小气候实习报告

1、小气候实习报告梁希12-2 苌方圆 120114220 北京林业大学2013/7/26一、 前言1. 小气候的概念小气候是指在具有相同的大气候背景下，局部地区，由于由于地形地势、下垫面构造和特性的不同，造成热量和水分收支差异，形成了近地气层和土壤上层局部地区与大气候不同的特殊气候。2. 小气候的特点小气候与大气候不同，其特征可用“范围小、差别大、很稳定”来概括。1）范围小范围小是指小气候现象的垂直和水平尺度都很小；愈接近下垫面，小气候特征愈显著，愈远离下垫面，小气候效应就逐渐减弱，到某一高度以上，小气候效应就完全消失。2）差别大差别大是指气象要素在垂直和水平方向的差异都很大，如在沙漠地区贴地气

2、层2mm内，温差可达十几摄氏度或更大。3）很稳定很稳定是指各种小气候现象的差异比较稳定，几乎天天如此。3. 小气候的类型不同的下垫面上形成不同小气候，农田中有农田小气候，城市里有城市小气候，森林中有森林小气候等。由于下垫面特性和构造多种多样，因此形成了各种各样的小气候，如地形小气候、森林小气候、防护林小气候、城市小气候、农田小气候等。4. 研究目的1) 小气候是生物活动最重要的环境，它直接影响植物生长发育，也影响病虫害的发生和消长。为了充分合理地利用各地的小气候资源，必须研究各地的小气候条件。2) 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

3、变化规律；3) 通过与对比点间的这些气象要素的对比分析，了解不同下垫面的小气候特征，4) 掌握小气候的研究方法。二、 材料与方法1. 测点概况1) 测点名称：北京林业大学气象站水泥地处2) 本组编号：北京林业大学气象学实习梁希12-2第一小组3) 地理位置：北京市海淀区北京林业大学气象站（40N，11619E）4) 海拔高度：54m5) 地形及附近水体：平地，附近无水源6) 植被状况：东面有一棵高大的杨树；南面为裸地，其上有茂盛的植被，主要有海尔拳头、堇菜、臭草、灰菜、朱毛草和大油芒；北面的气象楼墙壁上攀援有五月地堇等植物。7) 附近建筑物情况：东面有高大居民楼；西面有低矮的居民楼；南面有低矮

4、楼房，但距离相对较远；北面是气象站的气象楼。2. 测定内容与仪器1) 测定内容太阳辐射、20cm、150cm空气湿度、风、气压、不同深度土壤温度；2) 所用仪器太阳直接辐射表、天空辐射表、万用表、通风干湿表、三杯轻便风向风速表、空盒气压表、最低温度表、最高温度表、地面温度表、曲管地温表3. 测定步骤1) 湿度、风的观测53 通风干湿表悬挂在20cm、150cm处，上水，通风。55 观测地温（0cm、5cm、10cm、15cm、20cm），最低温度当日8:00读取，最高温度当天15:00读取。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

5、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，读后通风。03 读气压。（经3次订正得出实际气压值）05 观测地温2) 太阳辐射的观测56 将直接辐射表进光筒对准太阳，用遮光板遮住天空辐射表的感应部分。58 接通直接表和万用表线路，打开开关，然后再次调整进光筒，使之对准太阳，打开帽盖读直接辐射读数，连续3次，读后盖上帽盖，关上万用表（S）。60 接通天空辐射表和万用表，打开开关，然后再次调整遮光板，打开帽盖，读散射辐射读数，连续3次（Sd）。02 取下遮光板，反转天空辐射表，读反射辐射3次，

6、再将天空辐射表翻正，盖上帽盖，关上万用表（Sr）。三、 结果分析1. 单点分析1.1 太阳辐射日变化1.1.1 到达地面的直接辐射（Sb）的日变化规律分析：影响因素：太阳直接辐射与太阳高度角、大气质量系数和大气透明系数有关，并受云和海拔高度的影响。由于实习地点海拔高度不变，故不考虑海拔变化对直接辐射变化的影响。变化趋势：从8:3613:00，由于太阳高度角一直增大，大气质量一直减小，大气透明系数受轻微雾霾的影响无明显变化，到达地面的直接辐射一直增大，在13:00达到最大值；13:0017:00，由于太阳高度角开始减小，大气质量开始增大，到达地面的直接辐射一直减小；17:0019：00，由于太阳

