第7章第10章Word文档下载推荐.docx
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内管是一根长约900毫米，直径约8毫米的玻璃管。
内管装在气压表外部的套管中，开口一端插在水银槽里。
外套管是用黄铜制成，保护和固定内管，同时刻有标尺，还装有可以上下移动的游尺。
标尺和游尺是用来观测气压读数的整数和小数的。
水银槽分为上下两部分，中间有个玻璃箍，水银槽主要由柔软的羊皮囊制成，其特性是能透气而不漏水银。
图7.1动槽式水银气压表
⑴安装
气压表应安装在温度少变、光线充足、既通风又无太大空气流动的气压室内。
气压表应牢固、垂直地悬挂在墙壁、水泥柱或坚固的木柱上，切勿安装在热源（暖气管、火炉）和门窗、空调器旁边，以及阳光直接照射的地方。
气压室内不得堆放杂物。
安装前，应将挂板牢固地固定在准备悬挂气压表的地方。
再小心地从木盒（皮套）中取出气压表，槽部向上，稍稍拧紧槽底调整螺旋约1～2圈，慢慢地将气压表倒转过来，使表直立，槽部在下。
然后先将槽的下端插入挂板的固定环里，再把表顶悬环套入挂钩中，使气压表自然下垂后，慢慢旋紧固定环上的三个螺丝（注意不能改变气压表的自然垂直状态），将气压表固定。
最后旋转槽底调整螺旋，使槽内水银面下降到象牙针尖稍下的位置为止。
安装后要稳定4个小时，方能观测使用。
⑵移运
移运气压表的步骤与安装相反。
先旋动槽底调整螺旋，使内管中水银柱恰达外套管窗孔的顶部为止，切勿旋转过度。
然后松开固定环的螺丝，将表从挂钩上取下，两手分持表身的上部和下部，徐徐倾斜45°
左右，就可以听到水银与管顶的轻击声音（如声音清脆，则表明内管真空良好；
若声音混浊，则表明内管真空不良），继续缓慢地倒转气压表，使之完全倒立，槽部在上。
将气压表装入特制的木盒（皮套）内，旋松调整螺旋1～2圈（使水银有膨胀的余地）。
在运输过程中，始终要按木盒（皮套）箭头所示的方向，使气压表槽部在上进行移运，并防止震动。
⑶观测和记录
①观测附属温度表（简称“附温表”），读数精确到0.1℃。
当温度低于附温表最低刻度时，应在紧贴气压表外套管壁旁，另挂一支有更低刻度的温度表作为附温表，进行读数。
②调整水银槽内水银面，使之与象牙针尖恰恰相接。
调整时，旋动槽底调整螺旋，使槽内水银面自下而上地升高，动作要轻而慢，直到象牙针尖与水银面恰好相接（水银面上既无小涡，也无空隙）为止。
如果出现了小涡，则须重新进行调整，直至达到要求为止。
③调整游尺与读数。
先使游尺稍高于水银柱顶，并使视线与游尺环的前后下缘在同一水平线上，再慢慢下降游尺，直到游尺环的前后下缘与水银柱凸面顶点刚刚相切。
此时，通过游尺下缘零线所对标尺的刻度即可读出整数。
再从游尺刻度线上找出一根与标尺上某一刻度相吻合的刻度线，则游尺上这根刻度线的数字就是小数读数。
④读数复验后，降下水银面。
旋转槽底调整螺旋，使水银面离开象牙针尖约2～3mm。
观测时如光线不足，可用手电筒或加遮光罩的电灯（15～40W）照明。
采光时，灯光要从气压表侧后方照亮气压表挂板上的白磁板，而不能直接照在水银柱顶或象牙针上，以免影响调整的正确性。
⑷维护
①应经常保持气压表的清洁。
②动槽式水银气压表槽内水银面产生氧化物时，应及时清除。
对有过滤板装置的气压表，可以慢慢旋松槽底调整螺旋，使水银面缓缓下降到“过滤板”之下（动作要轻缓，使水银面刚好流入板下为止，切忌再向下降，以免内管逸入空气），然后再逐渐旋紧槽底调整螺旋，使水银面升高至象牙针附近。
