬挂在支架两侧的环内，球部向下，干球在东，湿球在西，球部中心距地面1.5m高。
湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。
杯口距湿球球部约3cm，杯中盛蒸馏水（只允许用医用蒸馏水），供湿润湿球纱布用。
湿球包扎纱布时，要把湿球温度表从百叶箱内拿出，先把手洗干净，再用清洁的水将温度表的感应部分洗净，然后将长约10cm的新纱布在蒸馏水中浸湿，使上端服贴无绉折地包卷在感应部分上（包卷纱布的重叠部分不要超过球部圆周的1/4）；包好后，用纱线把高出感应部分上面的纱布扎紧，再把感应部分下面的纱布紧靠着球部扎好，但不要扎得过紧，并剪掉多余的纱线。
观测和记录
⑴定时观测程序
干球、湿球温度表，最低温度表酒精柱，毛发湿度表，最高温度表，最低温度表游标，调整最高、最低温度表，温度计和湿度计读数并作时间记号。
⑵正常观测
各种温度表读数要准确到0.1℃。
温度在0℃以下时，应加负号（“-”）。
读数记入观测簿相应栏内，并按所附检定证进行器差订正。
如示度超过检定证范围，则以该检定证所列的最高（或最低）温度值的订正值进行订正。
温度表读数时应注意：
①观测时必须保持视线和水银柱顶端齐平，以避免视差。
②读数动作要迅速，力求敏捷，不要对着温度表呼吸，尽量缩短停留时间，并且勿使头、手和灯接近球部，以避免影响温度示度。
③注意复读，以避免发生误读或颠倒零上、零下的差错。
维护
⑴必须注意保持干湿球温度表的正常状态。
如发现温度表内刻度磁板破损,毛细管内有水银滴、黑色沉淀的氧化物或水根柱中断等情况，应同时更换、报废。
⑵干球温度表应经常保持清洁、干燥。
观测前巡视设备和仪器时，如发现干球上有灰尘或水，须立即用干净的软布轻轻拭去。
⑶湿球纱布必须经常保持清洁、柔软和湿润，一般应每周换一次。
遇有沙尘等天气，湿球纱布上明显沾有灰尘时，应立即更换。
⑷水杯中的蒸馏水要时常添满，保持洁净，一般每周更换一次。
实验二风速和风向的观测
２．１概述
空气运动产生的气流，称为风。
它是由许多在时空上随机变化的小尺度脉动叠加在大尺度规则气流上的一种三维矢量。
地面气象观测中测量的风是两维矢量（水平运动），用风向和风速表示。
风向是指风的来向，最多风向是指在规定时间段内出现频数最多的风向。
人工观测，风向用十六方位法；自动观测，风向以度（°）为单位。
风速是指单位时间内空气移动的水平距离。
风速以米/秒（m/s）为单位，取一位小数。
最大风速是指在某个时段内出现的最大十分钟平均风速值。
极大风速（阵风）是指某个时段内出现的最大瞬时风速值。
瞬时风速是指三秒钟的平均风速。
风的平均量是指在规定时间段的平均值，有三秒钟、二分钟和十分钟的平均值。
人工观测时，测量平均风速和最多风向。
配有自记仪器的要作风向风速的连续记录并进行整理。
自动观测时，测量平均风速、平均风向、最大风速、极大风速。
测量风的仪器主要有EL型电接风向风速计、EN型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、单翼风向传感器和风杯风速传感器等。
２．２轻便风向风速表
轻便风向风速表，是测量风向和一分钟内平均风速的仪器，它用于野外考察或气象站仪器损坏时的备份。
仪器由风向部分（包括风向标、方位盘、制动小套）、风速部分（包括十字护架、风杯、风速表主机体）和手柄三部分组成（见图9-4）。
观测和记录
⑴观测时应将仪器带至空旷处，由观测者手持仪器，高出头部并保持垂直，风速表刻度盘与当时风向平行；然后，将方位盘的制动小套向右转一角度，使方位盘按地磁子午线的方向稳定下来，注视风向标约二分钟，记录其摆动范围的中间位置。
⑵在观测风向时，待风杯转动约半分钟后，按下风速按钮，启动仪器，又待指针自动停转后，读出风速示值（m/s）；将此值从该仪器订正曲线上查出实际风速，取一位小数。
⑶观测完毕，将方位盘制动小套向左转一角度，固定好方位盘。
维护
⑴保持仪器清洁、干燥。
若仪器被雨、雪打湿，使用后须用软布擦拭干净。
⑵仪器应避免碰撞和震动。
非观测时间，仪器要放在盒内，切勿用手摸风杯。
⑶平时不要随便按风速按钮，计时机构在运转过程中亦不得再按该按钮。
⑷轴承和螺帽不得随意松动。
⑸仪器使用120小时后，须重新检定。
实验三气压的观测
3．1概述
