农业气象实验指导要点文档格式.docx
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气温资料可以表明一个地方冷热状况的特征。
根据实际应用的需要,表示气温性质的指标常用的有下列几种。
1、平均气温
平均气温按照时段的长短,有日、侯、旬、月、季、年平均等几种。
计算公式
2、极端气温
极端气温是指一地在某一时段内出现的最高温度和最低温度。
它能表征该地在该时段内气温变化的范围和曾经出现的极限值。
3、界限温度出现的起止日期及持续期
由于气温变化的波动,春、秋季气温可能在某一界限温度上下升降好几次,为了合理解决这一问题,这里提出一种统计界限温度起止日期的方法,及所谓的“稳定通过”的方法。
目前所采用的是5天滑动平均计算法。
在一年中任意连续5天日平均气温的平均值均达到某一界限温度的最长一段时间,挑选最先一个日平均气温达到该界限温度的日期为初日,而挑取最后一个日平均气温达到同一界限温度的日期为终日。
初日到终日(包括初终日)称为持续期。
4、气温的频率和保证率
对一地热状况的特征、仅采用各种平均气温是不够的,因为从观测得到的序列中的各个数宾费完全集中在平均值的附近。
那么这些数值经常出现在什么范围内?
在各个范围内的分布情况又怎样?
可能性多大等等。
这种温度出现的频繁程度如何以及可能性的大小,通过频率和保证率的计算,才能得到解决。
频率:
在某一定范围内实际出现的次数(m)称为频数,频数与观测总次数n之比,即是频率。
保证率:
实际工作中,通常把等于或超过某一定数值(界限)的累积频率,称为保证率。
一般来讲,温度频率和保证率通常按照日平均气温计算,频率是指日平均气温在某一定温度界限内出现的日数占全月或全年总日数的百分比;
而保证率就是日平均气温高于某一规定温度的日数占全月或全年的总日数的百分比
5、积温
活动积温
有效积温
6、无霜期和无霜期的长短
7、直角直方图
实验四农业小气候的观测(4学时)
一、目的要求
掌握农业小气候观测的基本方法。
地面温度表、曲管地温表、温度计。
三、观测内容
塑料大棚内气温、地温的观测。
实验一.日照时数、光照度、风的观测
(一)日照时数的观测
日照时数:
太阳实际照射的时间。
可照时数:
由日出到日落的时间。
可照时数与纬度、日期有关。
可从气象常用表或天文年历中查得。
日照百分率=日照时数、可照时数×
100%
测定日照时数的仪器一般采用暗筒式日照计。
日照时数以小时(h)为单位,取一位小数。
1.暗筒式日照计构造原理
工作原理:
暗筒式日照计是利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内,使涂有感光药剂的日照纸上留下感光迹线如图1.23,通过计算迹线的长度确定一日的日照时数,隔光板的边缘与小孔在同一个垂直面上,它使太阳光除了在正午有1-2min可以同时射入两孔外,其余时间光线只能从一孔射入筒内。
仪器的构造分为暗筒、支架、底座三部分。
暗筒两侧各有一个进光小孔,前后位置错开,以避免上下午日影重合。
筒内有一弹性压纸夹,用以固定日照纸。
圆筒下部有纬度刻度盘和指示纬度的刻度线,底座有3个等距离孔,用以固定仪器。
2.仪器安装
日照计要安装在开阔的、终年从日出到日没都能受到阳光照射的地方。
通常安装在观测场内或平台上,如安装在观测场内,首先埋设铁架(高度以便于观测为宜),铁架顶部要安装一块水平而又牢固的台座,座面上要精确标出南北线,将日照计安装在铁架平台上,仪器底座要水平,筒口对准正北,并将日照计底座加以固定,然后转动筒身,使支架上的纬度记号线对准纬度盘上当地纬度值。
如观测场无适宜地点,可安置在平台或附近较高的建筑物上。
3.日照纸的涂药及换纸方法
日照计自记纸使用前需在暗处涂刷感光药剂,日照记录的准确性与否与涂药质量关系密切。
所用药剂为显影药剂赤血盐(K3Fe(CN)6)和感光药剂柠檬酸铁铵[Fe2(NH4)4(C6H5O7)3]。
药液的配制方法:
赤血盐与水的比例1:
10,柠檬酸铁铵与水的比例为3:
10,按此比例,将配好的药液分别存放于两容器中,每次配量以能涂刷10张日照纸为宜,以免涂了药的日照纸久存失效。
涂药方法:
将配制好的两种药液在暗处等量混合,均匀地涂在空白的日照纸上,或者先将柠檬酸铁铵药液涂刷在日照纸上,阴干后逐日应用,每天换下日照纸后,在感光迹线处用脱脂棉涂上赤血盐,便可显出蓝色迹线。