7、高度角减小，阳光被气象站西侧的高楼遮挡，所以本小组没有再测到直接辐射。特殊点：9:00时由于阳光受到气象站东边杨树的轻微遮挡，所以测得的值比实际值小，在图上显示为与8:00的直接辐射值没有太大区别；14:00时，由于天空云量增加，直接辐射值迅速减小。1.1.2 散射辐射(Sd)的日变化规律分析：影响因素：散射辐射的强弱与太阳高度角、大气透明度、云和海拔高度有关。变化趋势：8:3611:00，太阳高度角增大，到达地面的直接辐射增强，散射辐射也就相应增强；大气透明系数虽然较大导致参与散射作用的质点减少，但是这个减弱作用相对于太阳高度角增大的影响较弱，而云量无明显变化，所以总体来看散射辐射增大，在1

8、1:00时达到第一个峰值；11:0013:00，此时虽然直接辐射还在增大，但是由于大气透明系数较大，参与散射作用的质点减少，且云量无明显变化，所以大气透明系数的影响占主导地位，导致散射辐射有所减小，在13:00时到达一个低谷；13:0014:00，直接辐射继续增强，但大气透明系数减小，云量明显增加，所以散射辐射有所增加，在14:00时达到第二个峰值；14:0019:00，直接辐射减小，散射辐射也就跟着减小，虽然云量增加，但是它对散射辐射的增大作用小于因直接辐射减弱而导致的减小作用，所以最终散射辐射不断减小，在19:00时达到最小值。特殊点：13:00时，虽然直接辐射达到一天中的最大值，但是由于

9、大气透明系数较大，参与散射的质点较少，所以散射辐射较小。1.1.3 总辐射(St)的日变化规律分析：影响因素：总辐射的变化取决于太阳高度、大气透明度、云量和海拔等因素，其中，太阳高度的影响最大。变化规律：8:3611:00，由于到达地面的直接辐射和散射辐射都在增大，所以总辐射一直增加，在11:00时达到最大值；11:0013:00，由于散射辐射的减小趋势强于直接辐射的增加趋势，所以总辐射也相应的略有减小；14:0019:00，由于直接辐射和散射辐射都在减小，所以总辐射持续减小。特殊点：9:00时，由于受到气象站东边一棵杨树的遮挡，导致所测得的直接辐射偏小，所以总辐射增幅不明显。1.1.4 反射

10、辐射(Sr)的日变化规律分析：影响因素：到达地面的总辐射中，有一部分由于地面的反射作用而返回大气或宇宙空间，这一部分辐射成为地面反射辐射。地面反射率受下垫面的颜色、湿度、粗糙度、不同植被、土壤性质及太阳高度角等因素的影响。变化趋势：8:3612:00，由于太阳高度角一直增大，到达地面的直接辐射一直增大，所以反射辐射也就相应增大，12:00时达到最大值；12:0019:00，由于太阳高度角开始减小，到达地面的直接辐射减小，所以反射辐射也相应减小。特殊点：13:0014:00，反射辐射的减小速度较快，观察发现，此时直接辐射的减小速度也很快，也就是说反射辐射的变化趋势与直接辐射近似同步，这说明了在相

11、同的下垫面上，直接辐射的变化对反射辐射的变化影响很大1.2 土壤温度的变化1.2.1 不同深度土壤温度的日变化规律分析：影响因素：土壤温度的高低和变化取决于土壤热量的收支和土壤热特性。变化趋势：日出之后，由于太阳总辐射不断增加，地面土壤不断吸收热量致使土壤温度不断升高；其中，0cm土壤吸收辐射最多，故上升速度最快，5cm次之，其余随深度的增加而增速依次减慢，由此可见，随深度的增加，土壤吸收的辐射越来越少；0cm土壤温度在13:00达到最大值，稍滞后于总辐射达到最大值的时间，符合以往所学的结论，5cm和10cm在16:00温度达到最大值，15cm和20cm在18:00时达到温度最大值，说明在土壤