气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。
气压以百帕（hPa）为单位，取一位小数。
人工观测时，定时观测要计算本站气压，编发天气报告的时次还须计算海平面气压。
测定气压主要用动槽式和定槽式水银气压表。
配有气压计的，应作气压连续记录，并挑选气压的日极值（最高、最低）。
自动观测时，测定气压的仪器用电测气压传感器，自动测定本站气压、挑选本站气压的日极值（最高、最低）、计算海平面气压。
3．2水银气压表
气象站常用的仪器有动槽式水银气压表和定槽式水银气压表两种。
它是利用作用在水银面上的大气压力，与以之相通、顶端封闭且抽成真空的玻璃管中的水银柱对水银面产生的压力相平衡的原理而制成的。
现场气压观测常用空盒气压表观测。
3．２．１动槽式水银气压表
动槽式（又名福丁式）水银气压表由内管、外套管与水银槽三部分组成（见图7-1），在水银槽的上部有一象牙针，针尖位置即为度标尺的零点。
每次观测必须按要求将槽内水银面调至象牙针尖的位置上。
安装
气压表应安装在温度少变、光线充足、既通风又无太大空气流动的气压室内。
气压表应牢固、垂直地悬挂在墙壁、水泥柱或坚固的木柱上，切勿安装在热源（暖气管、火炉）和门窗、空调器旁边，以及阳光直接照射的地方。
气压室内不得堆放杂物。
安装前，应将挂板牢固地固定在准备悬挂气压表的地方。
再小心地从木盒（皮套）中取出气压表，槽部向上，稍稍拧紧槽底调整螺旋约1—2圈，慢慢地将气压表倒转过来，使表直立，槽部在下。
然后先将槽的下端插入挂板的固定环里，再把表顶悬环套入挂钩中，使气压表自然下垂后，慢慢旋紧固定环上的三个螺丝（注意不能改变气压表的自然垂直状态），将气压表固定。
最后旋转槽底调整螺旋，使槽内水银面下降到象牙针尖稍下的位置为止。
安装后要稳定4个小时，方能观测使用。
移运
移运气压表的步骤与安装相反。
先旋动槽底调整螺旋，使内管中水银柱恰达外套管窗孔的顶部为止，切勿旋转过度。
然后松开固定环的螺丝，将表从挂钩上取下，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，则表明内管真空良好；若声音混浊，则表明内管真空不良），继续缓慢地倒转气压表，使之完全倒立，槽部在上。
将气压表装入特制的木盒（皮套）内，旋松调整螺旋1—2圈（使水银有膨胀的余地）。
在运输过程中，始终要按木盒（皮套）箭头所示的方向，使气压表槽部在上进行移运，并防止震动。
观测和记录
①观测附属温度表（简称“附温表”），读数精确到0.1℃。
当温度低于附温表最低刻度时，应在紧贴气压表外套管壁旁，另挂一支有更低刻度的温度表作为附温表，进行读数。
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，使槽内内水银面自下而上地升高，动作要轻而慢，直到象牙针尖与水银面恰好相接（水银面上既无小涡，也无空隙）为止。
如果出现了小涡，则须重新进行调整，直至达到要求为止。
③调整游尺与读数。
先使游尺稍高于水银柱顶，并使视线与游尺环的前后下缘在同一水平线上，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刚相切。
此时，通过游尺下缘零线所对标尺的刻度即可读出整数。
再从游尺刻度线上找出一根与标尺上某一刻度相吻合的刻度线，则游尺上这根刻度线的数字就是小数读数。
④读数复验后，降下水银面。
旋转槽底调整螺旋，使水银面离开象牙针尖约2—3mm。
观测时如光线不足，可用手电筒或加遮光罩的电灯（15—40W）照明。
采光时，灯光要从气压表侧后方照亮气压表挂板上的白磁板，而不能直接照在水银柱顶或象牙针上，以免影响调整的正确性。
维护
①应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。
对有过滤板装置的气压表，可以慢慢旋松槽底调整螺旋，使水银面缓缓下降到“过滤板”之下（动作要轻缓，使水银面刚好流入板下为止，切忌再向下降，以免内管逸入空气），然后再逐渐旋紧槽底调整螺旋，使水银面升高至象牙针附近。
用此方法重复几次，直到水银面洁净为止。
无“过滤板”装置的气压表，若水银面严重氧化时，应报请上级业务主管部门处理。
