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气象学实验指导

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-08-03 12:18 点击数:

  《气象学与气候学》 实验指导 水资源与环境工程系 实习一 实验目的: 1、了解气象园建立时的场地要求、环境要求; 2、气象观测种类、时间、次数、程序; 3、气象园内观测仪器的布局 实验要求: 1、掌握气象园建立时的场地要求、环境要求; 2、掌握定时观测的种类、时间、次数、程序; 3、画出气象园内的各种气象观测仪器的平面布局图 实验步骤: 1、通过视频观看气象园的全貌,从宏观了解气象园的布局; 2、通过教学课件了解气象园的平面布局; 3、到气象观测实地了解气象园的布局情况。 实验内容: 气象园的建立 一·观测场地的要求: 1、观测的目的: (1)通过大量的、系统的、连续的观测,掌握大气中不断发生的各种物理现象和物 理过程的基本规律和特点,并将所观测的资料进行分析综合整理得出正确的结论。 (2) 通过观测使学生熟悉气象观测仪器的使用, 同时加深和验证课堂上所学的内容。 (3)通过观测初步学会气象观测的基本技能和方法。 (4)通过观测初步学会建立小型气象园的步骤、要求等。 2、环境要求: 场地代表本地区较大范围气象要素特点和天气、气候特征的地方,避免局部地形的 影响。一般要求场地平坦空旷,四周没有高大建筑物、树林和大水池的地方。观测场地 的边缘与四周孤立障碍物的距离,至少是该障碍物高度的三倍以上,成排的障碍物,至 少是该障碍物高度的 10 倍以上,四周不应种高秆作物,以保证气流的通畅。 3、场地大小的要求: 观测场地大小应为 25×25m ;如果条件限制,可为 16(东西向)×20(南北向)m 。 2 2 中学气象园的大小可根据学校场地的条件而定,尽可能符合国家气象局的规定,可采用 16×20m 的面积,但不要小于 5×4m ,否则仪器相距太近,相互遮挡,影响观测质量, 而且影响活动的进行。 4、观测场内的要求 观测场地要求平整,不应有洞穴、坑洼,突起的地方,否则仪器安置不易达到水平 的要求。由于一般地区下垫面绿色植物分布的面积最广,所以观测场内应种植浅草,土 壤应保持当地的结构特征, 同时在场内要铺设 0.3-0.5 米宽的小路 (不能用沥青铺面) , 保持场内整洁,方便行走,以免踏平草层。为了保护场内仪器设备,观测场四周应设高 度为 1.2 米的稀疏围栏(铁丝网、铁栏杆、竹围栏等),保持气流通畅。围栏的北面正 中开一个小门,方便出入。 要保持场内整洁,当草高超过 20 厘米时,要剪短,将草及时运出场地。在冬季降雪 时,除小路和百叶箱顶壁的积雪可以清除外,场内积雪应保持原状,使其自然融化。 二·观测场内的仪器的安置 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: 1.仪器高的安排在北面,低的安在南面,东西成行,大体对称。 2.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。如图 1-1。 3.百叶箱内的温度表安置的高度规定为 1.5 米。 图 1-1 观测场内仪器的布置 2 2 4.测量降雨量的雨量器的安置高度规定为 70 厘米。 5.测量风的仪器安置在距地面 10 米以上。 6.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·观测时间 1、每日以北京时间 02、08、14、20 时进行四次气候观测,部分观测站、哨仅进行 08、14、20 三次气候观测。 2、定时观测项目表 时间 观测 时间 02 08 14 20 云、能见度、天气现 象、空气的温度、湿 度、风、气压、0-40 厘米地温 08 降水、冻 土、雪深、 雪压、地面 最低温度 14 80-320 厘 米地温、换 温度、气 压、湿度自 记纸 20 日落后 降水、蒸发、最高、 日照计换 最低气温和地面最 纸 高、最低气温,并 调整观测表放回原 位 3、温度、湿度气压等要素尽可能接近正点观测,而目测项目如云、能见度等可在正 点观测前进行观测。 