气象学实习指导 - 图文

前 言

《气象学实习指导》是为园林、资源与环境、水保等院系开设的课堂实验、综合教学实习课程教材。气象学实验、实习是气象学教学过程中最重要的环节之一。通过实验、实习，可以补充和巩固课堂教学讲授的内容，培养学生的实际动手能力，训练进行观测、分析、统计等基础科研能力，是学生以后从事专业工作的基础。

《气象学实习指导》共三章，第一章内容为地面气象观测场地的建设和要求、气象观测程序和观测基本守则。第二章为辐射、温、湿、风、气压、降水、蒸发等气象要素测量仪器设备的原理、安装、观测方法及步骤。第三章为教学实践环节，包括小气候的观测原则、仪器特点、观测程序、地点及时间安排等，并介绍了森林小气候和城市小气候的观测方法，常规自动气象站系统。

前 言 ........................................................................................................................................ 1 第一章 地面气象观测场地建设 ......................................................................... 1

一 二 三

观测场地环境建设和仪器布置要求 ................................................... 1 地面气象观测与观测程序 ........................................................................ 1 观测基本守则 ................................................................................................... 2

第二章 地面气象要素的测量 ............................................................................ 3

实验一 辐射的测量 ..................................................................................................... 3 实验二 空气温、湿度与土壤温度的观测 ................................................... 9 实验三 气压、风、降水和蒸发的观测 ...................................................... 19

第三章 小气候观测 .................................................................................................. 34

第一节 小气候综合实习 ......................................................................................... 34 第二节 不同类型小气候观测 .............................................................................. 41 第三节 常规自动气象站观测系统 .................................................................... 45

第一章 地面气象观测场地建设

气象观测场地、周围环境、气象仪器、观测程序和时间等符合观测规范要求，是做到气象资料的代表性、准确性和比较性的基础，是取得科学观测数据的重要保证。为此，观测场建设和观测仪器要符合规范标准，观测员要严格遵守观测守则，按观测程序进行观测。

一 观测场地环境建设和仪器布置要求

气象观测场应选择在四周平坦空旷，无任何障碍物且能够反应本地较大范围气象要素特点和区域土壤特性的地方。在城市或工矿区设立观测场应选择在最经常出现风向的上风方。观测场边缘与四周孤立障碍物的距离应至少是该障碍物高度的三倍以上，距成排障碍物高度10倍以上。为保证气流通畅，观测场四周10m范围内不能种植高秆作物。观测场地要求平整，场内应种植浅草(不长草的地区除外)，草的高度不能超过20cm。不准种植作物。

观测场大小应为25325m。因条件限制可设为16(东西向)320 m (南北向)。为保护场内仪器设备，观测场四周应设高度为1.2m漆成白色的稀疏围栏。

观测场内仪器布置的基本原则是各仪器互不影响，便于观测和操作。高的仪器安置在北面，低的仪器顺次向南安置，仪器东西向排列成行，南北向相互交错。仪器之间南北间距不小于3m，东西间距不小于4m。仪器距围栏不小于3m。观测人员应从北面接近仪器。各类仪器安置的高度、深度、方位、纬度、角度应符合“规范”的要求。

二 地面气象观测与观测程序

地面气象观测基本项目有气压、空气温度、空气湿度、风向、风速、蒸发、日照、地温、云状、云量、天气现象、能见度等。种类大致可分为气候观测(定时观测)、天气观测、航空天气观测、危险天气观测等几类。国家基本站每天进行2、8、14、20时四次定时观测，昼夜值班；国家一般站由省、市、自治区气象局确定，每天进行2、8、14、20时四次或8、14、20时三次定时观测，昼夜值班或白天值班。气象要素的观测以北京时间20时为日界；日照以日落为日界。

表1-1 定时地面气象观测程序表

定时观测时间（北京时） 08、14、20、02 正点前30分 定时观测项目及观测顺序 巡视仪器及观测准备工作，特别注意湿球湿润或溶冰 08、14、20、02 正点前20分～正点 云、能见度、天气现象、空气温度和湿度、风、气压、0～40cm地温 08 14 20 日落后天黑前 降水、冻土、雪深、换降水自记纸 0.8、1.6、3.2m地温，换气压、温、湿自记纸，13时换电接风自记纸 降水、蒸发、最高、最低气温和地面最高、最低温度。并调整以上温度表 换日照纸 为使各观测站观测记录具有比较性，中国气象局统一规定了各气象要素的观测时间和顺