12、中热量由表层向深处传递需要一个过程，所以温度的变化存在滞后性，深度约深，达到最大值的时间越晚；15:00以后，由于总辐射减小，0cm的土壤温度呈明显下降趋势，而5、10cm处土壤温度下降速度较慢，15、20cm则无明显下降，说明土壤具有较好的保温作用，深度越深，保温效果越好。特殊点：14:00时，由于天空云量增加，导致直接辐射瞬间减小，所以0、5cm处土壤温度减小，而其他深度由于土壤的保温作用没有出现明显降温。1.2.2 土壤温度的垂直变化规律图六 土壤温度的垂直变化规律深度（cm）分析：9:00曲线：010cm的土壤获得太阳辐射后首先增温，热量由地表向下层传递，土壤温度随深度增加而降低，为日

13、射型。而15、20cm处温度虽无明显减小，但也没有增大，所以总体来说，9:00时的土壤温度的垂直分布为日射型。13:00曲线：此时可明显看到土壤温度随深度的增加而减小，为典型的日射型。19:00曲线：010cm的土壤因辐射冷却温度下降，土壤上层开始出现辐射型，1020cm仍然保持日射型，此时上层和下层的温度都较低，中间层的温度最高，为晚上过渡型。1.3不同高度气温的日变化规律分析：影响因素：对流层中气温的垂直分布特点一般是随高度的增加而降低。其原因：一是地面是大气增温的主要和直接热源，对流层主要依靠吸收地面长波辐射增温，因而距离地面越远，获得的地面长波辐射的热能也越少，总体趋势：8:369:0

14、0，两处的气温降低，原因可能是此时地面刚接受太阳辐射不久，吸收的热量没有放出的热量多，所以地面仍在降温，而地面是大气的直接热源，所以气温跟着降低；9:0015:00，两处气温都在不断升高，原因是地面吸收太阳辐射而增温，大地暖大气，气温就跟着升高，地温于13:0014:00达到最大值，气温于15:00达到最大值，略有滞后，这表明大地暖大气需要一个过程，有滞后性；15:0019:00，两处气温均不断降低，原因是地面温度不断降低。特殊之处：8:369:00，出现150cm处温度高于20cm处的现象，原因可能是出现了辐射逆温。可能是刚刚过去的那个夜晚，地面由于强烈辐射而降温，与地面接近的气层冷却降温最

15、强烈，而上层的空气冷却降温缓慢，另外观测前几天有连续降雨，土壤较为潮湿，土壤中水分蒸发吸收热量加剧了土壤温度在夜间的降低，所以出现辐射逆温现象；10:0012:30，两个高度气温都在增加，但20cm增加更快，温度也高于150cm,其原因，一是地面是大气增温的主要和直接热源，对流层主要依靠吸收地面长波辐射增温，因而距离地面越远，获得的地面长波辐射的热能也越少，气温降低；二是距离地面越近水汽和气溶胶粒子也就越多，它们吸收地面辐射能力强，气温也就越高，越远离地面，水汽和气溶胶粒子越少，则气温越低；12:3017:00，两处的温度先增加，15:00时达到最大值，而后降低，这符合正常规律，但是150cm

16、处的温度却反常的高于20cm处的温度，有两种可能，一是150cm处受太阳直接辐射影响较大，所以升温较快，二是测量当天150cm处的通风设备有一点小问题，每次旋转旋钮三圈后，都会比20cm处的提前结束通风，不知道这个通风问题是否使观测结果出现了误差1.4不同高度湿度的日变化规律1.4.1 不同高度水汽压（e）的日变化规律分析：影响因素：大气中所含水汽的分压力称为水汽压。水汽压的大小主要与温度有关，一般来说，它随着温度的升高而迅速增大。但还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等因子有关。总体趋势：8:3610:00，两处的水汽压均减小，原因是8:369：00两处气温还都在减小，看来水汽压的变化