用此方法重复几次，直到水银面洁净为止。
无“过滤板”装置的气压表，若水银面严重氧化时，应报请上级业务主管部门处理。
③气压表必须垂直悬挂，应定期用铅垂线在相互成直角的两个方向上检查校正。
④气压表水银柱凸面突然变平并不再恢复，或其示值显著不正常时，应报请上级业务主管部门处理。
7.2.2定槽式水银气压表
定槽式（又名寇乌式）水银气压表的构造与动槽式水银气压表大体相同，也分为内管、外套管、水银槽三个部分（见图7.2）。
所不同的是刻度尺零点位置不固定，槽部无水银面调整装置。
因此采用补偿标尺刻度的办法，以解决零点位置的变动。
槽部一般用铸铁或铜制成，内盛有定量的水银。
槽顶部尚有一气孔螺丝，空气通过气孔螺丝的缝隙和槽内水银面接触。
由于定槽水银气压表采用补偿标尺的办法，不仅要求内管截面积与槽部截面积成固定的比例关系和内管示度部分呈均匀的圆柱状，而且要求整个水银保持定量，否则将会影响气压表的读数精度。
安装要求同动槽式水银气压表。
安装步骤也基本相同。
不同点是当气压表倒转挂好后，要拧松水银槽部上的气孔螺丝，表身应处在自然垂直状态，槽部不必固定。
先将气孔螺丝拧紧，从挂钩上取下气压表，将气压表绕自身轴线缓缓旋转，同时徐徐倒转使槽部在上，装入木盒（皮套）内。
运输过程中的要求同动槽式水银气压表。
①观测附温表；
②用手指轻击表身（轻击部位以刻度标尺下部附温表上部之间为宜）；
③调整游尺与水银柱顶相切；
④读数并记录。
定槽式水银气压表的水银是定量的，所以要特别防止漏失水银。
其余同动槽式水银气压表维护中①、③、④条。
图7.2定槽式水银气压表
7.2.3计算本站气压
水银气压表的读数只表示观测所得水银高度，这个读数会因为仪器本身的器差、外界温度和重力加速度的不同而不同。
所以水银气压表读数须顺序经过仪器差、温度差、重力差三步订正后才是本站气压。
仪器差主要是由于制成气压表的材料的物理特性的变化和技术条件上的限制而产生，主要表现在内管的真空不良和毛细压缩误差。
温度差主要是由于温度的变化引起水银密度变化而产生的误差。
重力差主要是由于纬度和海拔高度的不同而产生的误差，这是因为水银气压表观测气压的前提是以温度为0℃，纬度在45°
的海平面上的重力为标准的。
使用水银气压表的台站，具体按下面公式计算本站气压：
（7.1）
式中Ph为本站气压（hPa）；
P为水银气压表读数（hPa）；
C为器差订正值（hPa）；
gφ,h为测站重力加速度；
gn为标准状态下的标准重力加速度，其值为9.80665ms-2；
μ为水银膨胀系数，其值为0.0001818/℃；
λ为铜尺膨胀系数，其值为0.0000184/℃；
t为经器差订正后的水银气压表附温表读数（℃）。
上式中:
这里，gφ,0为纬度Φ处的平均海平面重力加速度（m/s2）；
h为拔海高度（m）；
h′为以站点为圆形，在半径为150km范围内的平均拔海高度（m）。
而
在周围地形较平坦的台站，设h=h′；
在周围地形差异大的台站，重力加速度应采用实测值。
在地面气象测报业务系统应用中，根据本站实际情况计算重力加速度。
人工查算本站气压的台站，为了日常工作方便，需要制作专用的气压订正简表，此表须经上级业务主管部门审核批准后方可使用。
气压简表的制作也可直接利用现用业务软件系统的工具计算。
7.3计算海平面气压
本站气压只是表示在本站海拔高度上的大气柱的压强，在不同的海拔高度的台站上由于承受大气柱的长度不同，所以各站间的本站气压是无法进行比较的，为了便于天气分析，需将地面气象观测站不同高度的本站气压值订正到海平面高度。