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序。原则是先观测在短时间内变化不太大的气象要素，接近正点时观测易变化的要素。观测程序见表1-1。

三 观测基本守则

观测员要严格按照规范的规定进行观测。严禁漏测、迟测和缺测，只能记载自己亲眼看到的数据和天气现象，禁止用任何估计或揣测的办法来代替实际观测。严禁伪造和随意涂改观测记录。正确地安置和使用仪器，观测前应对仪器设备进行巡视，避免影响记录准确性的临时事故发生。观测结果应立即用黑色铅笔记入观测记录簿，记录须准确，字迹整洁清晰，要认真填写各种簿、表。

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第二章 地面气象要素的测量

实验一 辐射的测量

一、

实验目的和要求

了解测量太阳辐射常用仪器的构造和原理。掌握太阳辐射通量密度的观测、计算方法。

二、 实验仪器、原理

太阳辐射以两种方式到达地面，一是以平行光的形式直接投射到地面上，称为太阳直接辐射；一是经过质点散射后，以散射光的形式投射到地面上，称为散射辐射；两者之和为到达地面的太阳总辐射。到达地面的太阳总辐射不能完全被地面吸收，有一部分被地面反射，地面反射辐射的大小与地面对太阳辐射或者称短波辐射的反射率有关。单位时间、单位面积地表面吸收的太阳总辐射和大气逆辐射与本身发射辐射之差称为地面净辐射。辐射能的单位用焦耳(J)表示。辐射通量密度是单位时间、单位面积上发射或吸收的辐射能量。单位为 W／m2(瓦／米2)，在早期的气象文献中，常用的辐射通量密度单位为Cal／(cm2·min) (卡／厘米22分)，两种单位之间的换算关系是：1Cal／(cm2·min)=697.8W/m2

测量辐射常用的仪器有直接辐射表、天空辐射表和净辐射表。直接辐射表：测量到达地面的太阳直接辐射通量密度；天空辐射表：测量水平面上的天空散射辐射和下垫面反射辐射通量密度；净辐射表：测量天空(太阳、大气)向下与下垫面(土壤、植物、水面等)向上发射辐射通量密度之差值。

1. 辐射表的构造及测量原理

1.1. 直接辐射表

直接辐射表主要由感应器、进光筒、支架和底座构成，如图2-1。直接辐射表的感应器是由36对康铜－锰铜薄片串联组成的热电堆，置于进光筒的底部，其接受日射面涂有吸收率很高的黑色涂料，背面焊有星盘状温差热电堆的热接点，冷接点焊在底座的铜环上与进光筒外壳相连，便于与气温平衡。为了消除风及旁侧辐射的影响，进光筒内有5个直径逐渐变小的环形光栅，光栅内侧涂黑，外侧镀镍。

测量时，必须将进光筒感应面正对太阳，让穿过小孔(3)的光点正好落在筒尾端的小黑点(4)上。当涂黑的银箔片受日光直射后，温度升高，由此产生温差电能，温差电能的大小与直接辐射的辐射通量密度成正比。通过换算可得到太阳直接辐射的辐射通量密度。

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图 2－1直接辐射表

1．进光筒 2．圆环 3．小孔 4．黑点 5．筒盖 6．螺丝 7．支架 8．对准当地纬度的刻度线 9、10．螺丝 11．底座 12．指北箭头

进光筒固定在支架上，支架上有螺丝用来对准当地纬度刻度。为使感应面对准太阳，可用螺丝(9)(10)进行调整，其中螺丝(9)能使进光筒口作上下移动，而螺丝(10)能使进光筒做单项圆弧形转动。底座(11)上有一箭头(12)指向北，用此来对准当地子午线。观测完毕，用筒盖(5)盖上进光筒口。 1.2. 天空辐射表

