气象仪器实验报告完整版.docx

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气象仪器实验报告完整版

南京信息工程大学气象仪器　　实验（实习）报告

系　专业　班级　　姓名　学号　　　

　一、风的测量

1、测风的仪器有：

测量风的仪器主要有EL型电接风向风速仪、ＥＮ型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、单翼风向传感器和风杯风速传感器等

（1）测风仪：

测风设备由气象传感器、数据记录仪、电源系统、轻型百叶箱、野外防护箱和不锈钢支架等部分构成。

风速风向等传感器为气象专用传感器，具有高精度高可靠性的特点。

数据记录仪具有风能数据采集、实时时钟、风能数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能。

广泛应用于风电、气象、环保、机场、农林、水文、军事、仓储、科学研究等领域。

应用范围:

可用于风能、气象,工业，农业,水文水利，环保,高速公路，机场和港口等

风杯：

测量风的大小

利用的原理：

风能转换为机械能，天气预报风的大小为多个测量值的平均值。

风向标：

测量风的方向

利用的原理：

当风的来向与风向标成某一交角时，风对风向标产生压力，这个力可以分解成平

图为风杯和风向标

行和垂直于风向标的两个风力。

由于风向标头部受风面积比较小，尾翼受风面积比较大,因而感受的风压不相等，垂直于尾翼的风压产生风压力矩，使风向标绕垂直轴旋转，直至风向标头部正好对风的来向时,由于翼板两边受力平衡,风向标就稳定在某一方位。

风向标的箭头永远指向风的来源,其原理其实非常简单：

箭尾受风面积比箭头大，若箭头及箭尾均受风,箭尾必会被风推后，使箭头移往风的来源。

风向标装置于高杆子上,为使风向纪录更准确，必须于杆底用指南针测定1０秒的风向（当时风向须稳定）。

（2）测风塔：

测风塔的组成:

包括塔底座、塔柱、横杆、斜杆、风速仪支架、避雷针、拉线等。

测风塔的主要功能:

环境监测，风、气压、湿度等资源数据采集。

为相应的仪器设备的安装做支撑。

优点:

风荷载系数小,抗风能力强。

塔身挡风面积小,利于采集数据准确客观，将实测数据和实际数据的差距降到最低。

采集塔柱采用外法兰盘连接,螺栓受拉，不易破坏,钢绞线加固。

塔柱正三角型布置,节约钢材，跟开小,占地面积小,节约土地资源,造价低廉（仅为角钢自立塔的1／3或更少），选址便利,塔身自重轻,运输和安装便捷、建设工期短,塔型随风荷载曲线变化设计，线条流畅，遇罕遇风灾不易倒塌,安全系数高，设计符合国家钢结构设计规范和塔桅设计规程,结构安全可靠。

（3）、EL型电接风向风速计是由感应器、指示器、记录器组成的有线遥测仪器。

感应器由风向和风速俩部分组成。

风向部分由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成;风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮等组成。

指示器由电源、瞬时风向指示盘、瞬时风速指示盘等组成。

记录器由8个风向电磁铁、自记钟、自计笔、笔挡、充放电线路等部分组成。

EL型电接风向风速计

2、高空测风的方法

测风气球：

测风气球是测定高空风向风速的一种充满氢气的气球,升速有10０米/分或2０0米/分的。

从地面施放后，一面上升,一面在水平方向上随风飘行。

与此同时用测风经纬仪不断跟踪观测,并记下它每分钟的仰角和方位角，然后经过计算求出气球经过的空中各层的平均风向和风速。

风筝：

利用风筝上携带的各种测量仪器,获取不同时刻，不同位置和高度上的风来进行计算。

飞机:

原理与方法与风筝类似，但是,其本身造价较高，因此一般使用量也少。

3、超声波测速仪

该仪器为目前测量风速较为先进的仪器,测量的风为三维,一般仪器测的风为二位。

利用的原理：

超声波测速仪每隔一相等时间，发出一超声脉冲信号，每隔一段时间接收到一经汽车反射回的该超声脉冲信号，若汽车匀速行驶，则间隔时间相同，根据发出和接收到的信号间的时间间隔差和声速,测出被测汽车的速度。

（与雷达测速相似）

优点:

测量误差小。

4、其他先进测量仪器

大气风场测量的主要手段 目前主要的大气风场测量手段有声雷达、微波雷达和激光雷达。

 一、多普勒声雷达 

多普勒声雷达是一种测量大气对流层低层常用的遥测手段，它可以较好地测量低空由几十米开始到几百米乃至一公里范围内地风廓线,还可以用于测量折射率结构常数等湍流参数量廓线。

