气象学实验指导Word下载.docx

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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×

20m2的面积，但不要小于5×

4m2　，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

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

02081420

08

14

20

日落后

观测时间

云、能见度、天气现象、空气的温度、湿度、风、气压、0－40厘米地温

降水、冻土、雪深、雪压、地面最低温度

80－320厘米地温、换温度、气压、湿度自记纸

降水、蒸发、最高、最低气温和地面最高、最低气温，并调整观测表放回原位

日照计换纸

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

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

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。

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0º

，沸点定为100º

，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1º

。

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。

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30º

角，在水平面45º

范围内剧烈甩动几次，待其示度与干球温度相差不到0.2º

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。

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45º

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：

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。

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。

观测后应复读一次读数，避免发生读错，特别是5º

、10º

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：

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。

换纸时应注意写上年、月、日和上纸的时间及取下纸的时间。

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。

转动钟筒，使笔尖正对当时时间。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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

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

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。

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。

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。

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135º

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上挖一条长40厘米，宽25－30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30º

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45º

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。

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

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。

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。

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