天空辐射表是测量水平面上所接受到的太阳总辐射、天空散射辐射和地面反射辐射的仪器。其构造如图2－2。天空辐射表由玻璃罩、干燥器、水平泡、螺丝、遮光板、支杆、玻璃罩盖子、底座构成。黑白型天空辐射表的感应面是黑白相间的锰铜片和康铜片，两端彼此紧密焊接，串联组成温差热电堆，形成一块棋盘状的平板。其中黑色部分涂有无光炭黑，白色部分涂有氧化镁，感应面黑色背面串联成热电堆的热端；白色背面串联成冷端。有太阳辐射时，黑色板面强烈吸收太阳辐射能，而白色板面几乎把能量全部反射掉，两者之间产生温差电能的大小与太阳辐射通量密度成正比。

天空辐射表的感应面上安有一个玻璃罩(1)，它的作用主要有：滤去感应面上的大气及地面长波辐射；防止风吹去黑白片上的热量。当玻璃罩内有水汽时，会影响感应面吸收辐射能的能力，因此在感应面下方一侧，安有一个干燥器(2)，用以存放干燥剂以便于吸收罩内水分。

天空辐射表旁边有一水平泡(3)，可通过座架上的三个螺丝(4)来调整仪器水平。仪器还有一遮光板(5)，可用来遮挡感应面上的太阳直接辐射，用以测定散射辐射。遮光板是一直

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径与玻璃罩相等的圆形黑色铝板，遮光板的一侧固定有支杆(7)，支杆的长度是遮光板直径的5.7倍，被支架上的螺丝(6)夹住，遮光板大约遮住10°立体角的天空。

图2－2天空辐射表

1．玻璃罩 2．干燥器 3．水平泡 4．螺丝 5．遮光板

6．螺丝 7．支杆 8．玻璃罩的盖子 9．底座

当感应面翻转朝下时，感应面上的玻璃罩就滤去了地面长波辐射，这时黑白片上所接受的辐射，就是地面对太阳辐射的反射辐射。 1.3. 净辐射表

净辐射表测量从2π立体角分别投射到一个平面上、下两面的辐射总量之差。净辐射所提供的能量是全球水分蒸发、加热空气与土壤的重要能源。因此净辐射是一项重要的辐射观测内容，目前世界上较通用的全波段净辐射表是聚乙烯防风膜式净辐射表。净辐射表由感应元件，聚乙烯防风膜罩和附件组成。如图2－3。

感应元件由两块表面涂黑，特性完全一致的平板构成上下两个感应面。这两个感应面的黑体能够吸收所有波段的辐射。当平板水平置于自然条件下时，由于上、下感应面接收到的辐射强度不同，使得两端产生温差，温差的大小由串联在上下感应面背面的热电堆测定。净辐射表测到的净辐射通量密度与上下两面温

图2－3 净辐射表

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差之间的关系如下：

Rn?（T1?T2）[k?f(u)]

式中Rn为净辐射通量密度，T1、T2分别为上、下感应面的温度，k为仪器常数，f(u)是与感应面上、下风速有关的函数值。测定时为使上、下感应面不受自然的影响，用特定的聚乙烯膜制成半球形防风罩，加盖在上、下感应面上，这样f(u)可以近似常数，聚乙烯防风罩用橡皮密封圈固定在仪器上下感应面上，将罩内充满干燥空气，使其成半球形。附件主要有表杆，干燥器，上、下水准器，上、下金属盖，橡皮球等。其中干燥器被装在表杆内，内装硅胶。橡皮球用于充气。

2. 辐射仪器的安装

辐射仪器一般要求安装在气象观测场地的中部。测量来自天空的各种辐射时，要求仪器上方不能有任何障碍物影响；测量来自地面的各种辐射时，要求有一个空旷、无障碍物、有代表性下垫面的地方。辐射表应安装在有固定支架的平台上，平台离地面1.5m高，安装时要保持水平。直接辐射表底盘箭头指向正北，然后对准当地纬度刻度线。为避免天空辐射表翻转时落地损坏，安装时要固定在辐射观测平台上，调整螺丝使天空辐射表感应面保持水平状态。

三、 实验内容

1. 太阳直接辐射、散射辐射和地面反射辐射的观测

当着手进行各种辐射观测之前，首先应记录日光状况，即云遮蔽日光的程度，可用下列符号记录：（1） ⊙2 无云 （2） ⊙ 薄云、影子明显 （3） ⊙° 密云、影子模糊 （4)