4、 气象要素均以北京时间 20 时日界, 自记记录以 24 时为日界,日照计以日落为界。 5、中学气象园观测项目,每天观测三次,在不影响教学工作的前提下,可以提前一 小时,在 07、13、19 时观测。 实验二 气象观测仪器的认识(5 学时) 1、气温 实验目的: 了解和掌握气温观测仪器的结构原理、使用方法、观测时间及次数;气温观测仪器 的种类 实验要求: 1、了解温度观测仪器的结构原理; 2、掌握温度观测仪器的使用方法及读数方法; 3、学会按时换自记温度计的自记纸,并学会在自记纸上确定气温观测起点的时间及 温度度数。 实验内容: 空气温度是表示冷热程度的物理量。它是最基本的气象要素之一。大气中所发生的 热力过程和许多天气现象都与大气温度有密切关系。同时,气温也是构成一地气候的重 要因素,特别是农作物的生长、发育与气温、地温有着密切的关系。 为了能定量的表示温度,就必须选定一个衡定温度的标准尺度,简称温标,我国采 用的是摄氏温标(℃),它是以标准大气压力下的纯水的冰点为 0 ,沸点定为 100 ,以 冰点和沸点作为两个基点,其间划分成 100 等分,每等分称为 1 。 一·测温原理 ? ? ? 任何物质温度变化都会引起它本身的物理特征与几何形状的改变。 利用物质这一特 性,确定它与温度间的数量关系,就可以作为测温仪器的感应部分,制成各种各样的温 度表。常用的温度表有以水银或酒精为感应液的玻璃液体温度表。 水银和酒精都具有比较明显的热胀冷缩的特性。水银和酒精相比较,具有导热快, 比热小,易提纯,沸点高(356.9℃)蒸汽压小,不与玻璃发生浸润作用等优点,所以用 水银用感应液的温度表灵敏度和精确度都较高。 但是由于水银冰点比酒精高 (-38.9℃) , 测定低温不适宜,而酒精冰点低(-117.3℃),用来测定低温比较好。但酒精本身具有 膨胀系数不够稳定,纯度较差,容易蒸发,以及与玻璃起浸润作用等缺点,所以一般情 况下,不使用酒精温度表,只有在气温低于-36℃时,才按照《地面气象观测规范》规 定使用酒精温度表。因此,除了最低温度表用酒精作为感应液外,一般温度表多用水银。 当温度表与空气接触时,球部与空气间便发生热量交换。如果空气湿度升高,温度 表球部便吸收空气中的热量,球部的玻璃和水银(酒精)都受热而膨胀,然而水银(酒 精)膨胀量远比玻璃大,所以一部分水银(酒精)被迫进入毛细管中,于是毛细管内水 银柱便随之升高,直到热量交换平衡时为止。这时水银柱(酒精柱)随之下降。反之, 气温降低时,毛细管内的水银柱(酒精柱)随之下降,直到热量交换平衡为止。因此, 温度表水银柱(酒精柱)的示度也能表示气温的高低。 二·几种液体温度表 1. 普通温度表(干湿球温度表) 普通温度表是由球部、套管、白磁刻板及顶部所组成的水银温度表。如图 2-1。它 的特点是:如前所述毛细管内水银柱的示度,随着被测物的温度变化而变化。因而可以 测出任意时刻被测物的温度。气象站、哨是用一对规格相同的普通温度表测定空气的温 度和湿度,因此又称为干湿球温度表。 2. 最高温度表 最高温度表也是一种水银温度表。用以测定一定时间内的最高温度。它与普通温度 不同的地方在于球部。最高温度表的球部有一玻璃针,伸入毛细管,使球部与毛细管之 间形成一窄道。温度升高时,球部水银体积膨胀,压力增大,迫使水银挤过狭管回至球 部,因而水银柱就在狭管处断裂,于是狭管以上这段水银柱的顶端,就保持在过去一段 时间内温度表所感受到的最高温度示度上。 最高温度表为了防止重力作用,应水平安放,为了防止水银柱滑向头部,也可将头 部稍放高一点。 观测最高温度后,应按规定进行调整。其方法是:用右手紧握表中上部,球部向下, 把手伸出和身体约成 30 角,在水平面 45 范围内剧烈甩动几次,待其示度与干球温度相 ? ? 差不到 0.2 时为止,最后,将调整好的最高温度表放回原来位置上时,注意手不能触及 球部,先放球部,后放表身。 最高温度表的水银柱是只上升不下降的,如果发现最高温度表水银柱已经下降,则 此表已失去了最高温度表的性能,不能继续使用,应予以撤换。 3. 最低温度表 测定一定时间间隔内的最低温度,用最低温度表。它的构造特点是:毛细管较粗, 内贮透明的酒精,在毛细管内酒精中有一个哑铃形的玻璃游标。 