③气压表必须垂直悬挂，应定期用铅垂线在相互成直角的两个位置上检查校正。
④气压表水银柱凸面突然变平并不再恢复，或其示值显著不正常时，应报请上级业务主管部门处理。
3．２．２定槽式水银气压表
定槽式（又名寇乌式）水银气压表的构造与动槽式水银气压表大体相同，也分为内管、外套管、水银槽三个部分（见图7-2）。
所不同的是刻度尺零点位置不固定，槽部无水银面调整装置。
因此采用补偿标尺刻度的办法，以解决零点位置的变动。
安装
安装要求同动槽式水银气压表。
安装步骤也基本相同。
不同点是当气压表倒转挂好后，要拧松水银槽部上的气孔螺丝，表身应处在自然垂直状态，槽部不必固定。
移运
先将气孔螺丝拧紧，从挂钩上取下气压表，将气压表绕自身轴线缓缓旋转，同时徐徐倒转使槽部在上，装入木盒（皮套）内。
运输过程中的要求同动槽式水银气压表。
观测和记录
①观测附温表。
②用手指轻击表身（轻击部位以刻度标尺下部附温表上部之间为宜）。
③调整游尺与读数记录。
维护
定槽式水银气压表的水银是定量的，所以要特别防止漏失水银。
其余同动槽式水银气压表维护中①、③、④条。
3．2．3空盒气压表观测
实验四云的观测
4.1概述
云是悬浮在大气中的小水滴、过冷水滴、冰晶或它们的混合物组成的可见聚合体；有时也包含一些较大的雨滴、冰粒和雪晶。
其底部不接触地面。
云的观测主要包括：
判定云状、估计云量、测定云高和选定云码。
云的观测应尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台进行，云的观测应注意它的连续演变。
观测时，如阳光较强，须戴黑色（或暗色）眼镜。
4.2云状
4.2.1云状分类
按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类（见表4.1）。
表4.1云状分类表
云族
云属
云类
学名
简写
学名
简写
低云
积云
Cu
淡积云
碎积云
浓积云
Cuhum
Fc
Cucong
积雨云
Cb
秃积雨云
鬃积雨云
Cbcalv
Cbcap
层积云
Sc
透光层积云
蔽光层积云
积云性层积云
堡状层积云
荚状层积云
Sctra
Scop
Sccug
Sccast
Sclent
层云
St
层云
碎层云
St
Fs
雨层云
Ns
雨层云
碎雨云
Ns
Fn
中云
高层云
As
透光高层云
蔽光高层云
Astra
Asop
高积云
Ac
透光高积云
蔽光高积云
荚状高积云
积云性高积云
絮状高积云
堡状高积云
Actra
Acop
Aclent
Accug
Acflo
Accast
高云
卷云
Ci
毛卷云
密卷云
伪卷云
钩卷云
Cifil
Cidens
Cinot
Ciunc
4.2.２云状的判定与记录
云状的判定，主要根据天空中云的外形特征、结构、色泽、排列、高度以及伴见的天气现象，参照"云图"，经过认真细致的分析对比判定是那种云。
判定云状要特别注意云的连续演变过程。
云状记录按"云状分类表"中二十九类云的简写字母记载。
多种云状出现时，云量多的云状记在前面；云量相同时，记录先后次序自定；无云时，云状栏空白。
4.3云量
云量是指云遮蔽天空视野的成数。
估计云量的地点应尽可能见到全部天空，当天空部分为障碍物（如山、房屋等）所遮蔽时，云量应从未被遮蔽的天空部分中估计；如果一部分天空为降水所遮蔽，这部分天空应作为被产生降水的云所遮蔽来看待。
云量观测包括总云量、低云量。
总云量是指观测时天空被所有的云遮蔽的总成数，低云量是指天空被低云族的云所遮蔽的成数，均记整数。
4.3.1总云量的观测
全天无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10；天空完全为云所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10-；云占全天十分之一，总云量记1；云占全天十分之二，总云量记2，其余依次类推。
天空有少许云，其量不到天空的十分之零点五时，总云量记0。
4.3.2低云量的观测
低云量的观测方法，与总云量同。
4.4云高
云高指云底距测站的垂直距离，以米为单位，记录取整数。
有条件的测站云高应尽量实测；无条件实测时，只在发报观测时进行估测，并在云高数值前加记云状。
云状只记十个云属和Fc、Fs、Fn三个云类。
