内蒙古农业大学-林业气象学实习报告

1、1林业气象学实习报告专业、班级： 09 级园林 * 班组长：*组员：*报告提交日期： 2011 年 10 月 18 日2目录一、实习目的和要求二、实习内容三、实习仪器四、观测结果及分析五、观测记录六、参考文献3一、实习目的和要求掌握小气候观测的一般方法，能够根据研究对象制定观测方案和观测设计， 准确记录观测数据和数据处理，能够根据实测数据分析说明不同下垫面小气候 特征、变化规律和形成原因。二、实习内容1 1、观测项目太阳总辐射、天空散射辐射、地面反射辐射，空气温度、空气湿度、风速、 OcmOcm地面温度、地面最高温度、地面最低温度、气压以及部分要素的梯度观测， 观测时记录天空状况。2 2、观测

2、地点观测点1 1：空旷地观测点2 2：草地观测点3 3：油松林地3 3、观测时间0707: 30-1830-18 : 3030，每隔3030分钟观测一次，连续观测三天。三、实习仪器通风干湿表、太阳总辐射仪、空盒气压表、磁感轻便风向风速表、0cm0cm地面温度表、地面最高温度表、地面最低温度表。四、观测结果及分析1 1、 数据整理及处理（所需数据为整点要素观测值：0808、0909、1010、1111、1212、1313、 1414、1515、1616、1717、1818）2 2、 绘制太阳总辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、气温、0cm0cm地面温度日变 化曲线，总结各要素的日变化规律，并比较

3、三种不同的下垫面各要素日变化有 何不同并分析原因。（同一气象要素在不同垫面的日变化情况要反映在一个图 上）3 3、绘制空气温度、空气相对湿度、水汽压、风速的梯度变化曲线（50cm50cm及150cm150cm）, 总结变化规律并分析原因。（同一气象要素在不同下垫面的日变化情况包括梯度 4变化要反映在一个图上）4 4、计算不同下垫面的地表反射率并分析影响反射率大小的因素。5 5、总结三种不同下垫面的小气候特点及形成原因。5一太阳总辐射量日变化曲线辐射量8006004002000三种不同下垫面太阳总辐射日变化曲线十空地 亠草地 林地时间6三种不同下垫面太阳总辐射日变化分析日变化规律、比较不同之处并

4、分析原因）到达地面的太阳辐射 : :到达地面太阳辐射能量 = =反射能量 + +吸收能量 + +透射能量I I = = R R + + A A + + T T（1 1）太阳高度角太阳平行光线与水平面之间的夹角称为太阳高度角。太阳直接辐射随太阳 高度角的增大而增大。一方面是由于太阳高度角愈小时，等量的太阳辐射能散 布的面积愈大，则单位面积上接受到的能量就愈少。另一方面，因为太阳高度 角愈小时，太阳光穿过的大气层就愈厚，大气对太阳辐射的减弱作用就愈强。 所以到达地面上的辐射就愈少。（2 2）大气质量数在标准状况下，海平面气压为1013hPa1013hPa气温为0 0C时，太阳光垂直投射到 地面所经

5、路程中，单位截面积空气柱的质量称为一个大气质量数 m m。不同太阳高 度角，阳光经过的大气质量数也不同。当太阳高度角很小时， m m值很大，随着太 阳高度角的增大， m m 值很快减少。太阳在地平面时所通过的 m m 值比在天顶时大 35.435.4 倍。（3 3）大气透明度太阳辐射从大气上界进入大气层后还要受大气透明度的影响。大气透明度的特征量用透明系数 a a 表示。它是指透过一个大气质量数后的辐射强度与透过前的辐射强度之比。大气透明系数与大气中的水汽、水汽凝结物、尘埃杂质等 有关。这些物质越多，大气透明程度越差，透明系数越小。因而太阳辐射受到 的减弱越强，地面获得的太阳辐射也越少。a a