当温度下降时,酒精柱收缩,由于酒精柱顶端与游标接触时,其表面张力作用,带 动游标下降;当温度上升时,酒精膨胀,酒精柱可以经过游标周围慢慢向前流动,而游 标因顶端对管壁的摩擦力及本身的重力作用,仍停留在原位不动,因此它可以指示出一 定时间间隔内曾经出现过的最低温度。 观测最低温度表之后, 要进行调整, 先将球部向上抬起, 使游标到达酒精柱的顶端, 与酒精面相接触,然后将最低温度表水平安装好。 三·空气温度表的安装 测定空气温度的仪器,应放在防止太阳直接照射,又能防止强风、雨淋、雪盖,并 能使空气自由流通的保护装置内。目前观测台站用的保护装置就是百叶箱。 百叶箱, 四周是由两排薄的木板百叶组成,木板向内向外倾斜与水平方向成 45 角。 箱底由三块木板组成,中间木板比两侧的木板高出一些,箱盖有两层,其间空气能流通。 为了避免太阳直接照射仪器,百叶箱要漆成白色,以防吸热过多,影响箱内气温。 百叶箱分大小两种,大百叶箱是安装温度、湿度自记仪器的,小百叶箱是安装干湿 球和最高、最低温度表的。 百叶箱应水平地牢固地安装在一个特制的架子上,支架应牢固地埋入地下,其顶端 高出地面 125 厘米。箱门朝正北。 箱内仪器的安装 小百叶箱内的各种温度表都安置在箱内特制的铁架上, 干湿球温 ? ? 度应垂直固定在铁架两侧,干球在东,湿球在西,球部离地面 1.5 米,湿球的下方是一 个带盖的水盂,水盂口离湿球约 3 厘米,湿球温度表球部包扎一条纱布,纱布通过杯盖 上的狭缝引入水盂内。 最高温度表平放在铁架下面横梁上的钩中,球部中心离地为 1.5 米;最低温度表放 在最下面的钩上,二支表球部都向东。 大百叶箱内的温度计安装在前面的木架上,感应部分中心离地 1.5 米;湿度计放在 后面稍高的木架上。 百叶箱内外要保持清洁,大雨、大雪后,要及时将箱内的雨水擦干净,以免影响记 录的准确性。 四·温度表的观测 按规定时间首先读干球,后读湿球,记录之后再复读一次,然后读最高温度,最低 温度,复读记录后,调整最高、最低温度表,放置最高温度表时,要先放球部,后放头 部以免水银上滑。 观测温度表须注意下列事项: ①必须保持视线和水银柱顶端高度齐平,以避免由于视差而使读数偏高或偏低。 ②温度表是很灵敏的仪器,所以读数时应迅速,勿使头部、手和灯接近表的球部, 不要对着温度表呼吸。 ③观测后应复读一次读数,避免发生读错,特别是 5 、10 或零上零下看颠倒等大 差错。 上述温度表观测后,然后观测大百叶箱内的自记温度计、湿度计。 五·自记温度计 自记温度计是气象上常用的几种自记仪器中的一种。自记仪器是自动记录气象 要素在一天或一周内连续变化情况的一种仪器。从仪器上还能知道气象要素在某段时间 内的极值及其出现时间。温度计由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。 自记部分是将传递放大的结果自动记录下来的部分。包括自记钟、自记纸和自记笔 等。一般自记钟分日转和周转两类。 自记钟上放有记录纸,其纸上与纵轴垂直的水平线表示温度,通常每格为 1℃。竖的 弧线为时间线。自记钟旋转一圈之后,就更换自记纸(每日一次或一周一次),规定在 ? ? 14 时观测后换纸。自记笔尖内装有特制的墨水,由于自记钟时刻在运转,温度不断在变 化,这样笔尖在自记纸上就连续画出温度随时间变化的曲线。具体操作步骤如下: ①温度计的观测次数和温度表一样,每次读数后要用笔尖画短线做一记号。 ②换纸时应注意写上年、月、日和上纸的时间及取下纸的时间。 ③将纸裹在钟筒上卷紧,水平线对齐,底边紧贴筒底边缘并以压条固定。 ④转动钟筒,使笔尖正对当时时间。 ⑤推回笔档,使笔尖与钟筒接触,做记号,重新检查一遍后,关上合盖。 自记温度计要注意维护,经常保持清洁,对感应部分不要用手及其他物体碰撞。当 感应有灰尘时可用细毛笔及时除掉。经常注意自记录是否清晰、有无中断现象,笔尖墨 水是否足够,自记钟是否停摆等。 2、气压 实验目的: 了解和掌握气压观测仪器的结构原理、使用方法、观测时间及次数;气压观测仪器 的种类。 实验要求: 1、了解气压观测仪器的结构原理; 2、掌握气压观测仪器的使用方法; 3、学会按时换自记气压计的自记纸,并学会利用空盒气压表在自记纸上确定气压 观测起点的气压及时间。 实验内容: 气压的观测,通常包括测定本站气压,以及根据本站气压计算出海平面气压。 