气象与气候学.ppt

大气环境教学实习 气温观测地温观测湿度观测气压观测风的观测 一地面气象观测简介 国家级 地面基准站省级台站地方台站自动台站 加密 气象台站网络 一 观测场 1 观测场一般为25mX25m的平整场地 2 测定观测场的经纬度和海拔高度 数据刻在厂内固定标志上 3 观测场四周一般建立1 2m高的稀疏围栏 场地平整 草高不超过20cm 门一般开在北面 4 保持观测场地的自然状态 人员只准走小路 5 观测场的防雷设施必须符合气象行业规定的防雷技术标准 二 观测场仪器设施布置 1 互不影响 便于操作 2 高的仪器安置在北面 低的在南面 3 各类仪器东西排列成行 南北成列 相互间东西间隔不小于4m 南北不小于3m 4 仪器安置在紧靠东西向小路南面 观测员从北面接近仪器 三 场内仪器安置 1 百叶箱内温度表安置高度为1 5m 贴地层小气候与一般气候分界的高度 2 雨量器安置高度70cm 3 测风仪器距地面10m以上 4 曲管地温表 浅层地温传感器 深度5 10 15 20cm 倾斜角450 5 直管地温表 深层地温传感器 40 80 160 320cm 四 观测种类 时间 次数和项目 1 观测方式 人工观测和自动观测 2 观测时间 自动观测每天进行24小时定时观测 人工观测每天4次观测 时间为 02 08 14 20 3 观测项目 表1定时自动观测项目时间每小时 北京时 20时每小时 地平时 24时观测项目气压 气温 湿度 日蒸发量辐射风向 风速 日照时数地温及其极值和出现时间 时降水量 蒸发量表2定时人工观测项目时间02 08 14 2008时14时20时日落后观测项目云 能见度 气压降水量80 320cm地温降水量日日照时数气温 湿度 风向冻土蒸发量风速 0 40cm地温雪深 雪压最高 最低气温最高 最低地面温度 二 空气温度的观测 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 当温度表与空气接触时 球部与空气间便发生热量交换 使感应物质变化 常用的温度表 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 2几种液体温度表 1 普通温度表 干湿球温度表 水银温度表 2 最高温度表 水银温度表 沸点高 冰点高 356 9 38 9 3 最低温度表 酒精温度表 冰点低 117 3 4 自动双金属温度计 1 感应部分 双金属片 两片膨胀系数不同的金属片焊接在一起组成 当温度变化时 金属片膨胀不同而发生弯曲 因而表示温度发生变化 2 传达放大部分 感应部分的变化是很小的 因此必须利用杠杆传达和放大 3 自记部分 自记钟 自己纸和自己笔 测量精度低于干球温度表 误差在0 5 左右 所以需进行订正 参照干球温度表 4温度表观测 1 观测程序 先读干球 后读湿球 记录后复读干湿球 然后读最高 最低温度表 复读 记录后 调整最高 最低温度表 放回最高温度表时 先放球部 后放头部 2 观测注意事项 1 熟悉仪器刻度 温度观测要求记录到0 1 2 避免视差 视线与水银柱顶端在同一平面内 3 动作迅速 温度表感应快 读数要迅速 先读小数 后读整数 不要对着温度表呼吸 4 复读 为了防止产生5 10 误差 三 地面温度的观测1观测项目 不同土壤温度观测地面 0cm 最高和最低温度 浅层温度 5 10 15 20cm深层温度 40 80 160 320cm2观测仪器 地面温度表 地面最低温度表和地面最高温度表 浅层用曲管地温表 深层用直管地温表 普通地温表 最高温度表 地面温度表 浅层地温表 5cm 10cm 15cm 20cm 5 6cm 20cm 10cm 直管地温表 40cm 80cm 160cm 320cm 深层地温观测 50cm间隔 四 空气湿度观测 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发湿度表测湿法 1干湿球温度表 1 测湿原理空气中水汽未达到饱和时 湿球纱布上的水分不断蒸发 湿球温度下降直到达到平衡 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 