气象气候学实习.docx

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气象气候学实习

《气象学与气候学实践》

——2011级资源环境与城乡规划管理

一、总述

1.实习目的：

《气象学与气候学实习》是实验教学的延伸，是理论教学的拓展应用。

实习的目的是通过观测获取气象要素（现象）相关数据，验证理论学习中的基本原理或基础知识，综合分析气象要素（现象）的变化规律，并能结合实际生产生活解决与气象气候相关的应用问题，同时培养团结合作的团队精神。

2.实习地点：

师大新校区南区田径场或其他空旷草地。

3.实习仪器：

通风干湿表、风向风速计、最高最低温度表、地温表等便携或小型仪器，湿度查算表等。

4.观测要素：

气温、地温、风速风向、湿度、云和天气现象等。

5.实习主题：

围绕观测要素进行实习设计，根据实习设计进行观测、数据整理和分析，然后基于观测数据完成实习报告。

可参考的实习主题有三大类：

（1）气象要素日变化规律及相互关系

（2）海陆风变化规律及基本特征

（3）日常生活中气象指标，如体感温度、人体舒适度等的计算及变化规律分析

6.观测要求：

分组观测（按实验教学分组）；

7.需要提交的材料：

实习设计（个人）；观测数据原始记录（集体共享，包括小组共享和班级共享）；实习报告（个人，按标准实习报告格式，见附件）；实习日志（个人）

二、实习仪器的使用

（一）观测场地的选择要求

地面气象观测是用气象仪器对近地面大气层的物理现象及其变化过程，进行连续的观测、测定，是对大气的一些现象，如云、光、电等进行观测，为天气预报、气候分析和科学研究提供情报和积累基本资料，服务于生产和国防。

地面气象观测的项目有：

气压、气温、湿度、风向、风速、降水、积雪、蒸发、云、天气现象、能见度、日照、地温、冻土等，这些观测项目称为气象要素。

由于近地面层的气象要素存在着空间分布的不均匀性和时间变化上的脉动性，因此地面气象观测获取的资料必须具有代表性、准确性、比较性。

代表性：

观测记录不仅要反映测点的气象状况，而且要反映测点周围一定范围内的平均气象状况。

地面气象观测在选择站址和仪器性能、确定仪器安装位置时要充分考虑观测记录的代表性要求。

准确性：

观测记录要真实地反映实际气象状况。

地面气象观测使用的气象观测仪器性能和制订的观测方法要充分满足地面气象观测规范规定的准确度要求。

比较性：

不同地方的气象台站在同一时间观测的同一气象要素值，或同一个气象台站在不同时间观测的同一气象要素值能进行比较，从而能分别表示出气象要素的地区分布特征和随时间的变化特点。

地面气象观测在观测时间、观测仪器、观测方法和数据处理等方面要保持高度统一。

气象站站址的选择必须符合观测技术上的要求（代表性、准确性和比较性），同时也应考虑服务和生活的方便。

（1）观测场是取得地面气象资料的主要场所，地点应设在能较好地反映本地较大范围的气象要素特点的地方，避免局部地形的影响。

观测场四周必须空旷平坦，避免建在陡坡、洼地或邻近有丛林、铁路、公路、工矿、烟囱、高大建筑物的地方。

避开地方性雾、烟等大气污染严重的地方。

观测场四周障碍物的影子应不会投射到日照和辐射观测仪器的受光面上，在日出日落方向障碍物的高度角不超过50°，附近没有反射阳光强的物体。

（2）在城市或工矿区，观测场应选择在城市或工矿区最多风向的上风方。

（3）观测场的周围环境应符合中华人民共和国《气象法》和国务院颁布的有关气象观测环境保护法规、规定的要求。

（4）各级气象部门应注意保护气象站的观测环境。

（5）气象站周围观测环境发生变化后要进行详细记录。

新建、迁移观测场或观测场四周的障碍物发生明显变化时，应以观测场中心为准测定四周各障碍物的方位角和高度角，绘制地平圈障碍物遮蔽图。

（6）无人值守气象站和机动气象观测站的环境条件可根据设站的目的自行掌握。

观测场地的要求

（1）观测场一般为与周围大部分地区的自然地理条件相同的25米×25米的平整场地；确因条件限制，也可取16米（东西向）×20米（南北向），高山站、海岛站、无人站不受此限；需要安装辐射仪器的台站，可将观测场南边缘向南扩展10米。