17、相对于温度也有滞后性；10:0016:00，两处的水汽压均上升，在16:00时达到最大值，原因是太阳辐射增强是地面升温，继而气温上升，植物蒸腾和土壤表面蒸发均增强，致使水汽压增大；16:0019:00，两处水汽压均开始下降，原因是气温降低导致蒸散作用减弱。特殊之处：150cm处水汽压的日变化为双峰型，但是最高值出现的时间不是典型的9:0010:00和21:0022:00，而且12:3017：00,150cm处的水汽压高于20cm处的水汽压，这是由于先前测得的气温150cm处高于20cm处的原因，而气温反常的原因前面已经分析过。不过也不排除此时间段内出现的云和新起的风的影响。1.4.2 不同高度

18、相对湿度（u）的日变化规律分析：影响因素：温度总体趋势：从8:3615:00，随着温度的升高，地表蒸发使空气中的实际水汽压增大，但因饱和水汽压为温度的函数，随温度增加得更快，所以温度的增高，相对湿度减小；最低值出现在14:0015:00之间；之后随着温度的降低，相对湿度开始增大。特殊之处：12:0019:00,150cm处的相对湿度一直高于20cm处的相对湿度，原因还在进一步探讨中。1.4.3 不同高度饱和差（d）的日变化规律分析：影响因素：饱和差是由饱和水汽压和实际水汽压决定的。总体趋势：两处的饱和差从8:3615:00一直增大，在15:00达到最大值，而后不断减小，与相对湿度的变化规律吻合

19、；而20cm处的饱和差大于150cm处的饱和差这一事实也与20cm处的相对湿度低于150cm处相对湿度这一事实吻合。1.5气压日变化分析：影响因素：大气的运动、大气温度的变化、大气湿度的变化总体趋势：观测当日无明显大气运动，故排除大气运动队气压的影响。8:3616:00，随着温度的上升，底层空气受热膨胀，上升后向四周付三，导致气压间断性下降，16:0017：00达到最小值；17:00之后气温明显下降，所以气压也跟着降低。特殊之处：8:3610:00，气压无明显下降甚至略有上升，这与温度的反常降低有关，前面气温分析中已经指出，8:369:00，由于地面向外辐射的热量大于吸收的太阳辐射，所以土壤的

20、温度还在降低，引起气温降低，最终引起气压降低，而从气温降低到气压升高还需要一个过程，所以气压的升高持续到了10:00；16:00时，由于温度降低，大气向上的辐散作用已经持续了很久而再没有持续的余地了，所以气压已经达到一个相对稳定的状态，没有继续增大。1.6风的日变化分析：影响因素：水平气压梯度力、地转偏向力、摩擦力总体趋势：符合一般风的日变化规律。现就风速来讲，清晨风速最小，而后由于地面受热，空气变得不稳定，湍流得以发展，风速增大，午后湍流发展旺盛，达到最大值；之后直到17:00气温明显下降，湍流减弱，才引起风速的逐渐下降。就风向而言，上午大多为东南风，午后多为西南风，傍晚转为西北风，风向变化

21、明显，联系到前几天北京出现连续降雨，大气活动不稳定，所以可能是由于大气中出现了强烈扰动，空气上下层交换频繁，与空气一起移动的大小涡流是局部气流改变方向。特殊之处：午后是风速最大的时候，但观测到13:00风速为0，可能是偶然因素所致，不影响对整体风的日变化规律的分析。2. 对比分析本小组：水泥地，周围植被较少第三小组：裸地，周围植被较多2.1 不同测点总辐射的比较分析：总体趋势：我们两组的总体变化趋势相同，9:0011:00一直增大，14:00之后一直减小，符合总辐射的一般变化规律；特殊之处：但是第三小组的最大值出现在13:00，而本小组的最大值出现在11:00，这是由于本小组所测得的散射辐射在