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∏ 厚云、无影子。

1.1. 太阳光线垂直面上的直接辐射通量密度观测

观测前，接通直接辐射表与万用表的电路，把直接辐射表的正极接到万用表的正极上，负极接到万用表的负极上。打开进光筒盖并检查光点位置，调整直接辐射表进光筒，对准太阳，使透过进光筒上方小孔的光点正好落在小黑点上。每隔5～10秒读万用表读数一次，连续读数三次Nl、N2、N3。盖上进光筒盖，直接辐射观测完毕。记下观测时间。 1.2. 太阳散射辐射、下垫面反射辐射的观测

观测前，接通天空辐射表与万用表的电路，把天空辐射表的正极接到万用表正极上，天空辐射表的负极接到万用表负极上。打开天空辐射表盖子，装上遮光板，挡住感应面，遮住太阳直射光，此时为散射辐射读数，读数方法同上，连续读数三次：Nl、N2、N3。取下遮光板。翻转天空辐射表，使感应面朝下，进行地面反射辐射观测。读数方法同上，连续三次读数得到Nl、N2、N3。记下观测时间和日光状况。

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1.3. 记录整理

计算各辐射观测量三次读数Nl、N2、N3的平均值N。由仪器检定证分别查取直接辐射表和天空辐射表的K灵敏度，将 N、K值（包括单位）整理到辐射观测记录表上。 2. 辐射通量密度和反射率计算

2.1. 太阳光线垂直面上的太阳直接辐射、散射辐射和反射辐射通量密度计算

太阳光线垂直面上的太阳直接辐射(S)、散射辐射（Sd）和反射辐射（Sr）通量密度根据观测得到的温差电能N及辐射仪器K灵敏度直接换算得到。计算式如下：

S＝N直K直Sd?N散K天Sr?N反K天注意辐射通量密度要换算为法定计量单位w/m2。 2.2. 水平面上太阳直接辐射通量密度计算

水平面上的太阳直接辐射通量密度（Sb）与太阳光线垂直面上的太阳直接辐射(S)及太阳高度角（h）有关。任一时刻h的计算式及Sb与S的换算关系分别为：

sinh?sin??sin??cos??cos??cos?

Sb?S?sinh

式中：φ是纬度，δ表示赤纬，ω为时角，用真太阳日作为基本时间单位。由此式可见，任一时刻的太阳高度角由当地纬度、年、月、日（δ）和所处时刻（ω）决定。要计算某地某一时刻的太阳高度角，还需要将观测时间也就是日常钟表显示的时间换算成公式中需要的真太阳时时角ω。

自1984年起全世界建立了区时制度。经线每隔15°，地方时相差1h，这样将地球表面分成24个时区，我国采用东八区(即中央经线120°E)地平时为全国标准时，称“北京时间”(北京时)。

由于地球自西向东转动，所以东边先见到太阳，即经度不同，同一“北京时间”太阳高度不同。例如：北京经度是116°20′E，天津是117°10′E，即天津位于北京的东面，天津北京时间正午12时比北京太阳高度高。为去除经度影响，根据一地的太阳位置确定该地的地方时，太阳上中天为12时，下中天为零时，以时角表示，经度15°为1h。所以由“北京时”(即120°E的地方时)换算成地方时，按下式计算：

某地方时＝北京时-(120°-当地经度)34分／经度

例：北京时上午9时，上海(121°26′E)的地方时是几时几分?

上海地方时＝9时一(120°－121°26′)34分／经度＝9时05分44秒 由于地方时所示的时间是匀速的，所以叫地平时，而真太阳运动是非匀速的，真太阳运动有时比平均速度快，有时慢，地平时和真太阳时二者之差称时差(n)。时差的计算公式为：

n?T平?T真

时差n只决定于日期(年、月、日)，与地理纬度无关。n有正，负之分，可从天文年历

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查出。由上可见，时间换算经过两个步骤：（1）由“北京时间”换算成地方时；（2）将地方时换算成真太阳时。

例：北京(116°20′E)1996年10月10日北京时12时，求北京的真太阳时是几时几分? （1） 将北京时换算成地方时

北京地方时=12时－(120°－116°20′)34分／经度＝11时46分 （2）将地方时换算成真太阳时

由于时间是1996年10月10日，查附表得n＝+13分。 故真太阳时：11时46分+13分＝11时59分

即1996年10月10日北京时12时，北京(116°20′E)的真太阳时为11时59分。将真太阳时查表可换算为时角（ω）。

根据纬度（φ）、观测年、月、日的赤纬（δ）和观测时刻的时角（ω）计算太阳高度角的正弦，从而由太阳光线垂直面上的太阳辐射通量密度（S）就可以得到水平面上太阳辐射通量密度（Sb）。