（2）要测定观测场的经纬度（精确到分）和拔海高度（精确到0.1米），其数据刻在石桩上，埋设在观测场内的适当位置。

（3）观测场四周一般设置约1.2米高的稀疏围栏，围栏所用材料不宜反光太强。

场地应平整，保持有均匀草层（不长草的地区例外），草高不能超过20厘米。

对草层的养护，不能对观测记录造成影响。

场内不准种植作物。

（4）为保持观测场地自然状态，场内铺设0.3-0.5米宽的小路（不用沥青铺面），只准在小路上行走。

有积雪时，除小路上的积雪可以清除外，应保护场地积雪的自然状态。

（5）根据场内仪器布设位置和线缆铺设需要，在小路下修建电缆沟或埋设电缆管，用以铺设仪器设备线缆和电源电缆。

电缆沟（管）应做到防水、防鼠，并便于铺设和维护。

（6）观测场的防雷必须符合《气象台（站）防雷技术规范》的要求。

（二）观测场内的仪器布置要求

观测场内仪器的安置应当保持一定距离，互不影响，具体要求如下：

仪器高的安排在北面，低的安在南面，东西成行，大体对称；

仪器设备应安置在东西走向的小路的南侧，便于观测人员观测时能迅速从北面接近仪器。

观测次数多的仪器，尽量接近中间小路；

百叶箱内的温度表安置的高度规定为1.5m；

测量降雨量的雨量器的安置高度规定为70cm；

测量风的仪器安置在距地面10m以上；

观测场内的日射、日照仪器应在开阔的地方，并放在平台上。

而且日射仪器事先需要测定反射率。

（三）主要的测温仪器的结构与原理

1、玻璃温度表

（1）结构：

主要由感应部位、套管、刻度尺、毛细管等组成。

（2）测温液体与测温原理：

测温液体是水银或酒精。

（3）测温原理是热胀冷缩——水银和酒精都具有比较明显的热胀冷缩的特性。

干湿球温度表是用于测定空气的温度和湿度的仪器。

它由两支型号完全一样的温度表组成，气温由干球温度表测定。

2、最高温度表

最高温度表的构造与一般温度表不同，它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，使感应部分和毛细管之间形成一窄道。

当温度升高时，感应部分的水银体积膨胀，挤入毛细管；而温度下降时，毛细管内的水银，由于通道窄不能缩回感应部分，因而能指示出上次调整后这段时间内的最高温度。

3、最低温度表

最低温度表的感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃形游标。

当温度下降时，酒精柱便相应下降，由于酒精柱顶端表面张力作用，带动游标下降；当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱经过游标周围慢慢上升，而游标仍停在原来位置上。