实测云高在数值右上角记"S"，估测云高不记任何符号。
4.4.１估测云高
⑴目测云高：
根据云状来估测云高，首先必须正确判定云状，同时可根据云体结构，云块大小、亮度、颜色、移动速度等情况，结合本地常见的云高范围（见表4.2）进行估测。
根据观测经验，目力估测云高有较大误差。
所以有条件的气象站，应经常对比目测云高与实测结果，总结和积累经验，提高目测水平。
（2）利用已知目标物高度估测云高：
当测站附近有山、高的建筑物、塔架等高大目标物时，可以利用这些物体的高度估测云高。
首先应了解或测定目标物顶部和其它明显部位的高度，当云底接触目标物或掩蔽其一部分时，可根据已知高度估测云高。
（3）积云、积雨云云高可利用下列经验公式估算：
（4.4）
式中，H为云高（m），t为气温（℃），td为露点温度（℃），γd为干空气的绝热直减率，近似于0.98℃/100m，γz为露点温度在干绝热阶段的直减率，近似于0.17℃/100m。
表4.2各云属常见云底高度范围表
云属
常见云底高度范围（m）
说明
积云
600-2000
沿海及潮湿地区，或雨后初晴的潮湿地带，云底较低，有时在600m以下；沙漠和干燥地区，有时高达3000m左右
积雨云
600-2000
一般与积云云底相同，有时由于有降水，云底比积云低
层积云
600-2500
当低层水汽充沛时，云底高可在600m以下。
个别地区有时高达3500m左右
层云
50-800
与低层湿度密切关系，湿度大时云底较低；低层湿度小时，云底较高
雨层云
600-2000
刚由高层云变来的雨层云，云底一般较高
高层云
2500-4500
刚由卷层云变来的高层云，有时可高达6000m左右
高积云
2500-4500
夏季，在我国南方，有时可高达8000m左右
卷云
4500-10000
夏季，在我国南方，有时高达17000m；冬季在我国北方和西部高原地区可低至2000m以下
卷层云
4500-8000
冬季在我国北方和西部高原地区，有时可低至2000m以下
卷积云
4500-8000
有时与卷云高度相同
实验五能见度的观测
5.1概述
能见度用气象光学视程表示。
气象光学视程是指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路途长度。
白天能见度是指视力正常（对比感阈为0.05）的人，在当时天气条件下，能够从天空背景中看到和辨认的目标物（黑色、大小适度）的最大距离。
实际上也是气象光学视程。
夜间能见度是指：
⑴假定总体照明增加到正常白天水平，适当大小的黑色目标物能被看到和辨认出的最大距离。
⑵中等强度的发光体能被看到和识别的最大距离。
所谓“能见”，在白天是指能看到和辨认出目标物的轮廓和形体；在夜间是指能清楚看到目标灯的发光点。
凡是看不清目标物的轮廓，认不清其形体，或者所见目标灯的发光点模糊，灯光散乱，都不能算“能见”。
人工观测能见度，一般指有效水平能见度。
有效水平能见度是指四周视野中二分之一以上的范围能看到的目标物的最大水平距离。
能见度观测仪测定的是一定基线范围内的能见度。
能见度观测记录以千米（km）为单位，取一位小数，第二位小数舍去，不足0.1千米记＜0.1。
5.2白天能见度的观测
5.2.1白天目标物的选择与测绘
⑴目标物的选择
在观测点四周不同方向、不同距离上选择若干固定能见度目标物。
①目标物的颜色应当越深越好，而且亮度要一年四季不变或少变的。
浅色、反光强的物体不适宜选为目标物。
②目标物应尽可能以天空为背景，若以其它物体（如山、森林等）为背景时，则要求目标物在背景的衬托下，轮廓清晰，且与背景的距离尽可能远一些。
③目标物大小要适度。
近的目标物可以小一些，远的目标物则应适当大一些。
目标物的大小以视角表示（），目标物的视角以0.5°-5.0°之间为宜。
④由于气象站观测的是水平能见度，因此目标物的仰角不宜超过6°。
在沙漠、草原或其它地物稀少的地区，可采用人工设置目标物，并视其清晰程度来判定能见度。
人工设置的目标物，一般多用来估计1km以内的能见度，物体大小要适度，材料因地制宜（木板、土墙、水泥预制件等），向着观测点的一面应涂成黑色。
（2）目标物分布图的测绘
目标物选定后，要测定观测点与目标物的距离和目标物所在的方位。
目标物的距离和方位可用仪器实测或从大比例尺的地图上量取。