22、13：00反常变小的缘故，所以导致13:00时总辐射偏小；观察发现，本小组的最大值大于第三小组的最大值，最小值小于第三小组的最小值，说明水泥地接受的总辐射的变化程度较大，而周围有植被的裸地可能受到土壤和植被的影响，变化没有水泥地那么剧烈。2.2 不同测点反射辐射的比较分析：总体趋势：9:0012:00，随着直接辐射的增加，两个小组的反射辐射都在增加，且差值越来越大，分别于12:00和13:00达到最大值；后来，随着直接辐射的减小，两者也都在不断减小，且差值越来越小，在19:00达到最小值。特殊之处：本小组的各数据点均在第三小组之上，原因如下。一、第三小组的下垫面为裸地，本小组为水泥地，由于太阳

23、辐射在起伏不平的粗糙地表面有多次反射，且太阳辐射向上反射的面积相对变小，所以粗糙度越大，反射率越小；二、下垫面湿度越大，反射率越小，第三小组的裸地经过前几天的降雨，湿度比较大，所以反射率较小；三、周围植被对辐射也有吸收和反射作用，使得反射率进一步减小。如果说两种下垫面反射率的差值是一定的，那么随着总辐射的增加，两者的差值必定越来越大，这也就是为什么两者在上午时差距越来越大的原因。2.3 不同测点土壤温度（0cm、5cm）对比分析分析：总体趋势：4条曲线均从9:0013:00，一直增大，这是由于地面上午吸收太阳辐射的缘故；均在13:00达到最大值；之后开始逐渐减小，在19:00达到最小值。特殊之

24、处：对0cm处进行对比，发现13:00之前，第三小组比本小组上升的快，13:00后又比本小组下降的快，变化程度比较大；原因可能是由于地温表埋的方法不同，本小组是一根管挖一个洞，对土壤的翻动相对较小，而第三小组是把图全挖出来成为一个大坑，然后再把表埋进去，在填土，对土壤翻动较大，可能导致水分蒸发严重，土壤相对干燥，水的比热容是最大的，干燥的土壤比热容相对较小，而两个小组上午的总辐射差别不大，所以在接受到相同辐射的情况下，第三小组的地温上升的快；下午第三小组的地温测量处被树荫遮挡，所以降温快，同时也有比热容小的原因。5cm处两组的变化规律和差异与0cm处类似，原因也类似。2.4 不同测点气温（20

25、、150cm）的比较分析：总体趋势：4条曲线均从9:0015:00左右不断增大，且差值越来越大，于15:00前后达到最大值，而后逐渐减小，且差值越来越小。对比分析：20cm处，第三小组上午比本小组上升的快，下午比本小组下降的快，这是由于20cm处气温是由地温决定的，这表明裸地的地温与水泥地相比，吸收和放出热量的速度更快；150cm处，本小组的大部分数据点均在第三小组之上，且变化幅度较第三小组大，这表明水泥地上方的气温较裸地高，且变化幅度大，原因可能是水泥地反射率大，所以地面吸收的热量较少，很多辐射经反射后又回到空中，致使干球温度表接收到的辐射较多，而裸地土壤潮湿植被多，比热容相对大，所以变化幅

26、度比水泥地小。而两个小组的气温并没有明显的谁高于谁的倾向，说明下垫面的不同对气温的大小影响不是很大。2.5 相对湿度（u）对比分析（20cm、150cm）分析：总体趋势：四条曲线（除第三小组150cm）上午均震荡下跌，在午后达到最小值；之后震荡回升，在19:00时回到与9:00相近的值。对比分析：20cm处，本小组相对湿度上午下降明显，而第三小组下降不明显，结合第三小组150cm处下降也不明显，排除观测数据错误的可能。结合第三小组为裸地，植被较多，且观测前几天北京有连续降雨，所以第三小组的裸地因为湿度大，植被多，虽然随着太阳辐射的增强，蒸散作用在增强，但是土壤和植被有充足的水分用以蒸散，水分源