6、 是一个小于 1 1 的数，其取值是：当7天空特别晴朗，污染较少时 a=0.9a=0.9 ；当污染特别严重，天空特别混浊时 a=0.6a=0.6 ； 一般情况下a=0.84a=0.84左右。JPJP由于太阳直接辐射主要是由太阳高度角决定的，所以有明显的日变化、年变化和随纬度的变化。一天中，无云的天气条件下，一 般是中午太阳高度角最大，直接辐射最强；日出、日落时太阳高度角最小，直 接辐射最弱。一年中，对一个地区来说，直接辐射夏季最大，冬季最小。但如 果夏季，大气中的水汽含量增加，云量增多，会使直接辐射减弱很多，使得直 接辐射的最大月平均值出现在春末夏初季节。太阳辐射在大气中的衰减 : :太阳辐射

7、通过大气层后到达地球表面。由于大气对太阳辐射有一定的吸收、 散射和反射作用，使投射到大气上界的辐射不能完全到达地表面。与大气上界 的太阳辐射光谱相比较，可以看出：通过大气层后，太阳总辐射能有明显地减 弱；波长短的辐射能减弱得最为显著；辐射能随波长的分布变得极不规则。产 生这些变化有以下几方面原因：大气对太阳辐射的吸收太阳辐射穿过大气层到达地面时，要受到一定程度的 减弱，这是因为大气中某些成分具有选择吸收一定波长辐射能的特性。大气中 吸收太阳辐射的成分主要有水汽、液态水、二氧化碳、氧、臭氧及尘埃等固体 杂质等。太阳辐射被吸收后变成了热能，因而使太阳辐射减弱。水汽吸收最强 的波段是位于红外区的0.

8、930.932.852.85卩卩m,m,据估计，太阳辐射因水汽的吸收可减弱 约4%4%15%15%氧只对波长小于0.20.2 m m的紫外线吸收很强，在可见光区虽然也有 吸收，但较弱。臭氧在大气中的含量很少，但在紫外区和可见光区都有吸收带， 在0.20.20.30.3卩卩m m波段的吸收带很强，由于臭氧的吸收，使小于 0.290.29 m m波段的 太阳辐射不能到达地面，因而保护了地球上的一切生物免遭紫外线过度辐射的 伤害。臭氧在0.440.440.750.75卩m m还有吸收，虽不强，但因这一波段正好位于太阳8辐射最强的区域内，所以吸收的太阳辐射量相当多。二氧化碳对太阳辐射的吸收比较弱，仅对

9、红外区2.72.7卩m m和4.34.3卩m m附近的辐射吸收较强，但该区域的太 阳辐射较弱，被吸收后对整个太阳辐射的影响可忽略。悬浮在大气中的水滴、 尘埃、污染物等杂质，对太阳辐射也有吸收作用，大气中这些物质含量越高， 对太阳辐射吸收越多，如在工业区、森林火灾、火山爆发、沙尘暴等，太阳辐 射都有明显减弱。总之，大气对太阳辐射的吸收，在平流层以上主要是氧和臭 氧对紫外辐射的吸收，平流层至地面主要是水汽对红外辐射的吸收。被大气成 分吸收的这部分太阳辐射，将转化为热能而不再到达地面。由于大气成分的吸 收多位于太阳辐射光谱两端，而对可见光部分吸收较少，因此可以说大气对可 见光几乎是透明的。总辐射 :

10、 :到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称为总辐射，总辐射的日变化与直 接辐射的日变化基本一致。 日出以前 , , 地面上获得的总辐射不多， 只有散射辐射； 日出以后，太阳高度角不断增大，当太阳高度角增到2020以前，散射辐射大于直接辐射，以后由于直接辐射增加得较快，使散射辐射在总辐射中所占比例逐 渐减小；当太阳高度角达到5050左右，散射辐射只占总辐射的10%20%10%20%至U U中 午时，直接辐射和散射辐射均达最大值；中午以后二者又按相反的次序变化。 有云时总辐射一般会减少，因为这时直接辐射的减弱比散射辐射的增强要多。 只有当云量不太多，太阳视面无云，直接辐射没受到影响，而散射辐射因云