因此它能指示上次调整以来这段时间内的最低温度。

4、测量地温的仪器：

地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表、曲管地温表和直管地温表。

地面温度表、地面最低温度表、地面最高温度表这三支温度表与测定气温的干球温度、最高和最低温度表相同，只是由于地面温度变化范围较宽，它们的测量范围也较大。

地面最低温度表、地面最高温度表被安装在观测场的南边的地表面，球部一半埋于土中，一半露于外面，三支地温表并排放在地段中央偏东的地面上；由北向南为地面温度表

（1）、地面最低温度表

（2）、地面最高温度表（3）、它们相互的距离为5－6cm。

曲管地温表是测量浅层地温的仪器。

其温度表球部附近的管子弯曲成135°角。

玻璃套管下部（自球部到温标的起点）用石棉灰充填，再用棉花堵塞和火漆固定，以防止玻璃管内空气的对流。

测定浅层不同深度土壤温度的温度表。

管部长而弯曲，球部感应部分埋入土壤一定深度。

球部附近的管子弯曲成135°角度,玻璃套管下部（自球部到温标的起点）用石棉灰充填,再用棉花填塞和火漆固定,以防套管内空气对流。

一套有四支，安装时按5、10、15、20厘米深度顺序由东向西排列。

（四）主要的测温仪器的安装与观测

玻璃温度表的安装：

安装在小百叶箱的底板中心，安装一个温度表支架，干、湿球温度表垂直悬挂在支架两侧的环内，球部向下，干球在东，湿球在西，球部中心距地面1.5m高。

玻璃温度表的观测：

熟悉仪器的刻度，温度观测要求记录到0.1℃，初次使用一支温度表，应先了解其最小刻度单位。

避免视差，视线应于水银柱顶端附近刻度线是否直来较正。

动作迅速。

因温度表感应较快所以读数时动作要迅速，先读小数后读整数，同时注意勿使头、手和灯接近球部，并尽量不要对温度表呼吸。

复读，复读是为了防止产生5℃和10℃的误差（有时也可能读错1℃或2℃）。

最高温度安装在温度表支架下横梁的一对弧形钩上，感应部分向东稍向下倾斜。

高出干湿球温度表球部3cm。

最高温度表每天20时观测一次，读数记入观测簿相应栏中，观测后进行调整。

最高温度表的调整时，用手握住表身，感应部分向下，臂向外伸出约30°，用大臂将表前后甩动，甩动方向与刻度磁板面平行，毛细管内水银就可以下落到感应部分，使示度接近于当时的干球温度。

动作应迅速，尽量避免阳光照射，也不能用手接触感应部分。

不要甩动到使感应部分向上的程度，以免水银柱滑上又甩下，撞坏窄道。

调整后，把表放回到原来的位置上时，先放感应部分，后放表身。

最低温度表的安装：

最低温度表水平地安装在温度表支架下横梁下面一对弧形钩上，感应部分向东，低于最高温度表1cm。

最低温度表的观测：

每天在20时观测一次，读数记入观测簿相应栏中，观测后调整温度表。

观测最低温度示度时，眼睛应平直地对准游标离感应部分的远端位置；观测酒精柱示度时，眼睛应平直地对准酒精顶端凹面中点（即最低点）的位置。

最低温度表的调整：

抬高温度表的感应部分，表身倾斜，使游标回到酒精柱的顶端。

（五）湿度的观测

1、干湿球温度表

干湿球温度表是用于测定空气的温度和湿度的仪器。

它由两支型号完全一样的温度表组成，气温由干球温度表测定，湿度是根据热力学原理由干球温度表与湿球温度表的温度差值计算得出。

温度表是根据水银（酒精）热胀冷缩的特性制成的，分感应球部、毛细管、刻度磁板、外套管四个部分。

1.1干湿球温度表测量湿度原理

固定式干湿球温度表是由两支相同形状的水银（或酒精）温度表组成。

球部包有湿润纱布的叫湿球温度表，另一支叫干球温度表，干湿球温度表安置在小百叶箱中。

当空气中水汽未饱和时，湿球纱布上的水分就会不断蒸发，而蒸发要消耗热量，此热量是从湿球本身及周围的簿层空气中吸得的，当湿球因蒸发所消耗的热量和周围空气中获得热量相平衡时，湿球温度并不再下降，这时干湿球温度就有一个差值。