例如：求北京（40°N，116°19′E），1958年5月1日15时45分（北京时）的太阳高度角。

第一步求ω值：

（1） 北京时换算为地方时：1545+（116.3－120）34=1530；(2) 地方时换算为真太阳时：从时差表中查得该日时差为+3分，真太阳时=1530+030=1533；(3) 将1533查表换算为时角ω=53.3°。

第二步求δ值：

从太阳倾角表中查得：5月1日δ=15.0° 将φ=40°，δ=15.0°，ω=53.3°代入公式得：

sinh?sin40??sin15??cos40??cos15??cos53.3??0.6092.3. 总辐射通量密度和反射率（r)计算

Sb?S?0.609

总辐射（St）＝水平面上太阳辐射通量密度（Sb）+散射辐射通量密度（Sd） 反射率（r)为某一表面上的反射辐射（Sr）与投射到该表面上的总辐射（St）的比值

四、 仪器的维护

为避免天空辐射表翻转时落地损坏，安装时要固定在辐射观测平台上。保持玻璃罩的清洁，不要使罩内有水汽。若干燥剂失效要及时更换新干燥剂。

五、 复习思考题：

1. 辐射表主要有哪些类型?

2. 如何确定直接辐射表的感应面与太阳直射光线正好垂直?

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实验二 空气温、湿度与土壤温度的观测

一、

实验目的和要求

了解气象常用温度表、温度计的构造原理和安装使用方法，掌握空气温度和土壤温度的观测方法和记录整理方法。了解测定空气湿度的原理，掌握空气湿度的测定、计算与查算方法。

二、 实验仪器、原理

1. 各种液体温度表

液体温度表一般采用水银或酒精作为测温液体，利用水银或酒精热胀冷缩的特性来对温度进行测量。常用的液体温度表有普通温度表、最高温度表和最低温度表。 1.1. 普通温度表

普通温度表的特点是毛细管内的水银柱长度随被测介质的温度变化而变化。常用的普通温度表主要有：（1）干球温度表：干球温度表用于测量空气温度。（2） 湿球温度表:在干球温度表的感应球部包裹着湿润的纱布，因而被称为湿球温度表。干球温度表和湿球温度表配合可测量空气湿度。（3）地面普通温度表:地面普通温度表用于测量裸地表面的温度。 1.2. 最高温度表

最高温度表用来测量一段时间内出现的最高温度。其构造与普通温度表基本相同，不同之处是在最高温度表球部内嵌有一枚玻璃针，针尖插入毛细管使这一段毛细管变得窄小成为窄道，如图2-4所示。

图2-4 最高温度表

升温时，球部水银体积膨胀，压力增大，迫使水银挤过窄道进入毛细管；降温时，球部水银体积收缩，毛细管中的水银应流回球部，但因水银的内聚力小于窄道处水银与管壁的摩擦力，水银柱在窄道处断裂，窄道以上毛细管中的水银无法缩回到感应部，水银柱仍停留在原处，即水银柱只会伸长，不会缩短。因此，水银柱顶端对应的读数即为过去一段时间内曾经出现过的最高温度。为了能观测到下一时段内的最高温度，观测完毕需调整最高温度表，调整方法是：用手握住表身中上部，感应部向下，刻度磁板与手甩动方向平行，手臂向前伸直，离身体约30°的角度，用力向后甩动，重复几次，直到水银柱读数接近当时的温度。调整后放回原处时，应先放感应部，后放表身，以免毛细管内水银上滑。 1.3. 最低温度表