27、源不断地上升到空气中而没有出现短缺现象，故相对湿度下降不明显；150cm处，第三小组的曲线也较为奇特，不但上午没有下降，反而出现了上升的情况，原因前面已经解释；不论是20cm还是150cm,第三小组的数据点均大多在本小组之上，充分说明，裸地的相对湿度在20和150cm处均高于水泥地。2.6 水汽压（e）的对比分析分析：总体趋势：四条曲线震荡幅度均比较大，但上午均有轻微的上升趋势，在午后达到最大值，之后有震荡下跌，在19:00时回到与9:00稍微高一点的值。对比分析：20cm处，第三小组上午上升的幅度比本小组大，且最大值出现的较早，其中第三小组20cm13:00的数据忽然变小，可能是观测出现误差

28、或者受到乱流扰动，不影响对整体的分析；而20cm处的水汽压与地温有密切联系，这再次证明了裸地的地温比水泥地上升的快这一事实；150cm处，第三小组的最大值同样出现的比本小组早，但本小组后来居上，之后数据点均在第三小组之上，而150cm处水汽压与150cm处的温度密切相关，温度又与太阳辐射密切相关，这再次印证了本小组水泥地150cm处接受到的有效辐射大于第三小组裸地，气温也高于裸地气温。四、 结论1. 本小组观测数据的分析结论1.1 到达地面的直接辐射Sb的日变化规律主要受太阳高度角的影响，在上午随着太阳高度角的增大而增大，午后达到最大值，之后随着太阳高度角的减小而减小。1.2 散射辐射Sd的日

29、变化规律受太阳高度角影响，同时受大气透明度、云的影响较直接辐射来说较大，上午逐渐增大，午后达到最大值，13:00时忽然出现一个较小值就是因为受到云量增加的影响。1.3 总辐射St的日变化规律总辐射由直接辐射和散射辐射组成，所以变化规律与它们相似，上午逐渐增大，下午逐渐减小，但是由于本小组的散射辐射在13:00出现一个较小值，导致午后总辐射数值并不是最大，在图上体现为总辐射的最大值提前，这是云量增加导致的特殊情况。1.4 反射辐射Sr的日变化规律反射辐射上午增大，下午减小，最大值出现在12:00左右，比直接辐射提前，而与总辐射最大值出现时间较为一致，说明下垫面相同时，反射辐射的大小是由总辐射的大

30、小直接决定的。1.5 不同深度土壤温度的日变化规律土壤温度受土壤热量收支和土壤热特性的影响，上午随着太阳辐射的增强，各深度土壤均在升温，午后达到最大值，之后逐渐降温。随着深度的增加：土壤温度逐渐降低，说明土壤吸收到的热量随着深度的增加而减少；温度变化幅度逐渐减小，说明随深度的加深保温性越来越好；峰值出现的时间逐渐延后，这说明热量的传递存在滞后性。1.6 土壤温度的垂直变化规律9:00和13:00均为日射型，表层土壤温度高于深层；19:00为晚上过渡型，上层土壤为辐射型而下层土壤仍为日射型，最高温度出现在中层土壤。1.7 不同高度气温的日变化规律20和150cm处的气温上午均不断升高，在15:00达到最大值，之后逐渐减小。150cm处气温的最大值大于20cm处，最小值小于20cm处，变化幅度较大，是因为150cm处距离地面较远，受其他因素的影响大，所以不稳定，这间接证明了大地是大气的直接热源。1.8 不同高度相对湿度u的日变化规律上午20和150cm处的相对湿度均在不断减小，15:00时达到最小值，之后逐渐增大；150cm处的相对湿度变化幅度较小，可能是由于本小组干湿球通风温度表的通风设施存在一定问题导致的实验误差。1.9 不同高度饱和差d的日变化规律上午饱和差逐渐增大，15:00达到最大值，而后逐渐减小，且20cm处的饱和差大于150cm处，原因上面已