干湿球温度差值大小取决于空气湿度 差值越大 湿度越小 湿球蒸发的快慢与气压和风速也有关系 气压越高 风速越小 蒸发越慢 反之越快 2 干湿球温度测定 读取干湿球温度表的示度 注意湿球纱布必须保持湿润 用纯净水和脱脂纱布 3 湿度查算利用第一号湿度查算表查算各种湿度 t 表示湿球温度 t表示干球温度e表示绝对湿度 空气中水汽质量 r表示相对湿度 空气中实际水汽压与饱和水汽压比值 d表示饱和差 饱和水汽压与实际水汽压之差 n值代表当本站气压不在标准大气压1000hpa时用来订正湿球温度的 由于干湿球温度有零上或零下 湿球又有结冰 不结冰等情况 查湿度时应根据干湿球温度具体情况决定查哪一部分表 包括 1 干湿球都在零上 查 湿球未结冰 部分 2 干湿球都在零下 湿球结冰 查 湿球结冰 部分 3 干湿球都在零下 湿球未结冰 查 湿球未结冰 部分 4 干球在零上 湿球在零下 未结冰 查 湿球未结冰 部分 5 干球在零上 湿球在零下 结冰 查 湿球结冰 部分 但还需对湿球另加订正 基本查算方法举例 例如 干湿球都在零度以上 t 12 4 t 8 2 本站气压1102hpa 查出e r和d值 先在73页上t 12 4 栏下 t 8 2 处查得n 11 再在244页上气压1100hpa 气压只取十位数 各位四舍五入 和n 11的栏内查出湿球温度订正值 t 0 2 t t 8 2 0 2 8 0 再在12 4 纵行内t 8 0 查到e 7 2hpa r 50 d 7 2hpa 2通风式干湿表 1 测湿原理 可用于野外 球部由双层金属管保护 金属套之间有空气流通 起隔绝热量作用 另外还有通风装置 使外部自由大气不断流过球部 2 观测与湿度查算 先挂好仪器 用滴管湿润球部纱布 上好风扇发条通风 4 5分钟温度稳定后读数 观测读数时从下风向接近仪器 当风速大于4m s 用防风罩套在风扇向风面的缝隙上 罩开口部分顺着风扇旋转方向 查算方法与上述同 3毛发湿度表 毛发 指针 刻度等组成 根据毛发随相对湿度变化而变化的原理测定相对湿度 毛发湿度表的读数要与干湿球温度表的读数对照 制成订正表进行订正和记录 仪器精度较差 在气温 10 才使用 4湿度计 构造与温度计相似 只是感应部分是一束脱脂毛发 五 气压的观测 1气压表构造和原理 1 水银气压表 基本原理 根据水银柱的重量和大气压力相平衡的原理来测定气压 2 空盒气压表 轻便的野外观测仪器 感应部分是一个富有弹性的圆形空盒 空盒近似真空 机械部分的杠杆盒簧片具有放大作用 当气压增大时 盒面受压下凹 压力减小时 盒面弹起 气压变化引起空盒起伏运动 通过杠杆至指针 指示气压高低 2水银气压表读数订正 水银气压表读数只是表示测得的水银柱高度 由于各气压表精确度不同 所测出的数值往往是不同的 即使用同一支气压表进行测量 由于温度不同 地理位置不同 测量的数值也会各有差异 直接从水银气压表测得的气压数值 并不能代表真正的本站气压值 标准气压条件 温度0 纬度45 处 1000hpa 气压可比性 进行订正 1 器差订正 由于仪器本身制作上的不精确 引起气压读数与实际气压的不符合 订正值由仪器检定上可以找到 2 温度订正 温度订正可由气压常用表 第二号 中的 气压读数温度订正表 查得 例如 某次气压观测 附属温度表温度为15 8 器差订正后的气压值为1038 9hpa 将此气压值进行温度订正 其方法如下 在表中找到气压1040纵行及15 横行得订正数 2 54 温度零上 负值 再在下部差温度小数0 8 订正数 0 14 两者相加得订正数 2 7hpa 订正后气压值应为1036 2hpa 3 重力订正 南北纬45 时 标准海平面条件下 重力加速度为G 重力订正包括纬度重力订正和高度重力订正 当水银气压表位于大于45 的地理纬度上 或低于海平面位置上 因为重力加大结果 水银柱高度降低 因此使用正值订正 相反为负值订正 高度重力订正 如果高度与海平面高度差低于25m时 可不进行订正 气压读数应须经器差订正 温度订正之后方能进行重力订正用气象常用表 第三号 中的 气压读数纬度重力订正表 和 气压读数高度重力订正表 查得 六 风的观测 空气运动产生的气流称为风 风向和风速表示 风向指风的来向 用16方位法 