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氣象觀測學(xué)實(shí)習(xí)總結(jié)報(bào)告(2)

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  氣象觀測學(xué)實(shí)習(xí)總結(jié)報(bào)告篇三

  1.1 基本概念

  Ø 太陽高度

  太陽高度是太陽光線和觀測點(diǎn)地平線間的夾角。各緯度的太陽高度日變化都是正午時刻最大日出和日落時為零。

  Ø 水平面上的太陽直接輻射通量密度

  太陽以平行光方式投射到與光線相垂直的面上的輻射,稱太陽太直接輻。云和海拔是影響太陽直接輻射通量的兩個重要因子。云是很好的反射體,厚的云層能把大部分太陽直接輻射返回宇宙空間,使到達(dá)地面的直接輻射通量大大減少,在海拔地帶,由于太陽直接輻射穿過的大氣路程較短,輻射通量被減弱了,所以地面獲得的太陽輻射比平原地區(qū)多。

  Ø 漫射輻射通量密度

  來自整個天穹向下的散射和反射的太陽輻射之和,稱太陽漫射輻射。日出前后,地面接收的太陽輻射主要是漫射輻射。高緯地區(qū),漫射輻射常常是太陽輻射的主要部分,漫射輻射通量受云的影響很大,它隨云量的增多而增加。陰天時只有漫射光。

  Ø 總輻射

  總輻射等于直接輻射和漫射輻射之和稱陰天時,由于太陽被云遮擋,無太陽直接輻射,所以總輻射就等于漫射輻射通量密度。由于太陽高度和晝長隨時間而變化,使總輻射也有明顯的日變化和年華。多云和陰天時,日變化特征遠(yuǎn)不如晴天那樣有規(guī)律。

  Ø 由于太陽輻射有周期性的日變化和年變化,所以使得土溫和氣溫有周期性的日變化和年變化。溫度周期性變化特征,通常以最高和最低溫度之差和最高溫度和最低溫度出現(xiàn)時間來描述。一日中最高溫度與最低溫度之差,即為日較差;一年中最熱約平均溫度和最冷月平均溫度之差,稱為年較差。

  這是由于隨著深度的增加,土溫日較差減小,位相也逐漸落后。白天,地表很熱后,熱量向下傳遞被層層阻截,因而土壤曾熱隨深度的增加而減小;夜間,土壤降溫也隨深度的增加而減弱。所以土溫隨溫度增加而減小,大約到1m左右深度土溫?zé)o日變化。1m深度以下土溫?zé)o日變化的土層稱為日恒溫層。由于熱量向深層傳播需要時間,所以位相隨深度增加而落后。

  1.2目的意義及要求

  通過實(shí)習(xí)要求學(xué)生了解

  (1) 太陽輻射、日照時數(shù)、空氣溫度和土壤溫度的測定方法和記錄整理;

  (2) 了解空氣溫度的測定方法和記錄整理;幫助我們掌握測定方法和學(xué)會數(shù)據(jù)計(jì)算。

  (3) 了解土壤溫度的測定方法和記錄整理。

  通過實(shí)習(xí)要求掌握

  (1) 點(diǎn)溫度表的安裝;

  (2) 溫度表的讀數(shù)和訂正;

  (3) 太陽輻射表的安裝;

  (4) 太陽輻射的測定步驟和計(jì)算;

  (5) 通過實(shí)習(xí)要求學(xué)生掌握地溫表的安裝;

  (6) 溫度計(jì)的使用;溫度表的讀數(shù)和訂正。

  1.3 研究內(nèi)容

  u 太陽輻射、日照時數(shù)、空氣溫度和土壤溫度的觀測和記錄整理;

  u 干濕球溫度的測定;氣溫最低、最高溫度的測定;

  u 土壤不同深度的溫度的測定;

  u 地面溫度、地面最低溫度和地面最高溫度的測定。

  1.4 研究區(qū)的概況

  地點(diǎn):西南林學(xué)院GX棟背后的林地。

  2 太陽輻射和日照時數(shù)的觀測

  2.1 測定內(nèi)容

  本次實(shí)習(xí)主要測定

  (1)垂直于太陽光線面上的太陽直接輻射通量;

  (2)總輻射和漫射輻射通量。

  用測得的數(shù)據(jù)計(jì)算

  (1)水平面上的直接輻射通量;