我国以黄海海面平均高度为海平面基准点。
7.3.1海平面气压的计算公式
（7.2）
式中Po为海平面气压（hPa）；
Ph为本站气压（hPa）；
h为气压传感器（水银槽）拔海高度（m）；
tm为气柱平均温度（℃）。
计算气柱平均温度tm公式：
（7.3）
式中t为观测时的气温（℃）；
t12为观测前12小时的气温（℃）；
γ为气温垂直梯度或称为气温直减率，规定采用0.5℃/100m；
h为气压传感器（水银槽）拔海高度（m），对于一个测站来说，h是一个定值，故h/400为一常数。
7.3.2人工计算海平面气压
海平面气压（P0）=本站气压值（Ph）+高度差订正值（C）。
当水银气压表拔海高度高于海平面时，高度差订正值为正；
低于海平面时，订正值为负。
⑴水银气压表拔海高度低于15.0m的气象站（当低于海平面时为其绝对值，下同），用下列公式计算高度差订正值：
（7.4）
式中h为水银气压表拔海高度（m），为年平均气温（℃）。
对于某一站而言，高度差订正值C是常数。
如为新建气象站，无年平均气温，可利用附近高度相近的地点的年平均气温代替。
⑵当水银气压表拔海高度达到或超过15.0m时，海平面气压的计算方法：
①以公式（7.3）的tm与h查《气象常用表》（第三号）第四表，用内插法求算出M值。
②用本站气压Ph和M值，由公式
（7.5）
计算出高度差订正值C。
③由公式
（7.6）
计算出海平面气压。
④为了日常工作方便，由上级业务主管部门统一编制适合于各气象站所需的高度差订正值（C值）表和海平面气压订正简表。
7.4气压计
气压计是自动、连续记录气压变化的仪器。
它由感应部分（金属弹性膜盒组）、传递放大部分（两组杠杆）和自记部分（自记钟、笔、纸）组成（见图7.3）。
由于准确度所限，其记录必须与水银气压表测得的本站气压值比较，进行差值订正，方可使用。
7.4.1安装
气压计应稳固地安放在水银气压表附近的台架上，仪器底座要求水平，距地高度以便于观测为宜。
7.4.2观测和记录
02、08、14、20时4次（一般站08、14、20时3次）定时观测时，在水银气压表观测完后，便读气压计，将读数记入观测簿相应栏中，并作时间记号。
作时间记号的方法是：
轻轻地按动一下仪器右壁外侧的记时按钮，使自记笔尖在自记纸上划一短垂线（无记时按钮的仪器须掀开仪器盒盖，轻抬自记笔杆使其作一记号）。
图7.3气压计
7.4.3更换自记纸
日转仪器每天换纸，周转仪器每周换纸一次。
换纸步骤如下：
⑴作记录终止的记号（方法同定时观测做时间记号）；
⑵掀开盒盖，拨开笔挡，取下自记钟筒（也可不取下），在自记迹线终端上角记下记录终止时间；
⑶松开压纸条，取下自记纸，上好钟机发条（视自记钟的具体情况每周二次或五天一次，切忌上得过紧），换上填写好站名、日期的新纸。
上纸时，要求自记纸卷紧在钟筒上，两端的刻度线要对齐，底边紧靠钟筒突出的下缘，并注意勿使压纸条挡住有效记录的起止时间线；
⑷在自记迹线开始记录一端的上角，写上记录开始时间，按反时针方向旋转自记钟筒（以消除大小齿轮间的空隙），使笔尖对准记录开始的时间，拨回笔挡并作一时间记号；
⑸盖好仪器的盒盖。
7.4.4自记记录的订正
⑴在换下的自记纸上，将定时观测的实测值和自记读数分别填在相应的时间线上。
气压（温度、相对湿度相同）自记记录以时间记号作为正点。
⑵日最高、最低值的挑选和订正
①从自记迹线中找出一日（20～20时）中最高（最低）处，标一箭头，读出自记数值并进行订正。
订正方法：
