小气候综合实习报告(参考).doc

小气候综合实习报告姓名：班级：学号：指导老师：同小娟 北京林业大学摘要：通过一天对小气候的观察与测量，影响小气候的因素主要有云量，温度，湿度，风，周围植被情况及建筑物情况。选择了下垫面和周围环境的不同测点进行了对比分析。太阳直接辐射根据天空云量和海拔高度的不同而不同，反射辐射随云量增多而增加。散射辐射随时间的变化因为日光的强度和周围空气颗粒的变化；随着深度增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后，白天地表得热后，热量向下传递被层层阻截，因而土壤增热随深度的增加而减小；不同高度气温一天中出现了一个最高值和一个最低值，最高值出现在午后两点钟左右，最低值出现在清晨日出前后；水气压出现了两个最高值和两个最低值；。气压在一天中有一个最高值和一个最低值；在短距离内气温的水平差异也非常突出；绝对湿度在近地层中一般是越近地面越大，越向上层越小；相对湿度的情况比较复杂，一般在近地层中也是随高度的增加相对湿度逐渐减小，地面相对湿度最高最低点出现的时间比上层较早；从风的特性上讲，越近地面风速越小，在风速和风向两方面都有阵性，近地面层风速白天最大夜间最小，而在高层空气中则刚好相反。关键词：小气候 气候要素 日变化一、前言1.1小气候的相关知识小气候通常是指在一般的大气候背景下，由于下垫面地不均匀性以及人类和生物活动所产生的近地层中的小范围气候特点。根据下垫面类别的不同，可分为农田小气候，森林小气候，湖泊小气候等等。与大范围气候相比较，小气候有五大特点：1)范围小，铅直方向大概在100米以内，主要在2米以下，水平方向可以从几毫米到几十公里。 2)差别大，无论铅直方向或水平方向气象要素的差异都很大。3)变化快，在小气候范围内，温度、湿度或风速随时间的变化都比大气候快，具有脉动性。4)日变化剧烈，越接近下垫面，温度、湿度、风速的日变化越大。5)小气候规律较稳定。只要形成小气候的下垫面物理性质不变，它的小气候差异也就不变。因此，可从短期考察了解某种小气候特点。由于小气候影响的范围正是人类生产和生活的空间，研究小气候具有很大实用意义。我们还可以利用小气候知识为人类服务，例如：城市中合理植树种花，绿化庭院，改善城市下垫面状况，可以使城市居民住宅区或工厂区的小气候条件得到改善，减少空气污染。1.2 研究目的通过对单点太阳辐射、空气温度、湿度、土壤温度、气压、风等气象要素的观测分析，了解这些气象要素的日变化规律；同时通过与对比点间这些气象要素的对比分析，了解不同下垫面的小气候特征，掌握小气候的研究方法。二、材料和方法： 2.1测点概况2.1.1北京概况：北京位于北纬39，东经116北京平原的海拔高度在2060米，山地一般海拔10001500米。气候为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。年平均气温1012摄氏度，1月-7-4摄氏度，7月2526摄氏度。极端最低-27.4摄氏度，极端最高42摄氏度以上。全年无霜期180200天，西部山区较短。年平均降雨量600多毫米，为华北地区降雨最多的地区之一，山前迎风坡可达700毫米以上。降水季节分配很不均匀，全年降水的75%集中在夏季，7、8月常有暴雨。2.1.2测点概况 测点位于北纬40，东经11619，海拔40m，北京林业大学气象站东侧，温室北侧遮阳网下，背面为一片空地，太阳直接辐射不强烈，通风状态较差，下垫面为植物覆盖，测点周围也为植物围绕，所以湿度较大，温度较低。2.2 测定内容与方法2.2.1 测定内容及使用仪器太阳辐射（直接辐射表、天空辐射表）20cm、150cm空气温度（通风干湿表）风（风速表）气压（气压表）不同深度土壤温度（土壤温度表）2.2.2 测定步骤53 通风表上水，通风，悬挂在20cm高处和150cm处。55观测地温（cm、Tmax、5cm、10cm、15cm、20cm) 注：Tmin在气象站早上读一次56观测云量、天气状况。