  (2)大氣透明系數(shù)。

  2.2 太陽輻射的觀測和記錄整理

  2.2.1.儀器簡介

  測定太陽輻射通量的儀器有直接輻射表和天空輻射表。這類儀器多屬熱點(diǎn)型,即利用兩種不同性質(zhì)的感應(yīng)面,由于吸收輻射能而產(chǎn)生溫差,通過熱點(diǎn)錐的作用,熱能轉(zhuǎn)換為電能,用靈敏度較高的輻射電流表測出電流值。溫差電流與輻射通量成比例。根據(jù)輻射電流表上的指示值,經(jīng)換算求得相應(yīng)的輻射通量密度,單位為cal\cm2,并換算為w\m2。

  l DFM1型輻射電流表

  電流表的測量機(jī)構(gòu)主要由永久磁鐵和線圈組成,整個機(jī)構(gòu)裝在一個密閉的扇形盒內(nèi)。頂端由調(diào)整指針零點(diǎn)的位置的調(diào)整螺絲,調(diào)整范圍不得超過20格刻度,必須在斷路是進(jìn)行。在盒的內(nèi)側(cè)裝有開過旋鈕,旋緊開關(guān)旋鈕就可以切斷電路。電流表的指示部分由電流指針,刻度盤,反光鏡等組成??潭缺P上由100格刻度,沿著弧形刻劃裝有一條平面反光鏡,由以消除視差。附屬溫度表測量儀器使用時的溫度。電流表由內(nèi)阻和附加電阻,標(biāo)記在活動板上。在盒下部的正前方,裝由“+”,“1”,“2”三個接線柱,以連接直接輻射表或天空輻射表。

  白色外罩通過銷釘和彈簧同底座相連,取下外罩時,必須按住彈簧,握住手柄按反時針方向沿著底座旋轉(zhuǎn)外罩,當(dāng)銷釘轉(zhuǎn)至彈簧上面時,提起外罩,并從底座取下。

  l DFY1型直接輻射表

  直接輻射表由感應(yīng)部分,進(jìn)光筒和座架構(gòu)成。感應(yīng)部分是由銀箔,熱點(diǎn)錐和銅環(huán)三部分組成。銀箔后2um,向太陽的一面涂成黑色,作為感應(yīng)面,它的背面是由36對康銅片和錳銅片組成的熱電錐。熱電錐的一接頭焊在銀箔上,另一個接頭焊在外圈銅環(huán)上,分別構(gòu)成熱接點(diǎn)和冷接點(diǎn)。整個感應(yīng)部分置于具有一組光欄的進(jìn)光筒的末端,通過導(dǎo)線把熱電錐的兩端于電流表正負(fù)極相接。

  進(jìn)光筒是一個銅質(zhì)圓筒,里面涂黑,外面涂鎳,避免光線在筒內(nèi)反射。為了正確地對準(zhǔn)太陽,在進(jìn)光筒的前后兩端有瞄準(zhǔn)孔與光屏。當(dāng)進(jìn)光筒對準(zhǔn)太陽時,光斑落在光屏上。帽蓋用來保護(hù)感應(yīng)系統(tǒng)和確定零點(diǎn)位置。進(jìn)光筒固定在支架上,方位調(diào)節(jié)螺絲和仰角調(diào)節(jié)螺絲,可以使進(jìn)光筒在水平方向與垂直方向轉(zhuǎn)動,直到瞄準(zhǔn)太陽為止。螺絲用來調(diào)節(jié)緯度刻度盤。底座上有確定方位的定位器。

  l DFY2型天空輻射表

  天空輻射表由感應(yīng)部分、座架、遮光板、干燥器和帽蓋等部分組成。儀器的感應(yīng)元件在半球形玻璃罩內(nèi),感應(yīng)面是黑白相間的薄片組成,它的背面也是由康銅和錳銅串聯(lián)起來組成的一組熱電堆。熱電堆的兩極通過導(dǎo)線與輻射電流表相接。玻璃罩是為了盡量減少長波輻射的影響,以及防風(fēng)避雨。水準(zhǔn)儀指示儀表水平,座架上的三個螺旋用來調(diào)整水平。整個感應(yīng)部分固定在支柱上,并裝有干燥器,以保持感應(yīng)面干燥。螺絲可以夾住遮光板。白色鋁蓋用來讀取零點(diǎn)讀數(shù)和保護(hù)感應(yīng)部分。

  遮光板用來遮住陽光測定漫射輻射。遮光板是一塊直徑與玻璃相等的圓形板,板一側(cè)圓桿長時板面直徑的5.7倍,由感應(yīng)面中心至遮光板正好構(gòu)成100的立體角。

  反射率表的結(jié)構(gòu)基本上和天空輻射表相同,只是為了測定地面反射輻射,增加了翻轉(zhuǎn)設(shè)備。

  2.2.2安裝

  輻射儀表應(yīng)安裝在觀測場內(nèi)固定木板平臺上,平臺離地1.6m高。安裝輻射電流表除要求水平外,附近不應(yīng)有鐵制物件,磁鐵或其它電流表等。輻射電流表距離這類物體至少30cm以外。安裝直接輻射表和天空輻射表要求水平,以及儀器東、南、西三面離開障礙物的距離應(yīng)為障礙物的高度的10倍或以上,這樣總年由日出到日落儀表都能受到太陽照射。注意直接輻射表還要求對準(zhǔn)當(dāng)?shù)鼐暥群头轿弧?/p>

