气象学与气候学实验指导资料Word文档格式.docx

1、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。 3.百叶箱内的温度表安置的高度规定为1.5米

2、。 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。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02081420081420日落后云、能见度、天气现象、空气的温度、湿度、风、气压、040厘米地温降水、冻土、雪深、雪压、地面最低温度80320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

3、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。实验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

4、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

5、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

6、，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。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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、，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。实验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。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

14、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56厘米。在观测地面温度表时，不得将表取离地面读数（被水淹时例外）。地在温度表被雪覆盖，巡视时应将其放置在雪面上，读数时若球部又被雪盖，仍照常读数。冬季当地面温度降到36时，地面和地面最高温度表停止观测，只读取地面最低温度表的酒精柱和指标示度，并用器差订正后的酒精柱示度值作为地面温度记录。在高温季节里，8时观测后将地面最低温度表收回，放在阴蔽处（收回前的读数记在20时栏），2

15、0时观测前再放回原处（遇雷雨天气应及时将表放回原处）。冰雹季节，冰雹时地面温度表和曲管地温表，应加盖网罩，以免仪器损坏，冰雹停后立即拿掉。曲管地温表：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135o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。直管地温表用来测定较深层不同深度的地中温度，它是由外管和湿度表两部分组成的。湿度表又装在一个带有金属帽的特制保护框内，并用螺丝与木棒连接，长度视所测深度而定。安置曲管地温表的地段应选在观测场的南边，地段面积为46平方米的裸地，要经常除草，并使土壤保持松软状态。如果下雨后，地段表面

16、形成一层硬皮，应及时耙松，并注意地段表面不应高出或低于观测场整个地面。由于浅层土壤温度变化比较剧烈，因此深度每增加5厘米，安置一支曲管地温表。曲管地温表安置在地面温度表的西边，自东向西按5、10、15、20厘米深度顺次排列，每支表相隔10厘米。5厘米深的曲管地温表与地面最低温度表头部，相距20厘米。安置曲管地温表时，动作应十分轻缓，以免损坏仪器，先在地段中央东西线上挖一条长40厘米，宽2530厘米的斜沟，沟的北壁垂直，但不是正好东西向，而是偏北与东西约成30o角，使得温度表的露出地面部分正好在东西一条线上。小沟挖好后，用尺沿OA沟壁，量出地温表深度（指球部中央离地面深度）各作一个水平洞穴，洞的

17、大小比温度表的球部稍大，然后将地温表放入坑内，并使球部牢牢地嵌入北壁小洞里，使温度表的表身与地面成45o角，等所有温度表都安装好后，再在沟内填满土，填土应与整个地段一样齐平。每支地温表露出地面部分，应用两根木棒做成支架支柱（不能用铁支架），为了检查地温表安装的深度，在安装前就预先应用红漆在地温表上做出深度标记。为了保护地温场地不被践踏，在温度表的北部安装两块木质踏板。在观测曲管地温表时，应特别注意视线与水银柱顶保持垂直，否则将产生较大的误差。直管地温表直管地温表安置在观测场地南边有自然覆盖物（草皮）24平方米地段上，与地面最低温度表和曲管地温成一直线，从东向西，由浅入深（40、80、120、3

18、20厘米），彼此间隔50厘米。外管露出地面部分须用牵绳固定。为了保护地段的草层和下雪时的积雪层，地温表的北侧约30厘米处应设置一个木质的观测用的台架。深度为80、160、320厘米直管地温表仅在14时观测一次，地面最高、最低温度表仅在20时观测一次，并随即进行调整。在观测直管地温表时，应特别注意视线与水银柱顶保持垂直，否则将产生较大的误差；观测直管地温表时，要站在台架上，把温度表从外管取出后，用身影遮住温度表，但不要用手握住球部，读数要迅速，注意安全。然后轻轻地把温度表插入管中。实验四观测空气湿度空气湿度通常用水汽压、绝对湿度、饱和差、露点温度表示。湿度观测方法有两种：干、湿球温度表测湿法和毛

19、发湿度表测湿法。用干、湿球表测定湿度的原理这个方法是用两支相同的温度表，其中一支温度表的球部缠有湿润的纱布，称为湿球，另一支用来测定空气温度，称做干球。在未饱和的空气中，由于湿球纱布上的水分不断蒸发，而蒸发所需要的热量来自于湿球本身及流经湿球周围的空气，致使湿球温度下降。当湿球因蒸发所消耗的热量和从周围空气中获得热量相平衡时，湿球温度就不再继续下降，结果干、湿球温度示度出现了一个差值。这个差值大小，取决于蒸发的快慢程度，而蒸发的快慢又取决于空气的湿度大小以及当时的气压和风速。空气湿度愈小，湿球水分蒸发快，湿球温度降得愈多，干湿球差就愈大；反之，湿度大，湿球水分蒸发得慢，湿球降低的少，干湿球差值