58读20cm干、湿球温度，连续读三次，读后通风59将风速表悬挂在1m高处，松开罗盘小套管，按下启动杆。60读150cm干、湿球温度，连续读三次，读后通风01读风向及指示风速。02读20cm干、湿球温度，连续读三次。03读气压。（经三次订正得出气压值）05观测地温三 结果分析（一） 单点分析3.1.1 太阳辐射日变化3.1.1.1 到达地面的直接辐射Sb的日变化规律（见图1）太阳直接辐射的强弱和许多因子有关，其中最主要的是太阳高度角和大气透明度。本组到达地面的直接辐射日变化趋势如图，随着太阳高度的变大，直接辐射值增大，到13点达到最大值为297.75W/m2，14时由于大气透明度降低，直接辐射略有下降。之后又继续上升15时到达全天最大值302.25 W/m2。然后随着太阳高度角的减小，直接辐射持续下降，在17时略有回升，并继续下降直到18点时，辐射降为0。3.1.1.2 散射辐射（Sd）的日变化规律（见图2）散射辐射的强弱也与太阳高度角和大气透明度有关。本组散射辐射日变化规律如图。随着太阳高度角增大，散射辐射增大，到14点达到最大值82.22W/m2，之后随着太阳高度角的减小，散射辐射持续降低，至19点降为0。8时到9时散射辐射量增长快速，之后一直到11时增长速率开始减小，之后又开始增加直至最大时间14时。3.1.1.3 反射辐射（Sr )的日变化（见图3）反射辐射与总辐射以及反射率有关。变化趋势如图，整体上是先增加再减小。但在15时有大幅下降至17时，接着持续不变直到18时，19时降为0。全天8时至11时增加速率大，11时至13时增长平缓。14时有一个突然下降。基本13 时之前处于上升阶段状态，在13时达到最大值为59.15W/m2。3.1.14 总辐射（St）的日变化（图4）St它的变化规律如图所示，总辐射随太阳高度增加而增加，13时太阳高度最高总辐射最大。反射率（r）的日变化（图5）r的变化规律如图所示，十二点以前，反射辐射较小而总辐射很大，所以这时的反射率较小。两点到四点由于云量的先增大后减小，所以反射辐射先增大后减小，导致反射率先增大后减小。五点到六点云量增加反射辐射增加，虽然总的辐射减小，但减小的程度没有反射辐射增大的程度大，所以五点到六点反射率增加。六点以后太阳高度降低，总的辐射减小，反射辐射减小，反射率减小。3.1.2 土壤温度的变化3.1.2.1 不同深度土壤温度的日变化规律（见图6）上图反映不同深度土壤温度的日变化规律：表层温度变幅大，越往底层变化小，直至趋于稳定。由于地表温度干扰因素多，对太阳辐射的变化反应不直观，所以主要分析5cm处土温变化。当天在下午15时前后的太阳辐射最大值出现，随后太阳辐射逐渐减弱，但地面热量仍有积累，地温继续上升，在15点左右热量积累达最大值，此时地面温度达最高值。白天地表得热后，热量向下传递被层层阻截，因而土壤增热随深度的增加而减小。由于热量向深层传播需要时间所以位相随深度的增加而落后。3.1.2.2土壤温度的垂直变化规律（见图7） （以早9点、下午1点、晚7点为代表时间做图）上图反映土壤温度的垂直变化规律： 在9：00时呈现早上过渡型变化，日出后地面升温，上层土温变成日射型的分布，但下层仍保持辐射型，此时中间温度最低。13点和16点呈日射型变化，土温随深度增加而减少。傍晚19：00时表现处傍晚过渡型分布，地面因辐射冷却温度下降，土壤上层出现辐射型，土温随深度增加而增加，下层仍保持着日射型，土温最高值在中部。3.1.3 不同高度气温的日变化规律（见图8）上图反映不同高度气温日变化规律：一天中出现了一个最高值和一个最低值，最高值出现在12点钟左右，最低值出现在清晨日出前后。20cm和150cm的气温大体都是上午早间时候比较平稳，10点左右起逐渐增加下午缓慢降低，由于一天中气温最高值的出现总是在空气累积热量最多时，下午两点左右热量最多达到最高温度，由于当天风很小，150cm处的气温大体高于20cm处。下午17点以后气温均逐渐减小。3.1.4 不同高度湿度的日变化规律3.1.4.1 不同高度相对湿度（u）的日变化规律（见图9）上图反映的是不同高度相对湿度的日变化规律。