  2.2.3觀測

  每日觀測次數(shù)隨研究目的而定,如果需要計(jì)算輻射日總量,又無日射自記計(jì),應(yīng)在日出到日落之間,每小時觀測一次。觀測時間以當(dāng)?shù)氐牡胤狡骄枙r530、630、730………1730、1830進(jìn)行。如有日射計(jì),一日定時觀測五次,即630、930、1230、1530、和1830.冬季,630和1830觀測時間,如果處在日出以前和日落以后,可不必進(jìn)行日射觀測。

  每日觀測前10分鐘準(zhǔn)備,清理一起的玻璃面,檢查儀器水平。接到線,把直接輻射表(或天空輻射表)上的“+”、“-”極分別接在電流表上的“+”和“1”或“2”上(輻射弱時接1,輻射強(qiáng)時接2)。擰松開關(guān)電鈕,電流指針是否在刻度5上,如果超過+-2,需用零點(diǎn)調(diào)節(jié)螺絲作調(diào)整。

  觀測前5分鐘記下日光情況,即云遮蔽日光的情況,用下列符號記錄:

  ⊙2——太陽面上未見云跡;

  ⊙——日光可透過云,地物影子明顯;

  ⊙.——日光微弱地透過較厚的云層,地物影子模糊不清

  ∏——日光透不過厚云,不見太陽輪廓。

  如果測定太陽直接輻射,調(diào)整進(jìn)光筒對準(zhǔn)太陽,使光斑落在光屏上。如果測定漫射輻射,裝上遮光板。如果測定地面反射輻射,擰松偏心螺絲,把天空輻射表的感應(yīng)面翻轉(zhuǎn)朝下,翻轉(zhuǎn)后注意儀器 是否水平。上述工作完畢,即可讀數(shù),步驟如下:

  (1) 不打開進(jìn)光筒帽蓋(直接輻射表)或白色鋁蓋(天空輻射表),讀出電流指針的指示值,記作第一次的零點(diǎn)讀數(shù)N01,讀數(shù)需要精確到1刻劃(或一小格)是我十分之一;

  (2) 打開蓋帽,等候15-40s(視儀器惰性而定),讀數(shù)三次,記作N1,N2,N3,每次間隔5-10s;

  (3) 蓋上蓋帽,等候15-20s,讀出第二次零點(diǎn)讀數(shù)。

  2.3 水平面上太陽直接輻射通量密度的計(jì)算

  水平面上太陽直接輻射通量密度 。式中:S是垂直于太陽光線面上的太陽直接輻射通量密度,h是太陽高度角。任一時刻的太陽高度角的計(jì)算公式為:。

  式中 α是緯度,δ是赤緯,ω是時角,都以度為單位,取一位小數(shù)。

  赤緯δ可以從日射觀測常用表或天文年歷表中查得。求某地、某時刻的δ植時需要訂正,即年度訂正,經(jīng)度訂正和時間訂正。

  為了求得時角ω需把北京時間換算成地方平均太陽時,加上時差訂正得太陽時,把真太陽時化為角度,才是時角ω。

  真太陽時=地方時+時差

  地方時=北京時+(該地經(jīng)度-1200)[4min/(0)]

  2.4 總輻射通量密度的計(jì)算

  總輻射通量密度,一般用上述所得的水平面上太陽直接輻射通量密度的,加上由觀測取得的滿射輻射通量密度之和。在沒有直接輻射表的情況下,水平面上的太陽直接輻射通量密度的計(jì)算

  式中 Nt和Nd分別為總輻射和漫輻射測定中的電流值;Fh為太陽高度角h時的訂正系數(shù),由檢頂證中查得;a為換算因子a1或a2

  2.5 輻射日總量的計(jì)算

  臺站上 計(jì)輻射算日總量的方法是梯形面積法,即以輻射通量為總縱坐標(biāo),時間為橫坐標(biāo),繪制日變化曲線,該曲線與橫坐標(biāo)所包圍的面積就是輻射日總量。以小時為單位,分割為若干個梯形面積,這樣便求得計(jì)算日總量的公式,以總輻射為例:

  式中 是總輻射日總量;St1,St2,……Stn是每小時觀測得到輻射通量密度;t0和to`分別為日出和日落時間;t1,t2,t3……tn是測定時間。式中日出和日落時間可由下式求得,

  已知日出時間是:t0 = 5h18m ,日落時間是:t0′= 18h42m ,再把每小時總輻射(或其他輻射通量)測定值以及日出和日落時間均帶入日總量公式,便可求得輻射通量的日總量,取一位小數(shù)。

  最后,吧每小時總輻射 測定值,以及日出日落時間代入日總量公式,便可以求得輻射通量的日總量。

  2.6 大氣透明系數(shù)的計(jì)算

  大氣透明系數(shù)(P)的計(jì)算公式為p=(S′/S0)1/m ,式中:S0是太陽常數(shù);S′是垂直于太陽光線面上的直接輻射通量密度,由測定可得;m是大氣質(zhì)量,計(jì)算公式為;m=1/sinh 。

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