这个差值的大小取决于空气的湿度，湿度越小，蒸发越快，湿球温度降得愈多，干湿球温度差就越大，相反，湿度越大，蒸发越慢，湿球温度降得愈少，干湿球温度差就越小。

如果空气已经饱和状态，则蒸发停止，湿球温度就不会下降，于是，干湿球温度相等。

此外，湿球蒸发的快慢还和气压、风速有关，气压愈高，风速愈小，蒸发愈慢，反之，蒸发愈快。

因此，根据干湿球温度差，计算空气湿度时，还要考虑当时的气压和风速。

用干湿球温度求空气中水汽压的计算公式

   e=Etw-APh（t-tw）

式中，e：

水汽压（hPa）；Etw：

湿球温度tw所对应的纯水平液面的饱和水汽压；

A：

干湿表系数（℃-1），其值见干湿表系数表；

Ph：

本站气压（hPa）；t：

干球温度（℃）；

tw：

湿球温度（℃）

1.2干湿球温度表的安装

在小百叶箱的底板中心，安装一个温度表支架，干、湿球温度表垂直悬挂在支架两侧的环内，球部向下，干球在东，湿球在西，球部中心距地面1.5m高。

湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。

杯口距湿球球部约3cm，杯中盛蒸馏水（只允许用医用蒸馏水），供湿润湿球纱布用。

湿球包扎纱布时，要把湿球温度表从百叶箱内拿出，先把手洗干净，再用清洁的水将温度表的感应部分洗净，然后将长约10cm的新纱布在蒸馏水中浸湿，使上端服贴无皱褶地包卷在感应部分上（包卷纱布的重叠部分不要超过球部圆周的1/4）；包好后，用纱线把高出感应部分上面的纱布扎紧，再把感应部分下面的纱布紧靠着球部扎好，但不要扎得过紧，并剪掉多余的纱线