每天在日落以后换自记纸,即使是全日阴雨,没有日照记录,也应照常换下,以供日后查考。
上纸时,将填好次日日期的日照纸(涂药一面朝里卷成筒状),放入金属圆筒内,使纸上10时线对准筒口白线,14时线对准筒底的白线,纸上的两个圆孔对准两个进光孔,压纸夹交叉处向上,将纸压紧,盖好筒盖。
4.记录整理、统计
当天换下的日照纸,应根据感光迹线的长短,在迹线下方用铅笔分别描划一直线,然后将日照纸放入足量的清水中浸漂3—5min拿出(全天无日照的自记纸,也应浸漂),阴干后,再重新检查感光迹线与铅笔线是否一致,如感光迹线比铅笔线长,则应补上这一段铅笔线,最后按铅笔线以十分法计算日照数。
将各小时的日照时数逐一相加,精确到0.1h,即可得到全天的实照时数。
若全天无日照,日照时数记为0.0。
(二)光照度观测
测定光照度的仪器用照度计。
照度计广泛地应用于各种自然光和人造光源的光照度测定,其规格型号很多。
下面仅介绍仪器的一般构造原理和观测方法。
1.照度计的构造原理
照度计是利用光电效应的原理,根据感光电流的大小测定光照度的。
它主要由光电池(有硅光电池和硒光电池两种)、电流表和量程开关组成。
照度计量程开关一般有四档或六档,范围0~200000lx。
2.观测方法
观测时,将电流表置于水平,若指针不指零点,可旋动调整螺旋使之指向零点,然后将光电池导线插头插入座孔内,手持光电池手柄,放于待测位置,注意光电池要与光线垂直。
然后,首先将量程开关旋至最大量程,当选用量程合适时,电流表指针的示度乘以本量程标明的倍数,即为当时的光照度。
备有滤光罩的仪器当光照度超过10001x以上时,必须戴滤光罩方能进行观测,读数计算时,电流表上指针的示度乘以滤光罩的倍数即为当时的光照度。
测量时,可用手遮住光电池数次,读取平均测量值,测量时间以0.5~1min为宜。
测定后,将量程开关旋至“关”的位置上,拔下导线插头,将光电池罩盖好。
3、仪器维护
(1)照度计是一种精密仪器,在携带使用或运输过程中,需避免震动。
(2)存放时要放在清洁干燥、无腐蚀气体、无强大磁场的地方。
(3)光电池、滤光罩严禁用手触摸或用硬物磨擦;
以免被沾染或划伤影响其准确度;
电流表的有机玻璃表盖不得用力揩擦,以免引起静电感应。
如有灰尘可用毛刷拂去。
(三)风的观测
风的观测包括风向和风速的观测。
风向是指风吹来的方向,一般用16个方位或360°
表示。
以360°
表示时,由北起按顺时针方向度量。
风速是指单位时间内空气流动的水平距离,以米/秒、公里/小时、海里/小时为单位。
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。
1、风向测量仪器:
风向标是一种应用最广泛的测量风向仪器的主要部件,由水平指向杆、尾翼和旋转轴组成。
在风的作用下,尾翼产生旋转力矩使风向标转动,并不断调整指向杆指示风向。
风向标感应的风向必须传递到地面的指示仪表上,以触点式最为简单,风向标带动触点,接通代表风向的灯泡或记录笔电磁铁,作出风向的指示或记录,但它的分辨只能做到一个方位(22.5°
)。
精确的方法有自整角机和光电码盘。
2、风速测量仪器:
①风杯风速表是应用最广泛的一种风速表,由三个(或四个)半球形或抛物形空杯,都顺一面均匀分布在一水平支架上,支架与转轴相连。
在风力作用下,风杯绕转轴旋转,其转速正比于风速。
转速可以用电触点、测速发电机、齿轮或光电计数器等记录。
②桨叶式风速表是由若干片桨叶按一定角度等间隔地装置在一铅直面内,能逆风绕水平轴转动,其转速正比于风速。
桨叶有平板叶片的风车式和螺旋桨式两种。
最常见的是由三叶式四叶螺旋桨,装在形似飞机机身的流线形风向标前部,风向标使叶片旋转平面始络对准风的来向。
③热力式风速表是被电流加热的细金属丝或微型球体电阻,放置在气流中,其散热率与风速的平方根成线性关系。
通常在使加热电流不变时,测出被加热物体的温度,就能推算出风速。
3、EL型电接风向风速仪
L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。
4、轻便三杯风向风速仪(轻便磁感风向风速仪)
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。
5、目测风和风力
(1)风力观测