11、的 增加而增大时，总辐射才比晴空时稍大。辐射的年变化与直接辐射的年变化基 本一致，中高纬度地区，总辐射强度（指月平均值）夏季最大，冬季最小；赤 道附近（纬度0 02020左右），一年中有两个最大值分别出现在春分和秋分。总 辐射随纬度的分布一般是，纬度愈低总辐射愈大。反之就愈小。但由于赤道附 9近云很多，对太阳辐射削弱得也很多，所以，总辐射年总量最大值不是出现在 赤道，而是出现在纬度 2020附近。总结：林地小气候的太阳总辐射由于树叶枝干对太阳光的阻挡，使太阳光基本上 无法透过树叶直射地面，所以太阳总辐射值基本保持不变，在 0 0左右。草地小气候和空地小气候没有了树叶等的阻挡，所以太阳光能直接到

12、达地 面，因而太阳总辐射值大于林地小气候；而由于一天中云的出现使太阳总辐射 时大时小，成波状变化。散射辐射的强弱主要决定于太阳高度角、大气透明度和云量等因素。散射 辐射的日变化基本上与太阳高度角一致，在中午前后达到最大，但不完全对称， 因为上午和下午的散射系数和云况不同。草地小气候的散射辐射大于空地小气候的散射辐射大于林地小气候的散射 辐射。到达地面的太阳总辐射由于地面的反射作用，一部分被反射回宇宙空间， 一部分被地面吸收转化为热量。下垫面反射太阳总辐射的多少，以下垫面反射 率来表示。下垫面的类型、颜色、粗糙程度、湿润程度等因素都对下垫面反射 率有影响。而太阳高度角的影响最大。当太阳高度角小时

13、，光线入射角大。无 论何种表面，入射角大则反射率也大，另外，太阳高度角小时，太阳辐射光谱 中长波占的比例大，地表对其反射能力较强。随着太阳高度角的增加，入射角 减小，太阳辐射光谱中短波的比例增加，反射率也变小。由于林地小气候的太阳总辐射小于草地和空地，所以林地反射辐射也小于 草地和空地。10辐射量天空散射辐射日变化曲线8时9时神寸彳时0寸若1 时屏寸剧寸尹萨三种不同下垫面天空散射辐射日变化曲线时间11三种不同下垫面地面反射辐射日变化曲线12空气温度日变化曲线温度空地 亠草地 T-林地8 8时 9 9时1010时1111时1212时1313时1414时1515时1616时1717时1818时时间

14、13三种不同下垫面上空气温度日变化曲线三种不同下垫面上空气温度日变化分析（日变化规律、比较不同之处并分析原因） 三种不同下垫面上空气温度日变化分析 大气的温度叫气温。从长时间平均看，地面和大气系统热量得失的总和平 衡，因此，地面和大气的平均温度保持不变。但是，在不同时间、不同地域， 太阳辐射、下垫面性质和大气条件等是有变化的，因此，气温具有时间上的变 化差异。空气温度的日变化，一天中会有一个最高值和最低值， 由于大气中的 热量累计相对于太阳辐射有一定的滞后性，因此，一天内，气温的最高值一般 出现在午后 2 2 点左右，比中午太阳高度角最大、太阳辐射最强的时间落后 2 2 小 时左右。由于夜晚地

15、面在没有太阳辐射热能补充的情况下，不断放出长波辐射 热能，日出前地表储存的热能达到最少，随之气温也达到最低值。一天中的气 温最高值和最低值之差称为气温日较差。不同地理纬度、季节变化、地表性质、 天气状况等，日较差的变化是有差异的。一般而言，低纬大于高纬，夏季大于 冬季，陆地大于海洋，晴天大于阴天；高原大于同纬度平原；谷地和盆地大于 山地上部。气温的日变化和年变化是气温的周期性变化，但大气的不规则运动常使这 种变化发生改变。如冷空气活动使气温骤降、暖空气来临使气温回升等。大气 环流是影响气温变化的主要因子，气温的日变化与年变化 . . 这说明不同的下垫面 可能在原有气温上升的趋势上 , , 由于