本站气压是指气象台站所安置的气压表的海拔高度以上的大气压力。测定本站气压 通常用水银气压表和气压计,野外观测时常用空盒气压表。 一·水银气压表 常用的水银气压表有动槽式和定槽式两种, 它们是根据水银柱的重量和大气压力相 平衡的原理来测定气压的。 用长约 1 米的一根玻璃管,内装经蒸馏过的纯水银倒插在水银槽内,这时管内的水 银柱就开始下降,当下降到一定高度后(通常水银 柱顶离槽中水银面为 760 毫米左右)就不在下降了。这是因为水银槽面上的大气压力, 支持住了管内水银柱的重量的缘故。随着大气压力升高或减小,水银柱亦随之升高或降 低。所以根据水银柱高低就可以测出大气压力的大小。设玻璃横截面积为 S,水银柱高度 为 h,水银密度为 p,重量为 w,重力加速度为 g。则压力: 公式中水银密度 p 和重力 g 固定时,则 p 与 h 成正比,故气压 P 可用水银柱高度 h 来表示。 二·气压表的构造 (一)动槽式水银气压表 动槽式水银气压表其构造可分为内管、套管和水银槽三部分如。 内管:是一根直径为 8 毫米,长约 1 米左右的玻璃管。玻璃管经洗净并抽成真空后, 用纯净和干燥的水银灌满,就成为水银气压表的内管。内管装在气压表外部的套管中, 用数个软木圈支柱,开口的一端插在成为盛满水银的槽里。 套管:是用黄铜制成,管的上半部前后都开有长方形窗孔,用来观测内管中水银柱 的高低。窗孔边上有刻度尺和游尺是用来测定气压整数和小数的。套管下部装有一支附 属温 度表,其球部在内管与套管之间,用来测定水银及铜管的温度。套管的下端 与水银槽连接。 水银槽:分为上下两部分,中间有一玻璃圈可以看见槽内水银面。槽的上部为一由 很软的羊皮制成的皮囊,其特性是能通空气而不漏水银。皮囊的一头牢固紧扎在玻璃内 管上,,木杯中央凸出成圆筒形,内管即通此木杯而伸入槽内。用来指示刻度零点的象 牙针固定在木杯的平面上,尖端向下。槽的下部有一皮囊,呈圆袋状,袋口扎在一硬木 制的木杯下部,此木杯分成上下二截,以螺旋紧连着,上下木杯的外面有一用以调节水 银面的调整螺旋,螺旋的顶部有一小木托顶住下皮囊以免皮囊摩损。 (二)定槽式气压表 定槽式气压表, 构造上也可分为内管、套管和水银槽三部分。内管和套管的构造大 体与动槽式相同。 槽部一般用铜或钢制成的。槽内盛定量水银,槽顶有一气孔螺旋,使水银槽与外部 空气相通,管内水银柱就会随空气对槽内水银面所施压力的变化而升降,以测定气压。 定槽式气压表没有用来表示标尺零点的象牙针,即没有固定的零点。当气压变化时, 不但水银柱高度发生变化,而且槽内水银面位置也发生变化。这样读数时就需要移动标 尺,使标尺的零点于 水银面上,然后读水银柱高度,这样既不方便又不准确。因而采 用固定标尺,在标尺刻度上对零点的变化加以补正的办法来弥补零点变化的缺陷。 补正原理:当外界压力增加时,槽内水银面下降,管内水银柱升高,实际气压的变 化是这两部分高度变化之和。反之,气压下降时也是一样的。由于水银槽是封闭的,槽 内水银面高度变化 b 是看不到的。 因此仅用管内水银柱变化 a 来代表实际气压变化 (a+b) 。 这样标尺上的单位刻度距离 a 要比实际气压变化要短些,这就是标尺需要补正的基本原 理。 常用的定槽式气压表,其内管面积和槽部面积之比是 1:50,当气压 1 毫米时,槽内 水银面下降 0.02 毫米(b=1/50),内管水银柱只上升 0.98 毫米(a=49/50),即标尺 代表气压变化 1 毫米的刻度(长度),实际只有 0.98 毫米长。 为此,在制造定槽式气压表时,要求槽部和内管严格成比例,并以标准气压(760 毫 米)时槽内水银面高度做为标尺的零点。同时保持气压表内水银定量,否则将会引起仪 器误差。 上述两种气压表比较起来,动槽式制作较容易,因为有固定零点,观测读数较烦, 时间较长后水银面有氧化物,调零点不容易准确,造成观测上的误差。定槽式在制作上 要求严格,但使用方便而且精确。 三·水银气压表的观测方法和步骤 (一)动槽式气压表观测步骤和方法 1、首先观测附属温度表,精确到 0.1℃。 2、调整水银槽内的水银面与象牙针尖恰好相接,直到象牙针尖相接完全无空隙为 止。 3、调整游尺,使其底边与水银柱顶相切,调整过程中视线和游尺的底边必须始终保 持在同一平面上,从上往下调,在水银柱顶与游尺底边相切两旁还应露出三角形空隙时 为止。 