声雷达发射声波后，接收大气的后向散射信号，由于大气中气团是随风运动的，因此，接收的信号和发射信号的频率之间会有多普勒频移。

由于发射波长是以知的，测量到多普勒频率漂移的大小，就可以得到气团运动速度。

二、微波雷达 

微波风廓线雷达是目前用来测量风廓线的一种主要设备，它通过发射微波脉冲,探测大气中湍流涡漩对微波后向散射或待测大气中的云、雨、冰或其它降水粒子等运动粒子的回波信号的多普勒频移来反演大气风廓线,并由它的回波功率可以反演折射率结构常数的廓线,其波长较红外和激光长许多倍，因而受大气的影响小得多，是目前主要应用的风速测量的系统。

三、测风激光雷达 

测风激光雷达是以激光器为光源向大气发射激光脉冲,接收大气（气溶胶粒子和大气分子）的后向散射信号，通过分析发射激光的径向多普勒频移来反演风速的，从探测方式上可以分为相干探测激光雷达和非相干探测（直接探测）激光雷达。

二、雨的测量

1、降雨测量参数

雨量：

一定时间内,降水总量。

雨强：

单位时间内，降水量。

测量标准:

降水雨mm为单位（或kg/m２），取一位小数。

日降水量应读到0.2mｍ,最好读到0．１mm.周或月降水量应精确到1ｍm,日降水量的测量应定时进行。

　换算方法:

据气象部门介绍:

气象预报把下雨、下雪都叫做降水，降水的多少叫降水量，表示降水量的单位通常用毫米。

1毫米的降水量是指单位面积上水深1毫米。

　从天空降落到地面上的雨水（或融化后的固体降水）既不流走，也不渗透到地里，同时也不被蒸发掉而积聚起来的一层水的深度,通常以毫米为单位。

降雨量可以用雨量器来测量，同时还可以用雨量计来自动记录雨势的变化和雨量的大小。

2、测量降水的仪器

主要有雨量器，常用的测量降水的仪器有雨量器、翻斗式雨量器、虹吸式雨量计和双阀容栅式雨量传感器等。

上图为虹吸式雨量器

3、翻斗式雨量器

应用:

翻斗式雨量计系列产品用于气象台（站）、水文站、水电站、排涝站、铁路、公路、国防、科研等部门用来测量液体降水量、降水强度、降水起迄时间。

　　　　　　　　　单翻斗雨量器

     组成:

翻斗式雨量计由翻斗式雨量传感器系列产品,雨量显示器（记录仪）、传输三芯信号屏蔽线（1５0米以内）所组成。

 翻斗式雨量传感器分辩力为０.１,０．2,0.５,1.0mｍ。

弊端:

如果雨量大,则雨水会溢出，测量结果不准确；如果雨量小,雨水下不到里面去,也会带来很大的误差。

4、光学雨量器

光学雨量传感器主要由光源、光源整合器、采样空间、接收器、数据处理部分组成。

当雨滴（或雪粒等其他降水粒子）穿越采样空间时，雨滴会遮挡激光,接受传感器接受到的光信号和由光信号转变的电信号（如电压或电流）就会改变,当雨滴穿过采样空间后，接受传感器的电信号又恢复雨滴进入采样空间之前的状态。

在雨滴穿越采样空间时,对接受传感器的电信号进行处理，就可以得到雨滴穿越采样空间的时间。

原理：

利用光的反射，折射测量雨的大小，强度。

特点：

光学雨量传感器具有免维护时间长、适应性好等特点,可以广泛应用于恶劣环境下的自动雨量监测。

光学雨量传感器在暴雨、山洪、泥石流等灾害性降水天气的自动监测、预警中起着关键作用,具有良好的推广价值和应用前景。

同时,光学雨量传感技术的研究可填补该领域的国内空白，为气象仪器的国产化做出贡献。

5、新型雨量器:

称重式雨量器

原理：

利用下面带有的传感器测量雨的重量，得到雨的大小等。

弊端：

冬季结冰,误差大。

组成：

雨量计由承雨筒、智能传感器、数据采集器、GPRS无线信号接收器和双行液晶显示器以及与之相配套的系统软件组成

6、虹吸式雨量计

应用：

用来连续记录液体降水量，降水的起迄时间和降水强度，适用于气象台（站）、水文站、农业、林业等有关单位。

利用虹吸原理排出浮子塞内降水，最大优点:

节约能源，降水有记录,不需要人守候，精度高,但必须定时到现场去更换记录纸。

雨量器

ＳL3－１型雨量传感器

7、

测雨雷达：

组成部分测雨雷达是利用物体对电磁波的散射作用来对云、雨、雪、雹等进行观测的.当雷达天线发射出去的电磁波在空间传播时,若遇到云、雨、雪、雹等目标物,就有一部分辐射能会被反射回来,并被雷达天线接收，这时在显示器上就会出现许多亮度不等的区域，即云、雨、雪、雹等的回波图像,简称气象回波。

所以,用测雨雷达可似随时提供几百公里范围内的降水分布和结构等气象情报.与气象卫星云图相比，测雨雷达提供中尺度的降水信息，对于补充地面站的不足十分有效.利用雷达回波可以测定降雨云团的方位、高度、距离等三维信息，通过纪录还可以测定降雨的历时和变化过程，配合地面雨量站的实时校正，雷达测雨的精度很高

三、蒸发测量

蒸发传感器

1用途

FFZ－01型数字式水面蒸发传感器是用于观测水面蒸发在不同时间段变化规律的仪器，它是依据中华人民共和国水利电力部标准《水面蒸发观测规范》SD26５-８８要求制造，可直接与

Φ６１8ｍｍ的蒸发桶或与20m2标准蒸发池配套使用,用以监测水面蒸发量的测量仪器。

它的量测精度、稳定性远优于超声波型及其它类型的水面蒸发传感器，又能够实时远传,适于装备各地区、各种类型的蒸发站、气象站。

2特点

·数字化传感器无温漂、时漂,性能长期稳定;

·高分辨力、高精度；

·　在风浪和降雨气候条件下也能正常观测,不失准确度;

·抗电磁干扰，即使停电后再通电,输出数据依然正确；

·能与蒸发桶、水圈、自动加水装置、采集记录装置配套使用，实现蒸发过程自动监控。

3功能、使用范围

·与自动补水控制装置配合使用,组成简易型自动遥测蒸发站;

·与蒸发数据记录器配套组成数字记录式蒸发器,实现蒸发过程的自动记录；

·与JFZ-01型数字式雨量计、数字式溢流量计配套，组成全自动蒸发雨量测站，装备基本蒸发站网,实现蒸发、降雨过程的自动观测、记录和远传。

液位传感器：

测量水面的高度

液位传感器（静压液位计/液位变送器/液位传感器/水位传感器）是一种测量液位的压力传感器．静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理,采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正,转化成标准电信号（一般为４~20mA/１~５VDC）

原理:

超声波测距原理。

通常将超声波传感器放置在百叶箱中，原因是其容易受光照，温度等影响。

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4、辐射测量

组成部分:

由辐射表（传感器）与采集器组成

原理:

辐射表安装在专用的架子上，采集器要求每分钟输出一次采样值（实际为1min均匀才六次加以平均），仪器的形式较多。

辐射表电信号输入采集器的功能:

自动采集各辐射表电压ｍV值，计算各辐射量的辐射度,时曝辐量,日曝辐量；并挑战个极大值及出现的时间。

欧拉角：

用来确定定点转动刚体位置的3个一组独立角参量,由章动角θ、旋进角（即进动角）ψ和自转角j组成，为欧拉首先提出而得名。

五、地温传感器

测量地表和地下的温度。

地温传感器利用铂电阻进程测量。

　铂电阻温度传感器是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铂电阻值所对应的温度值，当被测介质中存在温度梯度时，所测量的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度

六、天空成像仪

测量云的覆盖量。

云高仪:

测量运动过来的云的云底高度。

目前,还很难测量云的厚度。

特点：

天空成像仪在进行图象分析时会模糊化遮挡物－--镜头、镜头臂和遮阳带，以减少其对观测的影响。

云量的确定是通过内置的运算法则来实现的。

系统既可独立工作，也可采用网络接入。

在独立工作时,可以通过ＲS-2３2　接口与已有的地面气象系统连接。

而网络模式则是通过10／100-BａsｅＴ或电话调治解调器（PPP）接口。

采用网络模式时，用户可以在当地或远端通过网络浏览器实时查看到捕获的图象。

实验感想

通过这三个星期到观测场的实习,我不仅仅认识了各种测风和测雨的气象仪器,同时还对它们的原理有了一定程度的了解，这对我将来的工作和学习都有很大的帮助。