相对湿度的日变化与气温的日变化相反，气温增高时，虽然蒸发加快，使水气压增大一些，但因饱和水气压增大的更多，结果相对湿度反而减小。温度降低时则相反，相对湿度增大。因此，相对湿度的日变化有一个最高值出现在清晨，有一个最低值出现在午后。由上图可以看出，20cm 的相对湿度变化最高值出现在清晨，最低值出现在午后。从整体上看，150cm处的相对湿度变化比20cm处的相对湿度变化幅度大，且起伏滞后。可能是因为北京地区比较干燥空气饱和水气压变化不大，相对湿度变化与水气压变化相似。3 1不同高度水汽压（e）的日变化规律（见图10） 上图反映水气压日变化规律：早晚时刻水气压与气温变化趋势相同，中午前后这种趋势相反。日出后地面温度上升，蒸发加快近地面20cm处水气压逐渐上升，并于9点左右出现最大值，随着温度的升高，水气不断向上输送，高处水气压逐渐上升，于11点出现最大值。同时因水汽上传作用大于地面蒸发作用，所以近地面水气压反而减小。当上传水汽大大减少，蒸发使水汽增大的作用又成为主要方面，近地面水气压重新增大又在14点达到最高值。由于15点后温度降低蒸发便慢，因此水气压又开始降低，直到次日清晨达到最低。3.1.43不同高度饱和差（d）的日变化规律（见图11）上图反映不同高度饱和差（d）的日变化规律。因为d=E-e，饱和差的变化与水气压变化成反比，正如图形所示。早上随温度增加，蒸发速率增长的速度远大于饱和水气压增长的速度，所以刚开始近地面饱和差呈减小趋势，但不可能接近0，可能是数据整理时出现的错误。 午后时分温度空气中积累热量最多，比较干燥，故饱和差达到最大值。由于像高处水分输送需要时间且当天风影响不大所以150cm处的饱和差变化趋势与20cm处相似。3.5气压日变化规律（图12）上图反映气压日变化规律。最高值出现在910时。最低值出现在16时。导致大气压日变化的原因主要有三点。一是大气的运动；二是大气温度的变化；三是大气湿度的变化。日出以后，地面开始积累热量，同时地面将部分热量输送给大气，大气也不断地积累热量，其温度升高湿度增大。当温度升高后，大气逐渐向高空做上升辐散运动，在下午1516时，大气上升辐散运动的速度达最大值，同时大气的湿度也达较大值，由于此二因素的影响，导致一天中此时的大气压最低。16时以后，大气温度逐渐降低，其湿度减小，向上的辐散运动减弱，大气压值开始升高；进入夜晚；大气变冷开始向地面辐合下降，在上午910时，大气辐合下降压缩到最大程度，空气密度最大，此时的大气压是一天中的最高值。（二）对比分析1、不同测点到达地面的直接辐射的比较（图13）从途中可以看出对比组和本组的直接辐射数据相差距较大，这是由于小气候条件不同造成的，我组处于遮阳网之下，直接辐射一天变化比较平缓，而对比组则处于裸地，受太阳高度角和大气透明度影响较大。由于在中午开始大气透明度的降低使对比组数据开始下降，并于14时达到最低。2、不同测点的散射辐射（Sd）的比较(图14）对比组的散射辐射量始终处于本组上方 ，即对比组比我组测点的散射辐射量要大，这主要是因为本组测点的总辐射量小于对比组的总辐射量造成的。同时，我组的测点处于植物的包围之中，也影响了散射辐射量。3、不同测点的反射辐射（Sr )的比较（图15）有土可以看出，对比组的反射辐射量远大于本组，这主要是由于下垫面不同造成的，本组下垫面为植被覆盖 ，因此反射率较小，反射量也就随之减小；对比组处于裸地当中，下垫面反射率较大，同时，也由于本组上方为遮阳网所覆盖影响了总辐射量 。这些都造成了两组的差异。4、不同测点土壤温度（0cm、5cm）对比分析（图16） 由于当天天气在十一点半时的太阳辐射最大值出现，随后太阳辐射逐渐减弱，但地面热量仍有积累，温度继续上升，在14点左右热量积累达最大值，此时地面温度达最高值。随着深度增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后，白天地表得热后，热量向下传递被层层阻截，因而土壤增热随深度的增加而减小。由于热量向深层传播需要时间所以位相随深度的增加而落后。