4、读数并记录。先在标尺上读整数,从游尺上读取小数,精确到 0.1 毫米(毫巴)。 读整数时,应以稍低于游尺零线或与游尺零线相齐的标尺刻度为准;读小数时,应以标 尺上某一刻度线相齐的标尺刻度为准; 5、降低水银面。读数后旋底部螺旋使水银面离开象牙针尖约 2-3 毫米,目的是使 象牙针尖不致被水银磨秃,使刻度零点位置升高。 (二)定槽式水银气压表的观测步骤和方法 用定槽式水银气压表观测气压,程序较动槽式简单,不必调整水银面。 1、观测附温 2、轻击管壁,使水银柱顶端成正常的凸面。 3、调整游尺与水银柱相切。 4、读数、记录并复读。 四、气压计 气压计是自动记录气压连续变化的仪器。其准确度不如水银气压表。气压计在构造 上与其他自记仪器相似,可分为感应部分,传递放大部分和自记部分。 感应部分:由几个空盒串联而成的,最上的一个空盒与机械部分连接,最下一个空 盒的轴固定在一块双金属板上,双金属板上用以补偿对空盒变形的影响。 传递放大部分:由于感应部分的变形很小,常采用两次放大。空盒上的连接片与杠 杆相连,此杠杆的支点为第一水平轴,杠杆借另一连接片与第二水平轴的转臂连接。这 一部分的作用是将空盒的变化以放大后传到自记部分去。这样以两次放大能够提高仪器 的灵敏度。 自记部分与其他自记仪器相同。 气压计应水平安放在水银气压表附近,离地高度以便于观测为宜。 气压计读数要精确到 0.1 毫巴,其换纸时间和方法与其他自记仪器相同。 3、地温 实验目的: 了解和掌握地温观测仪器的结构原理、使用方法、观测时间及次数;地温观测仪器 的种类 实验要求: 1、了解地温观测仪器的结构原理; 2、掌握地温观测仪器的使用方法; 3、学会在地温观测时如何读取普通地温表、浅层地温表、深层地温表、最高地温 表、最低地温表的度数,并学会数据记录后如何校正最高、最低温度表的方法。 实验内容: 地温包括地面土壤温度(地面温度)和地中土壤温度(地中温度)。站、哨一般可 根据需要观测地面(包括 0 厘米、最高、最低温度)浅层(地中 5、10、15、20 厘米) 和较深层(地中 40、80、160、320 厘米)三个层次的地温。 一·地温表: 测定地温用的仪器有: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。并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 5-6 厘米。 在观测地面温度表时,不得将表取离地面读数(被水淹时例外)。 地在温度表被雪覆盖,巡视时应将其放置在雪面上,读数时若球部又被雪盖,仍照 常读数。 冬季当地面温度降到<-36℃时,地面和地面最高温度表停止观测,只读取地面最 低温度表的酒精柱和指标示度,并用器差订正后的酒精柱示度值作为地面温度记录。 在高温季节里,8 时观测后将地面最低温度表收回,放在阴蔽处(收回前的读数记在 20 时栏),20 时观测前再放回原处(遇雷雨天气应及时将表放回原处)。冰雹季节,冰 雹时地面温度表和曲管地温表,应加盖网罩,以免仪器损坏,冰雹停后立即拿掉。 二·曲管地温表: 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。直管地温表用来测定较深层不同深度的地中温度,它是由外管和湿 度表两部分组成的。湿度表又装在一个带有金属帽的特制保护框内,并用螺丝与木棒连 接,长度视所测深度而定。 安置曲管地温表的地段应选在观测场的南边,地段面积为 4×6 平方米的裸地,要经 常除草,并使土壤保持松软状态。如果下雨后,地段表面形成一层硬皮,应及时耙松, 并注意地段表面不应高出或低于观测场整个地面。 由于浅层土壤温度变化比较剧烈,因此深度每增加 5 厘米,安置一支曲管地温表。 曲管地温表安置在地面温度表的西边,自东向西按 5、10、15、20 厘米深度顺次排列, 如图 3-1 中的(4)、(5)、(6)、(7),每支表相隔 10 厘米。5 厘米深的曲管地温 表与地面最低温度表头部,相距 20 厘米。 安置曲管地温表时,动作应十分轻缓,以免损坏仪器,先在地段中央东西线 厘米的斜沟,沟的北壁垂直,但不是正好东西向,而是偏北与 东西约成 30?