根据自记迹线最高（最低）点两边相邻的定时观测记录所计算的仪器差，用内插法求出各正点的器差值，然后取该最高（最低）点靠近的那个正点的器差值进行订正（如恰在两正点中间，则用后一正点的器差值），即得该日最高（最低）值。
在基准站，极值应采用邻近正点（24次定时）的实测值进行器差订正，当极值出现在两正点中间时，采用后一正点的器差订正值。
②按上述订正后的最高（最低）值如果比同日定时观测实测值还低（高）时，则直接挑选该次定时实测值作为最高（最低）值。
③仪器因摩擦等原因，自记迹线在作时间记号后，笔尖未能回到原来位置，当记号前后两处读数≥0.3hPa（温度≥0.3°
C，相对湿度≥3%）时，称为跳跃式变化。
在订正极值时，该时器差应按跳跃前后的读数分别计算。
7.4.5维护
⑴经常保持仪器清洁。
感应部分有灰尘时，应用干洁毛笔清扫。
⑵当发现记录迹线出现“间断”或“阶梯”现象时，应及时检查自记笔尖对自记纸的压力是否适当。
检查方法：
把仪器向自记笔杆的一面倾斜到30°
～40°
，如笔尖稍稍离开钟筒，则说明笔尖对纸的压力是适宜的；
如笔尖不离开钟筒，则说明笔尖对纸的压力过大；
若稍有倾斜，笔尖即离开钟筒，则说明笔尖压力过小。
此时，应调节笔杆根部的螺丝或改变笔杆架子的倾斜度进行调整，直到适合为止。
如经上述调整仍不能纠正时，则应清洗、调整各个轴承和连接部分。
⑶注意自记值同实测值的比较，误差超过1.5hPa时，应调整仪器笔位。
如果自记纸上标定的坐标示值不恰当，应按本站出现的气压范围适当修改坐标示值。
⑷笔尖须及时添加墨水，但不要过满，以免墨水溢出。
如果笔尖出水不顺畅或划线粗涩，应用光滑坚韧的薄纸疏通笔缝。
疏通无效，应更换笔尖。
新笔尖应先用酒精擦试除油，再上墨水。
更换笔尖时应注意自记笔杆（包括笔尖）的长度必须与原来的等长。
⑸周转型自记钟一周快慢超过半小时，日转型自记钟一天快慢超过10分钟，应调整自记钟的快慢针。
自记钟使用到一定期限（一年左右），应清洗加油。
7.4.6自记纸的整理保存
⑴每月应将气压自记纸（其它仪器的自记纸同），按日序排列，装订成册（一律装订在左端），外加封面。
⑵在封面上写明气象站名称、地点、记录项目和记录起止的年、月、日、时。
⑶每年按月序排列，用纸包扎并注明气象站名称、地点、记录项目及起止年、月、日。
⑷妥为保管，勿使潮湿、虫蛀、污损。
7.5电测气压传感器
电测气压传感器是将大气压力的变化转换成电信号的变化，再经过电子测量电路对电信号进行测量和处理而获得气压值。
常用的电测气压传感器有振筒式气压传感器和膜盒式电容气压传感器。
7.5.1振筒式气压传感器
⑴结构原理
该传感器由两个一端密封的同轴圆筒组成。
内筒为振动筒，其弹性模数的温度系数很小（α≤±
1×
10-5℃-1）。
外筒为保护筒。
两个筒的一端固定在公共基座上，另一端为自由端。
线圈架安装在基座上，位于筒的中央，如图7.4。
图7.4振筒式气压传感器结构图
线圈架上相互垂直地装有两个线圈，其中激振线圈用于激励内筒振动，拾振线圈用来检测内筒的振动频率。
两筒之间的空间被抽成真空，作为绝对压力标准。
内筒与被测气体相通，于是筒壁为作用在筒内表面的压力张紧，这一张力使筒的固有频率随压力的增加而增加，测出其频率即可算出本站压力。
⑵安装和维护
振筒式气压传感器及其组件安装在采集器内。
其感应部位与台站水银气压表的感应部位高度一致，如果无法调整到一致，则要重新测定海拔高度。
安装或更换传感器时应在切断电源的条件下进行。
气压传感器应避免阳光的直接照射和风的直接吹拂。
应定期检查通气孔，及时更换干燥剂。