对比组的情况与我组的大致相同。由于测点的位置和周围环境的区别，在具体数值上有差异，但总的趋势是一致的。但值得注意的是，对比组0cm处15时过后，土壤表面温度迅速下降，这主要因为对比组是裸地，温度变化很剧烈，随着辐射量的减少而迅速降温。本组下垫面为植物覆盖，土壤温度变化比较弛缓。5、不同测点（20cm、150cm）气温对比分析（图17） 不论是20厘米处还是150厘米处，对比组的温度都比本组的温度高，这是因为对比组暴露在阳光下，太阳辐射量大造成的。 并且对比组两个高度温差比本组大，这主要是因为，对比组下垫面性质决定地面辐射较强，所以近地面温度明显高于上空，其次，通风良好，也使地面辐射可以有效传播。同时，两组最高值出现也不同时间，也是由于下垫面性质差别大造成的。两个组的的气温变化总的趋势向同，气温大体都是上午逐渐增加下午逐渐降低。6、相对湿度（u）对比分析（20、150cm)（图18）相对湿度的日变化主要决定于气温，本组相对湿度较对比组高，气温增高时，虽然蒸发加快，使水气压增大一些，但因饱和水气压增大的更多，结果相对湿度反而减小。温度降低时则相反，相对湿度增大。由于本组周围的植物和上方遮阳网使得风力较对比组小，饱和水气压值较小，因此相对湿度较大。150厘米两组比较发现，整体上两个组的趋势基本成相反趋势。且对比组比本组数据大，这主要由于对比组测点对流激烈，将水分带至上方造成的，本组虽然环境湿润，但风速小，对流平缓。导致低空高于高空。7、绝对湿度（e)对比分析 （20、150cm)（图19）绝对湿度是单位容积湿空气中含有的水气质量，两个组测点周围环境不一样，导致空气中水汽含量差异很大，从而两个测点的绝对湿度的变化趋势相差很大。对比组由于周围环境比较干燥，且通风良好。20厘米处湿度随辐射量增加而显著较少。而我们组周围环境比较湿润且风速小，辐射量少，因此20厘米处变化不大且湿度较大。 较20cm处，150厘米对比组数据且基本与本组成相反趋势。这主要由于在150cm对比组水汽随对流运动上升造成的。但总体上，我们组测点周围的空气湿度较对比组空气湿度大，所以总的绝对湿度大于对比组。四、结论通过一天对小气候的观察与测量，影响小气候的因素主要有云量，温度，湿度，风，周围植被情况及建筑物情况。选择了下垫面和周围环境的不同测点和我们组的数据进行了对比分析。发现了一下规律：太阳直接辐射根据天空云量和海拔高度的不同而不同，反射辐射随云量增多而增加。散射辐射随时间的变化因为日光的强度和周围空气颗粒的变化。随着深度增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后，白天地表得热后，热量向下传递被层层阻截，因而土壤增热随深度的增加而减小。由于热量向深层传播需要时间所以位相随深度的增加而落后。土壤温度的垂直变化规律是日出后地面升温，上层土温变成日射型的分布，但下层仍保持辐射型，此时中间温度最低，傍晚地面因辐射冷区温度下降土壤上层出现辐射型，下层仍保持着日射型，土温分布为上层和下层温度低中间层温度高。不同高度气温日变化规律：一天中出现了一个最高值和一个最低值，最高值出现在午后两点钟左右，最低值出现在清晨日出前后。水气压出现了两个最高值和两个最低值，日出后地面温度上升，蒸发加快水气压逐渐上升，当水汽上传作用大于地面蒸发作用因而水气压反而减小。蒸发速率与饱和差成正比。气压在一天中有一个最高值和一个最低值，水平气流辐射引起气压降低，水平气流辐合引起气压升高，不同密度的气团如果移到某地气团密度比原来的大，气压就随之升高，气压还与空气垂直运动有关，气压的变化是以上几种情况的综合结果。从温度变化上讲，由于一般的土壤活动面的气温日变化都比较大，贴地空气层受到这些活动的影响，气温的昼夜变化也很强，越近地面气温的日较差越大，由于贴地层风速较小，因此在短距离内气温的水平差异也非常突出。从湿度特性上讲，空气中的水气来源于下垫面水分的蒸发，绝对湿度来讲，在近地层中一般是越近地面越大，越向上层越小，而这种上下层间绝对湿度的差别是白天午间最大，夜晚