风速是单位时间空气移动的水平距离 以m s单位 1 电接风向风速计 由感应器 指示器和记录器三部组成 感应器安装在室外10 12m高的杆子上 指示器和记录器置于室内 用电缆连接 感应器分风速表和风向标两部分 风速表由风杯和小发电机组成 风杯在风力作用下旋转时 带动小发电机旋转产生电流 风向标测定风向 头部为平衡锤 尾部为风向尾叶 当风标头部正指风的来向时 风尾两侧受的风力相等 因而停止转动 风标头部平衡锤指的方向就是风的来向 2 观测方法 1 风速观测 是把风速电表下面扳键开关向下扳 读0 20m s的标尺为小风速情况下 开关向上扳 读0 40m s标尺 一般观测两分钟 取指针摆动的平均位置读数 2 风向观测 将八灯盘下面的扳键开关向上扳 会有一个或两个灯泡亮 可读取这一瞬时风向 观测2分钟灯泡经常发亮的风向即为最多风向 3 目测风力风向 气象中常用风力等级表示风速大小 风力分为13级 最小0级 最大12级 目测风向一般根据炊烟的方向 旗子方向及其人体感觉等方法 按八个方位估计 先估计风力等级再换算成相当的风速 目测风力等级表 目测风力等级表 树木吹倒 一般建筑物损坏 大树被吹倒 一般建筑物严重破坏 陆上少见 摧毁力极大 七 降水 蒸发观测 1降水观测 降水量是以降落到地面上的雨 雪等融化后 未经蒸发 渗透流失而积聚的深度来确定 以毫米为单位取小数一位 降水量一般用雨量器测定 也可用自记仪器 雨量计 测定 1 雨量器安装 雨量器金属圆筒 筒口直径20cm 包括接水漏斗口 储水瓶和外套管和专用雨量杯 雨量器安装在平坦空旷之地 器口离地面70cm高 周围障碍物不得影响雨水收集 器口安置水平 2 降水观测与记录 每日8时和20时量取降水量 用雨量杯量测 雨量杯是特制玻璃杯 口径20cm雨量器配置的是口径4cm的特征玻璃杯 杯上每隔2 5mm刻成一格代表0 1mm降水量 2蒸发观测 由于蒸发而消耗的水量称蒸发量 测定一定口径的蒸发器中的水 因蒸发而降低的深度为蒸发量 用毫米为单位 取小数一位 1 小型蒸发器 高10cm 口径20cm的铜制园盆 安置在平坦空旷之地 终日受到阳光照射 器口离地面70cm 口缘水平 2 蒸发观测与记录 每日20时用雨量杯盛清水20mm 倒入蒸发器经24小时 用雨量杯量测所失掉的水量为某日蒸发量 若有降水加上降水量 则蒸发量 原量 20mm 降水量 余量 八 气候资料统计 1基本的气候指标 1 平均值 算术平均值 月均气温 月均降水量 年均蒸发量滑动平均值 研究气候长期变化常用十年滑动平均值显示气候要素演变规律 如计算某地降水平均值 将起始年1873年到第十年1882年的降水取算术平均值 再计算第二年1874年到第十一年1883年的平均值 依此类推 求出所有十年平均值 得出近百年来降水十年滑动平均值 变化规律表现出来 2 众数 一系列数据中出现频数最多的数值 代表大多数情况 如风向 中位数 数据大小排列后位于中间的数 水量5年滑动平均 2极值和较差 1 极值 分绝对极值和平均极值 如 月最高气温 最低气温的实际观测值即为决对极值 月中每日最高气温的平均值为平均极值 2 较差 表示变动范围 同一时期内最大值和最小值之差称较差 如气温日较差 月较差 平均最大和平均最小值之差称平均较差 例 南京1997年每日最高气温 34 6 31 0 38 35 8 36 35 5 34 8 31 32 5 30 36 36 4 37 0 36 0 36 4 36 8 36 2 37 5 35 2 32 5 35 5 37 0 34 2 35 3 34 0 36 1 36 8 38 0绝对最高气温38 平均最高气温35 1 3距平和变率 个别年份气象要素值与常年平均值之差称为距平值 将这些距平值的绝对值相加 再除以记录的年数 得出平均距平值 又称绝对变率或平均差 平均距平值除以多年平均值所得百分率称为相对变率或相对平均差 相对变率表示气候特征便于不同地区的比较 气象观测技术 1 无线电探空仪40km高度气温 气压 湿度垂直分布气层高度 2 雷达探测阴天以及能见度差条件下测风 云 雨 雷暴探测 3 气象火箭30km以上高层大气探测 空气密度 风向 风速 温度等 4 气象卫星特定轨道卫星 红外遥测云 雨 风 温