1.3干湿球温度表的观测和记录

温度表读数时应注意：

①观测时必须保持视线和水银柱顶端齐平，以避免视差。

②读数动作要迅速，力求敏捷，不要对着温度表呼吸，尽量缩短停留时间，并且勿使头、手和灯接近球部，以避免影响温度示度。

③注意复读，以避免发生误读或颠倒零上、零下的差错。

⑸水汽压、相对湿度、露点温度用公式计算得出，人工查算由《湿度查算表》查得。

在非结冰季节湿度很大或有雾时，湿球温度偶有略高于干球温度的现象（指经仪器差订正后的数值），这时湿球温度应作为与干球温度相同，进行湿度计算。

1.4干湿球温度表的维护

⑴必须注意保持干湿球温度表的正常状态。

如发现温度表内刻度磁板破损,毛细管内有水银滴、黑色沉淀的氧化物或水根柱中断等情况，应同时更换、报废。

⑵干球温度表应经常保持清洁、干燥。

观测前巡视设备和仪器时，如发现干球上有灰尘或水，须立即用干净的软布轻轻拭去。

⑶湿球纱布必须经常保持清洁、柔软和湿润，一般应每周换1次。

遇有沙尘等天气，湿球纱布上明显沾有灰尘时，应立即更换。

⑷水杯中的蒸馏水要时常添满，保持洁净，一般每周更换1次。

2、通风干湿表

通风干湿表主要用于野外考察或自动气象站在气温或湿度采集出现故障时进行补测时使用。

2.1通风干湿表的结构原理

它由干湿球温度表、通风装置、金属套管、双层保护管和上水滴管等组成。

其作用、原理与百叶箱干湿球温度表基本相同。

主要不同处是：

温度表球部装在与风扇相通的管形套管中，利用机械或电动通风装置，使风扇获得一定转速，球部处于≥2.5m/s（电动通风可达3m/s以上）的恒定速度的气流中。

由于球部双层金属护管表面镀有镍或铬，是良好的反射体，能防止太阳对仪器的直接辐射。

2.2通风干湿表的观测记录

观测前，先把仪器悬挂在百叶箱或观测场内，感应部分高度1.50m。

在读数前4-5分钟用滴管湿润湿球纱布，然后上好风扇发条（或接通电源）。

观测时应注意不要让风把观测者自身热量带到通风管中去。

当气温低于0℃时，为使温度表充分感应外界情况，应于观测前半小时，湿润纱布并上好发条。

然后在观测前4分钟再通风一次，但不再润湿纱布。

观测时应注意湿球是否结冰，示度是否稳定。

上发条切忌过紧。

当风速大于4m/s时，应将防风罩套在风扇迎风面的缝隙上，使罩的开口部分与风扇旋转方向一致，这样就不会影响风扇的正常旋转。

2.3通风干湿表的维护与检查

仪器的金属部分，特别是下端保护管的镀镍面应细心保护，使其不要受到任何损伤。

每次观测后，应用纱布擦净外壳，并放回盒中。

从盒中取出仪器时，应拿着风扇帽盖下的颈部，不要捏在金属护板处，也不能用手触摸防护管。

注意定期检查风扇旋转是否正常。

可以用风扇中央的发条盒旋转速度来判断，在发条盒上绘有短划或箭头，从圆顶上小窗孔可以看到。

上发条后，发条盒每转一周的时间，如果与检定证上所给的时间相差不到5秒钟，则可认为风扇转速正常。

如果转速显著降低则应进行修理。

湿球纱布应经常保持清洁。

3、湿度的查算步骤

在观测得干球温度t和湿球温度tw，后，可以用公式计算各湿度值。

但每次公式计算，过于繁杂且易出错，因而可以事先制作湿度查算表，以供实际工作中查算。

现以中国气象局编制的湿度查算表（甲种本）为例，说明查算方法。

本表主要由表1湿球结冰部分、表2湿球未结冰部分及表3湿球温度订正值组成。

此外，还有当气温低于—20℃时，以干球温度t和经订正后的湿球温度tw′值查水汽压e和露点温度td的表4，以及气压较低湿度较小时查算订正参数n值的附加表（表5）。

查表时，根据湿球结冰与否，决定使用表1或表2。

（1）若气压恰好为1000hPa（本站气压的个位数四舍五入），找到相应的干、湿球温度值，即可查出水汽压（e）、相对湿度（f）和露点（td）。

例1：

用百叶箱通风干湿表观测，测得t=-2.0℃，tw=-5.6℃，P=1001.1hPa。

查表求e,f及td。

在表1（湿球结冰部分，20页）找出干球温度t=-2.0℃栏，在此栏中找到tw=-5.6℃，与它并列的e=1.7hPa，f=32％，td=-16.4℃。

（2）若气压不是1000hPa，则必须对湿球温度进行订正，然后再查取空气湿度。

订正方法是：

先在干球温度栏中找出与tw并列的订正参数n（在首行或末行），然后用n值和当时的本站气压（个位数四舍五入）在表3中查出湿球温度订正值△tw′。

当气压P<1000hPa时，△tw′为正值，应将此值加在湿球温度tw上；当气压p>1000hPa时，△tw′为负值，应从湿球温度tw中减去此值。

再用干球温度，和经订正后的湿球温度tw′，从表2（或表1）中查取空气湿度。

例2:

t=-1.9℃，tw=-5.9℃，p=1018.3hPa。

查表求e,f及td。

在表2（47页）t=-1.9℃栏中，tw=-5.9℃时的n=14，用n值和P=1020hPa在表3（293页）上查得△tw′=-0.1℃，订正后的tw′=-5.9-0.1=-0.6℃，再用t=-1.9℃和tw′=-6.0℃从表2查出e=1.2hPa,．f=22％，td=-20．8℃。

（3）当空气湿度较小，气压又较低时，若在表1（或表2）中查不到n值，此时需用t，tw，先从表5，n值附加表的湿球结冰或未结冰部分查得n值，已知n，P值，从表3查得△tw′，经过湿球温度订正后，再从表1或表2中查取空气湿度。