7.5.2膜盒式电容气压传感器
在我国自动气象站中普遍采用的是膜盒电容式气压传感器。
膜盒式电容气压传感器的感应元件为真空膜盒。
当大气压力产生变化时，使真空膜盒（包括金属膜盒和单晶硅膜盒）的弹性膜片产生形变而引起其电容量的改变。
通过测得电容量来计算本站气压。
我国现用的自动气象站气压测量中，使用的是一个气压传感器，当自动采集到因自身的感应元件的原因出现的误差较大时，无法准确地判断数据的可靠性。
如果要进一步改善测量的长期稳定性和提高准确度，可在微处理器的控制下，使用三个独立的气压传感器。
当三个气压测量值相差不大时，用三个气压值的平均值作为测量值；
当两个气压测量值相差不大，而另一个相差较大时，舍掉差值较大的一个，用两个气压值的平均值作为测量值；
当三个气压测量值彼此相差很大时，表明气压测量出了故障，应及时修理和更换。
这种方法也是逐渐取代人工观测的最理想的方法，即利用多传感器并用，取其平均值作为测量值。
膜盒式电容气压传感器安装在采集器内，其高度要求与振筒式气压传感器相同。
安装或更换传感器时应在切断电源的情况下进行。
安装好的传感器要保持静压气孔口畅通，以便正确感应外界大气压力。
应定期检查气孔口。
7.5.3压阻式气压传感器
压阻式气压传感器的原理是气压作用于覆盖有抽真空的小盒的敏感元件上，通过它，电阻受压缩或拉伸应力的作用，由于压电效应，电阻值的变化与气压成正比。
压阻式气压传感器受温度的影响较大，为了消除温度误差，这种传感器通常有内置恒温器。
7.5.4气压传感器的误差和缺陷
（1）、标准值漂移
标准值漂移是气压传感器的主要误差来源之一。
新仪器漂移较大，随着时间的推移，漂移逐渐减小，有时校准值会发生步进式突变。
为了保证气压表合适的性能，必须经常的、短时间间隔的检查电子气压传感器的修正值，以便及时发现和更换有缺陷的传感器。
（2）、温度影响
如果要保持校准值不变，电子气压传感器必须保持温度不变。
最好是工作温度在校准温度附近，在实际工作中，许多气压传感器没有温度控制，因此有较大的误差。
另一方面气压传感器电路和敏感元件的温度不一致，也会引起误差。
（3）、电磁干扰的影响
气压传感器是一种灵敏的测量元件，因此它应该屏蔽并远离强电磁场，比如变压器、计算机、雷达等设备。
电磁干扰不会经常引起麻烦，但会引起噪声增加，使准确性降低。
（4）、运行方式的影响
如果校准使用的方法和业务工作使用的方法不同，也能引起气压传感器校准结果的明显变化。
一个经过预热、连续工作的气压读数和每隔几秒钟以脉冲工作方式读得的数是不一样的。
复习思考题：
1、什么是气压？
气压表悬挂不垂直对气压读数有什么影响？
2、动槽式气压表和定槽式气压表有什么重要不同点？
为何？
3、对气压室有什么要求？
气压室不符合条件对测量气压有什么影响？
4、水银气压表的安装和移运应注意什么？
5、简述水银气压表的观测步骤。
6、气压计更换步骤是什么？
如何整理气压自记纸？
7、电测气压传感器有哪些？
结构原理有什么不同？
其误差源于哪些方面？
8、怎样计算本站气压和海平面气压？
第8章空气温度和湿度
本章主要讲述了温度、湿度的定义；
温标和表示空气湿度的要素；
百叶箱的结构、安装和维护；
水汽压、露点温度、相对湿度的计算；
干湿球温度表的安装、观测、记录和维护；
最高最低温度表的测量原理、观测和维护；
温湿度计的结构、观测、记录和维护；
毛发湿度表的观测、记录、维护以及毛发湿度表（计）订正图的制作；
铂电阻温度传感器的测温原理和维护；
湿敏电容的测湿原理和维护；