角。使得温度表的露出地面部分正好在东西一条线上。小沟挖好后,用尺沿 OA 沟壁,量出地温表深度(指球部中央离地面深度)各作一个水平洞穴,洞的大小比温 度表的球部稍大,然后将地温表放入坑内,并使球部牢牢地嵌入北壁小洞里,使温度表 的表身与地面成 45?角,等所有温度表都安装好后,再在沟内填满土,填土应与整个地段 一样齐平。 每支地温表露出地面部分,应用两根木棒做成支架支柱(不能用铁支架),为了检 查地温表安装的深度,在安装前就预先应用红漆在地温表上做出深度标记。为了保护地 温场地不被践踏,在温度表的北部安装两块木质踏板。 在观测曲管地温表时,应特别注意视线与水银柱顶保持垂直,否则将产生较大的误 差。 三·直管地温表 直管地温表安置在观测场地南边有自然覆盖物(草皮)2×4 平方米地段上,与地 面最低温度表和曲管地温成一直线,从东向西,由浅入深(40、80、120、320 厘米), 彼此间隔 50 厘米。外管露出地面部分须用牵绳固定。为了保护地段的草层和下雪时的积 雪层,地温表的北侧约 30 厘米处应设置一个木质的观测用的台架。 深度为 80、160、320 厘米直管地温表仅在 14 时观测一次,地面最高、最低温度表 仅在 20 时观测一次,并随即进行调整。在观测直管地温表时,应特别注意视线与水银柱 顶保持垂直,否则将产生较大的误差;观测直管地温表时,要站在台架上,把温度表从 外管取出后,用身影遮住温度表,但不要用手握住球部,读数要迅速,注意安全。然后 轻轻地把温度表插入管中。 4、风 实验目的: 了解和掌握风向、风速观测仪器的结构原理、使用方法、观测时间及次数;风向、 风速观测仪器的种类。 实验要求: 1、了解风向、风速测量仪器的结构原理; 2、掌握风向、风速观测仪器的使用方法; 3、学会使用并记录风向、风速的数据。 实验内容: 风的观测包括风向和风速的观测。风向是指风吹来的方向,一般分为 16 方位也可 用角度表示。如图 6-1。例如北(N)、东(E)、西(W)、南(S)四个方位,分别 以 360°(0)、90°、180°、270°表示。风速是指单位时间内空气流动的水平距离, 以米/秒为单位。 目前气象台站用来测定风的仪器有 EL 型电接风向风速仪,轻便测风器等。在没有仪 器或仪器失灵的情况下可根据某些物体被风吹动的情况用目力来判定。 一、EL 型电接风向风速仪 EL 型电接风向风速仪是电感应器、指示器和记录器三部分组成。感应器:感应器 安装在室外 10-12 米高的杆子上。感应器的上部为风速部分,由风杯、交流发电机、蜗 轮等组成;感应器的下部为风向部分,是由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组 成。 指示器:指示器放在室内桌上用来观测瞬时风向和瞬时风速的。它由电源瞬时风向 指标盘、瞬时风速指示盘等组成。 记录器:记录器也置于室内,用来记录风向风速连续变化。它是由八个风向电磁铁, 一个风速电磁铁、自记钟、自记笔、笔档、充放电线路等部分组成。 感应器用一长电线和指示器相连,指示器与记录器之间用短电线相椄。 观测方法: ①打开指示器的风向风速开关,观测两分钟风速指针摆动的平均位置,读取整数, 记在观测簿相应栏中。风速小的时候,把风速开关拨到“20”挡,读 0-20 米/秒标尺刻 度;风速大时,应把风速开关拨到“40”挡,读 0-40 米/秒标尺刻度。观测风向指示灯, 读取 2 分钟的最多风向,用十六方位的缩写记录。 静风时,风速记 0,风向记 c;平均风速 40 超过米/秒,则记为>40。 ②自记纸更换方法、步骤与温度计基本相同,只是更换时间为 13 时。 二、轻便三杯风向风速仪 轻便三杯风向风速表用于测量风向和一分钟时间内的平均风速。 轻便三杯风向风速表由风向仪,风速、手柄三部分组成。 风向仪:包括风向指针、方位盘、制动小套管部件。 风速表:由十字护架,感应组件旋杯,和风速表主机体组成。旋杯是风速表的感应 元件,它的转速与风速有一个固定的关系。风速表主要就是根据这个基本原理制成的。 手柄:由一段空心管和一个带螺纹的零件组成。以上三部分可以通过螺纹连接在一 起。 安置和使用: 风向风速表可以手持使用,也可安置在固定地点使用。仪器安在四周开阔无高大障 碍物的地方。