20、就小。另外当气压小和风速大时也利于湿球蒸发，使干湿球差值小，因此可以利用干湿球温度差来测定空气的湿度。计算空气湿度的基本公式是： e=Et-AP（t- t） 式中：e：绝对湿度 Et：湿球t时的饱和水汽压 t：干球温度 t：湿球温度 A：干湿表系数，它不是一个常数。其值决定于湿球附近的空气流速。在实际工作中，湿度的计算是利用气象常用表第一号进行查算的。湿球温度表的使用和观测测定空气湿度的准确度与湿球温度示度是否准确有很大关系，要使湿球示度准确，主要在干湿球表面有良好蒸发和热量交换，这就要求选择吸水性好的纱布及用纯净的蒸馏水来润湿纱布等。（一）选择吸水性能良好的纱布，一般要求15分钟内至少吸水7

21、8厘米。纱布应保持清洁、柔软、无灰尘。一般一周更换一次纱布。如遇大风、沙暴天气，应随时更换纱布，换布时把手洗干净，用清水将表的球部洗净，再把长10厘米左右的纱布在蒸馏水中浸湿，然后把它缠在水银球部，纱布在球部上重叠的部分，不得超过球部表面积的四分之一，再用纱线将球的上部和下部做好活扣扎紧。（二）湿球纱布要用蒸馏水浸湿，不得用河水、泉水。因含有杂质的水湿润纱布会使蒸发量减少，湿球示度偏高，所以规定用蒸馏水。纱布下的水盂，应经常装满水。如因空气过于干燥，纱布吸水不及时，则应在观测前巡视仪器时用水盂将纱布浸湿，以保证观测正常进行。（三）在湿球纱布结冰时，应把水盂从百叶箱内取走，以防冻裂。湿球上纱布应

22、在球部以下23毫米处剪断，如图42。由于湿球结冰后，不能再用水盂供水时，在每次观测时均应润湿纱布，这一步称做溶冰。溶冰的方法是：用一杯和室温相同的蒸馏水，将湿球球部全部浸入水杯内，使球部原有冰全溶化。待纱布浸透而全溶化后，将水杯拿走，并仔细地用杯沿将集聚在湿球布头上的水滴除去。溶冰的时间应视当时的天气条件而定。一般湿度小而风速大时，约在观测前20分钟左右进行；湿度正常时，约在观测前30分钟进行。观测时，应在读数前，先看湿球示度是否稳定不变。如果稳定不变，即进行读数，并注意湿球纱布是否结冰，如果观测时湿球已结冰，则在湿球读数右上角记“B”字。如果观测时，湿球示度还在变动时，只读干球，不读湿球，等

23、数分钟后再读一次干湿球读数以算湿度。而气温则以第一次干球读数为准。湿球温度一般比干球温度低或者相等。但在降水、浓雾天气情况下，可能发现湿球比干球温度高的现象，这时应以干球为准，将湿球示度改成与干球温度相等来查算湿度。湿球温度冰面订正值：t订正值0.01.2 1.34.64.7100.0 0.10.2毛发湿度表和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。（一） 毛发湿度表感应部分为单根脱脂的人发，人发的上端固定在架子上部的调整

24、的螺丝上，下端则固定在架子下部的弧钩上，弧钩与一小锤连接，小锤可使毛发拉紧。弧钩和指针固定在同一轴上，指针的尖端在刻度上移动，刻度尺上刻着相对湿度百分数的刻度。当空气中相对湿度大时，毛发伸长，小锤下压，指针向右移动；反之，相对湿度变小时，指针就向左移动。毛发湿度表观测读数时，要使视线垂直于刻度盘，并对准指针的尖端，读取指针所指的数值，只读整数，小数四舍五入。指针超过刻度线100以外，应用外推法读数，利用90100刻度间距，从100推延出去，然后估计读数，照常记录。（二） 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

25、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。湿度计的读数方法同温度计，但只取整数，不记小数，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

26、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。实验五气压的观测气压的观测，通常包括测定本站气压，以及根据本站气压计算出海平面气压。本站气压是指气象台站所安置的气压表的海拔高度以上的大气压力。测定本站气压通常用水银气压表和气压计，野外观测时常用空盒气压表。水银气压表常用的水银气压表有动槽式和定槽式两种，它们是根据水银柱的重量和大气压力相平衡的原理来测定气压的。用长约1米的一根玻璃管，内装经蒸馏过的纯水银倒插在水银槽内，这时管内的水银柱

27、就开始下降，当下降到一定高度后（通常水银柱顶离槽中水银面为760毫米左右）就不在下降了。这是因为水银槽面上的大气压力，支持住了管内水银柱的重量的缘故。随着大气压力升高或减小，水银柱亦随之升高或降低。所以根据水银柱高低就可以测出大气压力的大小。设玻璃横截面积为S，水银柱高度为h，水银密度为p，重量为w，重力加速度为g。则压力： Wmg P 其中m=pv v=Sh S S Mg pgsh 所以：P pgh 公式中水银密度p和重力g固定时，则p与h成正比，故气压P可用水银柱高度h来表示。气压表的构造（一）动槽式水银气压表动槽式水银气压表其构造可分为内管、套管和水银槽三部分。内管：是一根直径为8毫米，长约1米左右的玻璃管。玻璃管经洗净并抽成真空后，用纯净和干燥的水银灌满，就成为水银气压表的内管。内管装在气压表外部的套管中，用数个软木圈支柱，开口的一端插在成为盛满水银的槽里。套管：是用黄铜制成，管的上半部前后都开有长方形窗孔，用来观测内管中水银柱的高低。窗孔边上有刻度