16、叠加了近期大气环流引起的气温变化 , , 所以 14才形成三种不同下垫面上空气温度日变化。15地表温度日变化曲线三种不同下垫面OcmOcm地温日变化曲线温度时间16三种不同下垫面 0cm0cm 地面温度日变化分析 （日变化规律、比较不同之处并分析原因） 影响地面温度的变化主要有以下几个方面：1 1、森林绿地中的植物通过蒸腾作用，不断地从环境中吸收热量，降低环境 空气的温度，而水体的热容量大，在吸收相同热量的情况下，表现出比其他下 垫面的温度低，水面蒸发吸热，也可降低水体的温度。草地含水量少于林地， 但大于空旷地。2 2、太阳辐射作用。森林覆盖地太阳辐射弱，升温慢，草地次之，空旷地 太阳辐射最强

17、。植物通过蒸腾作用 , ,与周围大气不断进行着热湿交换 , , 从而调节 大气的温、湿度分布 . . 植被对太阳辐射的反射和遮挡作用 , , 使得调节作用提升到 叶面高度附近 . . 植被的高度、覆盖率、覆盖面积都会对空气的温、湿度分布产生 不同的影响 . .地面温度的升高或者降低，均是由地表热量收支状况以及土壤本身的热力 学特性如热容量、导热率和导温率等决定的。白天由于地面收入的能量高于支 出的能量，地表温度升高。草地中的温度状况，主要决定于辐射、乱流交换和蒸散状况。由于草地的 植物密度较小，外活动面尚未形成，热量收支状况与空地相似。所以草地和空 地的地面温度变化曲线相似。林地对近地面温度的

18、影响主要决定于乱流交换的减弱和蒸散量的增大。一 般来说，在林网中部，因有越过林带下降气流的影响，温度略低于空旷地。而 且由于林地太阳总辐射低于空地和草地，使得林地的地表温度也低于空地和草178时加袒羊时尹袒卅寸萨萨評袒地。空气相对湿度50cm50cm高度空气相对湿度日变化曲线三种不同下垫面空气相对湿度梯度变化曲线（50c50c m m及150cm150cm）1819三种不同下垫面空气相对湿度日变化分析（日变化规律、梯度变化规律、分析原因） 表示空气中水汽多寡亦即干湿程度的物理量，称为 空气湿度。 湿度 的大小常用水汽压、绝对湿度、相对湿度和露点温度等表示。公众天气 预报中最常用的是相对湿度。

19、相对湿度 是空气中实际水汽含量 （ 绝对湿度 ） 与同温度下的饱和湿度 （最大可能水汽含量 ） 的百分比值。它只是一个相 对数字，并不表示空气中湿度的绝对大小。空气的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比，就叫相对湿度。相对 湿度分布，不仅决定于空气中的水汽含量的变化，也决定于气温的变化，是比 较复杂的。相对湿度的大小直接反应空气距离饱和的程度。温度一定时，饱和 水汽压保持不变，水汽压越大，空气越接近饱和。空气相对湿度的日变化主要 决定于温度，温度升高时，虽然蒸发加强使实际水汽压增大一些，但因饱和水 汽压增大的更多，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

20、最高值出现在清晨，最低值出现在 14141515时。草地湿度变化，取决于温度，草地蒸散以及乱流交换强度。白天草地中的 水汽压由地表向上随高度的增加而减小，与空地湿度分布型相似，属湿型分布。 由于植物生长较为稀疏，所以相对湿度大小与空地差不多。林带间的土壤蒸发虽然比空旷地小，但作物的蒸腾量却比空旷地大，所以 林间蒸散量比空旷地大。由于风速和乱流交换作用减弱，被蒸发出来的水汽较 容易保持，因而林带间的空气湿度通常比空旷地高。20150cm高度水汽压日变化曲线 水汽压三种不同下垫面水汽压梯度变化曲线21三种不同下垫面水汽压日变化分析（ 150cm150cm）（梯度变化规律、日变化规律、分析原因）试验