例3：

t=32.0℃，tw=11.2℃，p=770.2hPa。

查表求e,f及td。

在表2（162页）t=32.0℃栏中查不到tw=11.2℃时对应的n值，则用t，tw值另查表5的湿球未结冰部分（314页），得n=45，再用n=45，P=770hPa查表3（294页）得△tw′=2.1℃，订正后的tw′=11.2+2.1=13.3℃。

用t=32.0℃，tw′=13.3℃查表2（162页）得e=2.8hPa，f=6％，td=—10.3℃。

湿度查算的一般步骤是：

（1）根据干湿球温度t和tw查出n值。

（2）根据n值和气压值P，查出湿球温度订正值△tw。

（湿球温度订正）

（3）根据tw和△tw算出气压订正后的湿球温度tw’。

（4）根据t和订正后的tw’查出水汽压e，相对湿度U，和饱和差Td。

（六）轻便风向风速表

轻便风向风速表，是测量风向和1分钟内平均风速的仪器，它用于野外考察或气象站仪器损坏时的备份。

仪器由风向部分（包括风向标、方位盘、制动小套）、风速部分（包括十字护架、风杯、风速表主机体）和手柄三部分组成。

1、观测和记录

⑴观测时应将仪器带至空旷处，由观测者手持仪器，高出头部并保持垂直，风速表刻度盘与当时风向平行。

然后，将方位盘的制动小套向右转一角度，使方位盘按地磁子午线的方向稳定下来，注视风向标约2分钟，记录其摆动范围的中间位置。

⑵在观测风向时，待风杯转动约半分钟后，按下风速按钮，启动仪器，又待指针自动停转后，读出风速示值（m/s），将此值从该仪器订正曲线上查出实际风速，取1位小数。

三、实习中可能存在的问题

1、观测问题：

（1）强调仪器的正确使用，切实保护仪器；仪器损坏，按相关规定赔偿。

（2）注意天气变化对实习仪器的影响；

（3）强调实习数据的收集、记录、处理；

2、往届实习中存在的问题：

2.1实习主题的确定：

结合理论课的学习，选择可以通过实习观测来验证或证明的基本原理或理论；或引用哪些基本原理或理论来解决实际生活中的问题；

大部分实习设计的主题都选择很好，除了“风与气温日变化关系”这个主题稍差一点外。

2.2实习目的：

普遍啰嗦，应当精简；

只需列出3~5条作为实习目的，包括以下几个部分：

（1）操作目标：

最基本的实验仪器操作；

（2）知识目标：

实习需要验证的哪些基础知识或基本理论；

（3）能力目标：

通过实习，获得哪些能力。

2.3实习内容：

结合实习主题安排，去掉不必要的观测；基本上是实习目的的扩展；

2.4实习过程（步骤）：

这一部分要求尽可能详细，至少应包括以下内容：

场地的选择、仪器的安装、观测过程（如何正确观测）、人员分工、问题及解决、进度安排等内容。

一、实习主题

二、实习目的（略）

三、实习内容（稍详）

四、实习过程（详细）

场地的选择、仪器的安装（详细）、观测过程（详细）、人员分工、问题及解决（详细）、进度安排

2.5实习报告基本结构及写作过程中可能存在的问题：

一、实习目的与要求

二、实习仪器（设备）

三、实习内容与步骤（强调观测）

四、观测数据及其处理

五、结果分析

六、结论

实习报告的重点应当放在第四、五、六部分，特别是第五部分；

大部分实习报告中出现的问题是：

脱离了实习的主题，有些甚至根本没有涉及实习主题；

把观测数据堆积，然后做个图表，最后是非常简洁地描述一下变化的规律或出现了哪些差异。

结果分析不深入，没有理论联系实际，几乎是所有实习报告的通病！

描述规律以后，要解释为什么会有这样的规律？

与理论课中学习到的原理或理论一致吗？

不一致的原因在哪里？

结果分析完了以后，一定要有一个结论：

通过我们的实习，验证了哪一条原理或理论；或者关于实习主题，你得出的结论是什么！