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。
1805年英国人F·
蒲福根据风对地面(或海面)物体的影响,提出风力等级表,几经修改后得下表。
目测风时,根据风力等级表中各级风的特征,即可估计出相应的风速。
(2)风向观测
根据炊烟、旌旗、布条展开的方向及按八方位估计。
静风记为“c”。
目测风向封利是,观测者站在空旷处,多选几个物体观测,尽量减少主管的估计误差。
四、作业
写出如何观测日照时数、光照度、风的观测方法。
实验二.温度、空气湿度、降水量与蒸发量观测
三、实验内容
(一)温度观测
1、测温原理和温标
①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。
②温标:
量度气温所使用的温标一般有三种:
摄氏温标:
也称“百分温标”。
规定在一个大气压下,水的冰点为零度,沸点为100度,中间分为100等分,每个等分代表1度。
摄氏温度用℃表示。
它是1742年由瑞典人摄尔斯乌斯(AndersCelsius)发明的。
华氏温标:
规定在一个大气压下,水的冰点为32度,沸点为212度,中间分为180等分,每等分代表1度。
华氏温度用°
F表示。
它是1709年由德国人华伦海特(Fahrenheit)发明的。
开氏温标:
也称绝对温标、热力学温标。
绝对温标每一度的大小和摄氏温标完全相同,不过,它不是以水的冰点作为零度的,而是以理论上所说的分子热运动将完全停止时的温度,即-273.16℃作为零度,用K表示。
辩证法告诉我们,要物质的热运动完全停止那是绝对不可能的。
-273.16℃只不过是人们可以无限接近,但永远也不可能达到的温度。
因此,才把它叫做绝对零度,意思是说,-273.16℃才是温度的真正零度。
开氏温标是1848年由英国物理学家开尔文(Kelvin)所创立。
1960年第十一届国际计量大会规定热力学温标以开尔文为单位。
规定水的三相(气、液、固体)点为273.16K。
由于水的三相点在摄氏温标为0.01℃,所以摄氏0℃=273.15K。
绝对温度(K)≈273.15+摄氏温度(℃)。
华氏温标与摄氏温标的换算:
t(℉)=
℃+32
2、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。
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。
气象台站是用一对规格相同的普通温度表测定空气的干球和湿球温度,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0.2℃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。
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。
④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,它是由外管和温度表两部分组成的。
温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。
3、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。
4、空气温度表的安装和观测
①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。
百叶箱的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。
②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。
5、地面温度表的安装和观测
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)。
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。
①地面温度表:
测定地面温度的仪器有:
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
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