安装高度以便于观测为限,并保持仪器垂直,机壳侧面向风。 观测时将方向下小套管拉下再右转一角度,此时方向盘就可以按地磁子午线的方向 稳定下来。风向与方向盘所对的读数就是风向。如果指针摆动,可读摆动的中间值。 用手指压下风速按钮,风速指针就回到零位。放开风速按钮后,红色时间小指针就 随风速指针开始走动,经一分钟后铜指针停止转动。接着时间指针转到最初位置也停止 下来,结束了风速的测量。风速指针所示数值称为指示风速。以这个风速值从风速检定 曲线图中查出实际风速值即为所测之平均风速。 如欲进行下一次观测时,只要再压一下风速按钮就可以了。 当观测完毕时,务必将小套管向左转一角度,使其恢复原来位置,这时方向盘就可 以固定不动。小心地将风向仪和手柄退下,放入仪器盒内。 三、目测风力风向 在测风仪器发生故障或没有测风仪器时,也可用目力来测风力,风向作为正式记录。 根据风对地面物体的影响而引起的各种征象,将风力分为 13 级,最小为 0 级,最大 为 12 级。如以目力来测风作为正式记录,则应估计风力等级并换算成相当的风速。 目测风向一般是旌旗、布条、炊烟的方向以及人体感觉等方法,按八个方位进行估 计。 目测风向和风力时,观测者尽是站在空旷地方,多选几种物体,仔细观测。观测时, 应连续看两分钟,以平均情况记录。 风力等级 风力 等级 陆地上面物体征象 相当风速米/秒 范 围 中数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 静烟直上 烟能表示风向,树叶略有摇动 人面感觉有风,树叶有微响 树叶及小枝摇动不息,旗子展开 能吹起地面灰尘和纸张,树的小枝摇动 有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波 大树枝摇动,电线呼呼有声,撑伞困难 大树摇动,大树枝弯下来,迎风步行感觉不便 可折毁树枝,人向前感到阻力甚大 烟囱及平房屋顶受到损坏,小屋遭到破坏 树木可被吹倒,一般建筑物遭破坏 大树可被吹倒,一般建筑物遭到严重破坏 陆上少见,摧毁力极大 0. 0-0.2 0. 3-1.5 1. 6-3.3 2. 4-5.4 5.5-7.9 8.0-10.7 10.8-13.8 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4 24.5-28.4 28.5-32.6 >32.6 0.1 0.9 2.5 4.1 6.7 9.4 12.3 15.5 19.0 22.6 26.5 30.6 30.6 5、降水 实验目的: 了解和掌握降水观测仪器的结构原理、使用方法、测量方法及记录数值的要求。 实验要求: 1、了解降水量(降雨、降雪)的测量方法; 2、掌握降水量观测仪器的使用方法; 3、学会记录降水量的数据。 6、湿度 实验目的: 了解和掌握湿度观测仪器的结构原理、使用方法、观测时间及次数。 实验要求: 1、了解湿度观测仪器的结构原理; 2、掌握湿度观测仪器的使用方法; 3、学会按时换自记湿度计的自记纸,并学会在自记纸上确定湿度观测起点的时间 及湿度度数。 实验内容: 空气湿度通常用水汽压、 绝对湿度、 饱和差、 露点温度表示。 湿度观测方法有两种: 干、湿球温度表测湿法和毛发湿度表测湿法。 一·用干、湿球表测定湿度的原理 这个方法是用两支相同的温度表,其中一支温度表的球部缠有湿润的纱布,称为湿 球,另一支用来测定空气温度,称做干球。在未饱和的空气中,由于湿球纱布上的水分 不断蒸发,而蒸发所需要的热量来自于湿球本身及流经湿球周围的空气,致使湿球温度 下降。当湿球因蒸发所消耗的热量和从周围空气中获得热量相平衡时,湿球温度就不再 继续下降,结果干、湿球温度示度出现了一个差值。这个差值大小,取决于蒸发的快慢 程度,而蒸发的快慢又取决于空气的湿度大小以及当时的气压和风速。空气湿度愈小, 湿球水分蒸发快,湿球温度降得愈多,干湿球差就愈大;反之,湿度大,湿球水分蒸发 得慢,湿球降低的少,干湿球差值就小。另外当气压小和风速大时也利于湿球蒸发,使 干湿球差值小,因此可以利用干湿球温度差来测定空气的湿度。 二·湿球温度表的使用和观测 测定空气湿度的准确度与湿球温度示度是否准确有很大关系,要使湿球示度准确, 主要在干湿球表面有良好蒸发和热量交换,这就要求选择吸水性好的纱布及用纯净的蒸 馏水来润湿纱布等。 (一)选择吸水性能良好的纱布,一般要求 15 分钟内至少吸水 7-8 厘米。纱布应 保持清洁、柔软、无灰尘。一般一周更换一次纱布。如遇大风、沙暴天气,应随时更换 纱布,换布时把手洗干净,用清水将表的球部洗净, 再把长 10 厘米左右的纱布在蒸馏 水中浸湿,然后把它缠在水银球部,纱布在球部上重叠的部分,不得超过球部表面积的 四分之一,再用纱线将球的上部和下部做好活扣扎紧。 (二)湿球纱布要用蒸馏水浸湿,不得用河水、泉水。因含有杂质的水湿润纱布会 使蒸发量减少,湿球示度偏高,所以规定用蒸馏水。纱布下的水盂,应经常装满水。如 因空气过于干燥,纱布吸水不及时,则应在观测前巡视仪器时用水盂将纱布浸湿,以保 证观测正常进行。 (三)在湿球纱布结冰时,应把水盂从百叶箱内取走,以防冻裂。湿球上纱布应在 球部以下 2-3 毫米处剪断。由于湿球结冰后,不能再用水盂供水时,在每次观测时均应 润湿纱布,这一步称做溶冰。溶冰的方法是:用一杯和室温相同的蒸馏水,将湿球球部 全部浸入水杯内,使球部原有冰全溶化。待纱布浸透而全溶化后,将水杯拿走,并仔细 地用杯沿将集聚在湿球布头上的水滴除去。 溶冰的时间应视当时的天气条件而定。一般湿度小而风速大时,约在观测前 20 分 钟左右进行;湿度正常时,约在观测前 30 分钟进行。 观测时,应在读数前,先看湿球示度是否稳定不变。如果稳定不变,即进行读数, 并注意湿球纱布是否结冰,如果观测时湿球已结冰,则在湿球读数右上角记“B”字。如 果观测时,湿球示度还在变动时,只读干球,不读湿球,等数分钟后再读一次干湿球读 数以算湿度。而气温则以第一次干球读数为准。 湿球温度一般比干球温度低或者相等。但在降水、浓雾天气情况下,可能发现湿球 比干球温度高的现象,这时应以干球为准,将湿球示度改成与干球温度相等来查算湿度。 湿球温度冰面订正值: t′ 0.0- -1.2 -1.3- -4.6 -4.7- -10 三·毛发湿度表和湿度计 人的头发经过脱脂后会随着空气相对湿度变化而有改变长度的特性。 实验表明, 当相对湿度由 0%增加到 100%时,毛发伸长量为原来长度的 2.5%,但在不同湿度上其 伸长量是不均等的。利用这一特性可以制成毛发湿度表和毛发湿度计。 毛发湿度表 感应部分为单根脱脂的人发。人发的上端固定在架子上部的调整的螺丝上,下端则 固定在架子下部的弧钩上,弧钩与一小锤连接,小锤可使毛发拉紧。弧钩和指针固定在 同一轴上,指针的尖端在刻度上移动,刻度尺上刻着相对湿度百分数的刻度。当空气中 相对湿度大时,毛发伸长,小锤下压,指针向右移动;反之,相对湿度变小时,指针就 向左移动。 毛发湿度表观测读数时,要使视线垂直于刻度盘,并对准指针的尖端,读取指针所 指的数值,只读整数,小数四舍五入。指针超过刻度线 以外,应用外推法读数,利 用 90-100%刻度间距,从 100%推延出去,然后估计读数,照常记录。 湿度计 湿度计是自动记录相对湿度连续变化的仪器。它和温度计一样,构造也分三部分。 感应部分也分三部分。感应部分是一束毛发,传递放大部分比较特殊,是采用两次放大 的杠杆装置,自记部分(自记钟、纸、笔),与自记温度计相同。 订正值 0.0 -0.1 -0.2 湿度计安放在大百叶箱温度计的后方。湿度计的读数方法同温度计,但只取整数, 不记小数, 当湿度计笔尖 100 超过时, 估计读数, 若笔尖超出钟筒, 则在记录栏内记 “-” 表示缺测。超出范围较大,需进行调整。 湿度计时间记号的方法与换纸方法与温度计相同。 湿度计的毛发应保持清洁,切勿用手触摸。毛发上如有雾淞、冰、雪等,就轻敲金 属架,使它脱落。如敲不下,只能把湿度计暂时放在室内,使它自然干燥。切勿把仪器 接近火炉。放回室内这段时间的记录,作缺测处理。 毛发测湿仪器常产生如下一些误差:首先毛发对相对湿度的感应存在着滞后性,试 验表明,毛发表的指标常常落后于湿度的实际变化。气温愈低,滞后时间愈长。到-40 ℃以下,毛发几乎失去感应能力。 另外,毛发本身的长度也随温度的变化而胀缩,同时,固定毛发的金属架随温度的 升降也有胀缩,这些都是引起毛发测湿误差的原因。


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