21、和理论证明，在温度改变时，饱和水汽压也随着改变，且成正相关。此外，饱和水汽压还与物态，溶液浓度等因素有关。大气中水汽所产生的分压强叫水汽压。水汽压的大小和空气中水汽含量的 多少有关，当空气中的水汽含量增多时，水汽压就相应地增大，反之，水汽压 减少。林地中的水汽压一天中在早上时最高，下午 1414 1515时出现最低值，一天中的波动较小。而草地和空地的水汽压变化较大，这与不同下垫面的类型和植物状况有关。22150cn高度风速日变化曲线50cm50cm高度风速日变化曲线风速时间风速时间23三种不同下垫面风速梯度变化曲线（50cm50cm及150cm150cm）三种不同下垫面风速日变化分析（日变化规

22、律、梯度变化规律、分析原因）经过连续测量分析绘图得出在 50cm50cm高度下的风速日变化图：在林地内的风速无明显变化，属于无风状态，而在空地和草地的风速日变化较大。在空地上， 在上午 8 8 时99 时风速逐渐降低，直到 1313 时风速增大，到 1515 时 风速达到最大值 1.1m/s1.1m/s ，然后逐渐降低。在草地上，从上午 8 8 时开始到 1313 时风速缓慢增大， 从 1515 时开始急速增大， 在 1717 时出现最大值 1.8m/s1.8m/s ，然后迅速降低。（2）150c m高度三种不同下垫面风速日变化分析。 经过连续测量分析绘图得出在 150cm150cm 高度下风

23、速日变化图：在林地内的风 速无明显变化，属于无风状态。在空地上， 8 8 时有微风，而从 9 9 时到 1414 时属于无风状态，然后风速缓慢增 大，到 1616 时达到最大值 1m/s,1m/s, 而后缓慢减小。在草地上，从 8 8 时到 1515 时风速缓慢增大 1515 时到 1616 时风速急剧增大出现最 大值3m/s3m/s，然后迅速降低。综合50cm50cm和150cm150cm高度的风速日变化图可知：在空地上，风速梯度变化较大，而在草地上风速的梯度变化较小。这是由于下垫面粗糙程度以及周围环境 不同。建筑对风力有削弱效应， 气流在障碍物前， 由于受阻拥塞， 形成高气压幕，这层高气压

24、幕对后来的气流起着缓冲作用，使得流速降低。城市下垫面粗糙度大，有减低平均风速的效应。例如上海市 1986199019861990 年 的平均风速比 100100 多年前（ 1894190018941900年）的平均风速要小 34.2%34.2%。在大范围内， 气压梯度极小的天气形势下，特别是晴夜，由于城市热岛的存在，在城区形成 24一个弱低压中心，出现上升气流。此外，城市内部因街道走向、宽度、两侧建筑物的高度、型式和朝向不同， 各地所获得的太阳辐射能就又明显差异，在盛行风微弱时或无风时会产生局地 热力环流。而当盛行风吹过鳞次栉比、参差不齐的建筑物时，因障碍效应产生 不同的升降气流、涡动和绕流等

25、，使风的局地变化更为复杂。在陆地上，风速一般以午后最大。因为午后地面最热，上下对流最旺，高 空风大的动量下传也最多。日落前地面迅速冷却，气层趋于稳定，因而地面风 速急减。入夜后风速基本稳定，一直到日出后风速重又开始增大。25三种不同下垫面反射率大小比较及影响分析空地草地林地下垫时间太阳 总辐 射地面 反射 辐射反射率太阳 总辐 射地面 反射 辐射反射率太阳 总辐 射地面 反射 辐射反射率8时89.97.17.90%4911.723.88%10.20.98.82%9时128.212.59.75%166.435.621.39%29.27.325.00%10时:393.432.98.36%134.5