通风干湿表的工作原理和观测记录。
1、重点掌握温度湿度的定义，干湿球温度、最高最低温度、温湿度自记、毛发湿度表的观测记录和维护，毛发湿度订正图的制作，铂电阻温度传感器和湿敏电容传感器的工作原理和维护。
2、理解温标概念，水汽压、露点温度、相对湿度的计算。
3、了解百叶箱的结构、安装和维护，通风干湿表的工作原理和观测记录。
8.1概述
空气温度（简称气温，下同）是表示空气冷热程度的物理量。
微观上反映了物体内部分子热运动的激烈程度或平均动能的大小。
由于太阳辐射和地表性质的不同，引起气温与地温分布的不均匀，使空气发生水平与垂直运动，这是形成各种天气现象与天气变化的重要原因。
假定标准大气压（1013.25hpa）条件下，气象观测量程有关的温标主要参考点有：
冰与空气饱和的水（冰点）间的平衡273.15K0.0℃
水的固、液相和气相间的平衡（水的三相点）273.16K0.01℃
水的液相和气相间的平衡点（沸点）373.15K100.0℃
固体CO2升华点194.674K-78.476℃
常用的温标有绝对温标（K）、摄氏温标（℃）和华氏温标（℉），其中绝对温标的温度称为热力学温度或绝对温度（T），其单位是开尔文（K）绝对温度和摄氏度（t）的关系为:
t=T–273.15
空气湿度（简称湿度，下同）是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。
空气湿度及其变化与天气变化有很密切的联系，大气中的水汽是形成云雾、降水的重要因素。
大气中水汽的水的态相转换是重要的能量传递方式。
地面观测中测定的是离地面1.50米高度处的气温和湿度。
需要测定的项目及其单位：
气温有：
定时气温，日最高、日最低气温。
配有温度计的气象站应作气温的连续记录。
以摄氏度（℃）为单位，取1位小数。
湿度有：
水汽压（e）——空气中水汽部分作用在单位面积上的压力。
以百帕（hPa）为单位，取一位小数。
相对湿度（U）——空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。
以百分数（%）表示，取整数。
露点温度（Td）——空气在水汽含量和气压不变的条件下，降低气温达到饱和时的温度。
以摄氏度（℃）为单位，取一位小数。
配有湿度计的气象站应作相对湿度的连续记录，并挑选日最小值。
测量气温和湿度的仪器主要有干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表、毛发湿度表、通风干湿表、温度计和湿度计、铂电阻温度传感器和湿敏电容湿度传感器。
8.2百叶箱
百叶箱是安装温、湿度仪器，温湿传感器的防护设备。
它的内外部分应为白色。
百叶箱的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。
8.2.1结构
百叶箱通常由木质和玻璃钢两种材料制成，箱壁两排叶片与水平面的夹角约为45º
，呈“人”字形，箱底为中间一块稍高的三块平板，箱顶为两层平板，上层稍向后倾斜。
木制百叶箱分为大小两种：
小百叶箱内部高537mm、宽460mm、深290mm，用于安装干球和湿球，最高、最低温度表，毛发湿度表；
大百叶箱内部高612mm、宽460mm、深460mm，用于安装温度计、湿度计或铂电阻温度传感器和湿敏电容湿度传感器。
玻璃钢百叶箱内部高615mm、宽470mm
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