目标物的距离、方位测定后，应按表5.1的格式进行登记（作为气象站档案妥善保存），并绘制能见度目标物分布图。
绘图方法：
一般是先在纸上画九个同心圆。
圆心代表观测点，自近而远地每圈分别代表0.1，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0千米的距离。
然后把所有的目标物（以其简略图形或编号）按其所在方位、距离，分别标在相应的位置上（见图5-1）。
近距离的目标物也可单独绘制，以使图面更为清晰。
表5.1能见度目标物（灯）登记表
编号
各称
方位（°）
视角（°）
特征或灯光颜色瓦数
距离（km）
测距方法
测定时间
备注
灯光
能见度
目标物
1
2
3
4
……
1
2
3
……
电杆
古塔
铁桥
远山
……
路灯
礼堂门灯
巷灯
……
45
245
75
10
……
260
50
165
……
-
2.0
3.2
4.0
……
青灰色
深灰色
深灰色
深灰色
……
白75
白60
白25
……
1000
1500
3500
……
0.5
1.0
6.4
……
0.1
4.2
9.6
58.0
……
卷尺
平板仪
经纬仪
大比例尺地图法
……
卷尺
经伟仪
经伟仪
……
1959.4
1959.4
1959.4
1959.5
……
1960.1
1960.1
1960.1
……
高50
冬天有积雪
……
不经常开
……
5.2.2观测
观测能见度必须选择在视野开阔，能看到所有目标物的固定地点作为能见度的观测点。
观测四周事先测定的各目标物，根据“能见”的最远目标物和“不能见”的最近目标物，从而判定当时的能见距离。
如某一目标物轮廓清晰，但没有更远的或看不到更远的目标物时，
可参考下述几点酌情判定：
⑴目标物的颜色、细微部分（如村庄的单个树木、远处房屋的门窗等）清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的五倍以上；
⑵目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的二倍半到五倍；
⑶目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距离，但不应超过二倍半。
运用以上几点时，应考虑到目标物的大小，背景颜色，以及当时的光照等情况。
靠近海（湖）岸的站或海岛站，其朝向海（湖）方向的能见度，还可根据水天线的清晰程度，参照表5.2来判定
表5.2海面能见度参照表
水天线清晰程度
能见度（km）
眼高出海面≤7m时
眼高出海面＞7m时
十分清楚
清楚
勉强可以看清
隐约可辨
完全看不清
≥50.0
20.0-＜50.0
10.0-＜20.0
4.0-＜10.0
＜4.0
≥50.0
20.0-＜50.0
10.0-＜20.0
＜10.0
实验六天气现象的观测
6.1概述
天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象。
它包括降水现象、地面凝结现象、视程障碍现象、雷电现象和其它现象等，这些现象都是在一定的天气条件下产生的。
天气现象必须随时进行观测和记录。
对某些天气现象所造成的灾害，还应及时进行调查记载。
6.2天气现象的特征和符号
6.2.1降水现象
⑴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。
⑵阵雨——开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水，有时伴有雷暴。
⑶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，地面无湿斑。
⑷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。
⑸阵雪——开始和停止都较突然、强度变化大的降雪。
⑹雨夹雪——半融化的雪（湿雪），或雨和雪同时下降。
⑺阵性雨夹雪——开始和停止都较突然、强度变化大的雨夹雪。
⑻霰——白色不透明的圆锥形或球形的颗粒固态降水，直径约2-5mm，下降时常呈阵性，
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