26、16.812.49%22.72.912.78%11时190.050.026.32%166.535.121.08%19.78.844.67%12时(294.038.012.93%*460.15712.39%73.85.16.91%13时503.068.013.52%353.9 158.516.53%53.45.1r 9.55%14时221.624.010.83%201.122.110.99%57.714.124.44%15时(571.995.216.65%(546.1124.322.76%59.216.127.20%16时175.419.010.83%215.733.615.58%28.55.1

27、P 17.89%17时122.86.25.05%126.547.537.55%22.72.912.78%18时61.45.38.63%54.85.910.77%10.20.76.86%平均 值11.89%18.67%17.90%由表可知，空地的反射率小于林地和草地，林地草地的反射率相差不大。原因有以下几种：1 1、颜色对反射率的影响颜色，对太阳辐射可见光部分有选择反射的作用。各种颜色表面的最强反 射光谱，就是它本身颜色的波长。白色表面具有最强的反射能力，黑色表面的 反射能力较小，绿色植物对黄绿光的反射率大。颜色不同，反射率有很大差别, 例如新白雪的反射率可高达 80%-95%80%-95%而黑

28、钙土的反射率只有5%-5%- 12%12%2 2、土壤湿度对反射率的影响反射率将随土壤湿度的增大而减小。例如白沙土，随着湿度的增加其反射 率从40%40%笔到18%18%减少了 22%22%这是因为水的反射率比陆面小的缘故。有试验 指出，地面反射率与土壤湿度呈负指数关系。3 3、粗糙度对反射率的影响26随着下垫面粗糙度的增加，反射率明显减小。这是由于太阳辐射在起伏不 平的粗糙地表面，有多次反射，另外太阳辐射向上反射的面积相对变小，所以 导致反射率变小。4 4、太阳高度角对反射率的影响 当太阳高度角比较低时，无论何种表面，反射率都较大。随着太阳高度角 的增大，反射率减小。一日中太阳高度有规律的日

29、变化，使地面反射率也有明 显的日变化，中午前后较小，早、晚较大。5 5、几种下垫面的反射植被的反射率 大小与植被种类、生长发育状况、颜色和郁闭程度有关。植物颜色愈深， 反射率愈小，绿色植物在 20%20%左右。植物苗期与裸地相差不多，反射率较大；生 长盛期反射率变小，多在 20%20%左右；成熟期，茎叶枯黄，反射率又增大。水面的 反射率一般比陆面小，波浪和太阳高度角对水面的反射率有很大的影响。一般 太阳高度角愈大，水面愈平静，反射率愈小，例如当太阳高度角大于6060时，平静水面的反射率小于 2%2%，高度角为 3030时，反射率增至 6%6%，高度角为 2 2时， 反射率可达80%80%新雪面

30、的反射率可高达90%90%以上，脏湿雪面的反射率只有20%20% 30%30%冰面的反射率大致为30%-40%30%-40%由于反射率随各地自然条件而变化，所以 它在季节上的变化也是很大的。由此可见，即使总辐射的强度一样，不同性质 的地表真正获得的太阳辐射仍有很大差别，这也是导致地表温度分布不均匀的 重要原因之一。三种不同下垫面的小气候特点及成因分析林地具有降温、增湿的效应。对人体的舒适程度，林地建设对维持城市生 态平衡有重要作用。晴天草地所获得的净辐射能量约 1/21/2用于植被蒸腾和土壤蒸发 , , 约13%13%用于 显热; ;而裸地所获得的净辐射能量约 1/31/3 用于土壤蒸发 , ,约2/52/5用于显热。中午草 27地温度比裸地温度最小低约1010C, ,比气温最大高约4 4C。草地上水汽浓度比裸地 最大高约3 3 g/m3,g/m3,约高出1/3,1/3,具有增湿作用。在植被生长季节草地是 COCO汇, ,是氧 气的源,CO2,CO2通量日平均约