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最低温度表用来测量一段时间内出现的最低温度。最低温度表以酒精作为测温液体。主要特点是在温度表毛细管的酒精柱中，有一个可以滑动的蓝色玻璃小游标，如图2-5所示。当温度上升时，酒精体积膨胀，由于游标本身有一定的重量，膨胀的酒精可从游标的周围慢慢流过，而不能带动游标，游标停留在原处不动；但温度下降时，毛细管中的酒精向感应部收缩，当酒精柱顶端凹面与游标相接触时，酒精柱凹面的表面张力大于毛细管壁对游标的摩擦力，从而带动游标向低温方向移动，即游标只会后退而不能前进。因此，游标远离感应部一端(右端)所对应的温度读数，即为过去一段时间内曾经出现过的最低温度。最低温度观测完后也应调整最低温度表，调整方法是：将感应球部向上抬起，表身倾斜使游标滑动到毛细管酒精柱的顶端。调整后放回原处时，应先放表身，后放感应球部，以免游标下滑。

图2-5 最低温度表

1.4. 曲管地温表和直管地温表

曲管地温表用来测量浅层土壤温度，其球部呈圆柱形，靠近感应部弯曲成135°的折角，玻璃套管的地下部分用石棉等物填充，以防止套管内空气的流动并隔绝其它土壤层热量变化对水银柱的影响。一套曲管地温表有四支，分别测量5、10、15、20cm深度的土壤温度。

直管地温表用来观测40、80、160、320cm等深度的土壤温度。直管地温表是装在带有铜底帽的管形保护框内，如图2-6所示，保护框中部有一长孔，使温度表刻度部位显露，便于读数。保护框的顶端连接在一根木棒上，整个木棒和地温表又放在一个硬橡胶套管内，木棒顶端有一个金属盖，恰好盖住橡胶套管，盖内装有毡垫，可阻止管内空气对流和管内外空气交换，以及防止降水等物落入。

图2－6 直管地温表

2. 自记温度计

自记温度计是自动记录空气温度连续变化的仪器。自记温度计由感应部分(双金属片)、传递放大部分(杠杆)、自记部分(自记钟、纸、笔)组成，如图2-7(a)所示。

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图2-7 自记温度计及其工作原理

自记温度计的感应部分是一个弯曲的双金属片，它由热膨胀系数较大的黄铜片与热膨胀系数较小的铟钢片焊接而成，如图2-7(b)所示。双金属片的一端自记固定在支架上，另一端(自由端)连接在杠杆上。当温度变化时，两种金属膨胀或收缩的程度不同，其内应力使双金属片的弯曲程度发生改变，自由端发生位移，通过所连接的杠杆装置，带动自记笔尖在自记纸上画出温度变化的曲线，如图2-7(c)所示。

自记纸(专用坐标纸)紧贴在一个圆柱形的自记钟筒上，并用金属压纸条固定。温度自记纸上的弧形纵坐标为温度，横坐标为时间刻度线。自记钟和自记纸都有日记型和周记型两种，日记型自记纸使用期限为一天，每天14时更换自记纸；周记型自记纸使用期限为一星期。 3. 毛发湿度计

毛发湿度计是自动记录相对湿度连续变化的仪器。它由感应部分(脱脂人发)、传动机械(杠杆曲臂)、自记部分(自记钟、纸、笔)组成，见图2-8。

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图2-8 毛发湿度计

4. 干、湿温度表

干湿球温度表由两支型号完全一样的温度表组成。一支用于测定空气温度，称干球温度表，另一支球部包扎着气象观测专用的脱脂纱布，并使纱布保持湿润状态，称湿球温度表。自然通风干湿球温度表和通风干湿表较常用。（原理是甚么？？？？？？？） 4.1. “干、湿球法”测定空气湿度的原理

湿球温度表的湿球球部被纱布湿润后表面有一层水膜。空气未饱和时，湿球表面的水分不断蒸发，所消耗的潜热直接取自湿球周围的空气，使得湿球温度低于空气温度(即干球温度)，它们的差值称作“干湿球差”。干湿球差的大小，取决于湿球表面的蒸发速度，而蒸发速度又决定于空气的潮湿程度。若空气比较干燥，水分蒸发快，湿球失热多，则干湿球差大；反之。若空气比较潮湿，则干湿球差小。因此，可以根据干湿球差来确定空气湿度。此外，蒸发速度还与气压、风速等有关。用干湿球法测湿的公式如下：

e?Ew?AP(t?tw)

式中e为水汽压(hPa)，t为干球温度(℃)，即气温，tw为湿球温度（℃），P为本站气压(hPa)，A是与通风速度和温度感应部分的形状有关的测湿系数，根据干湿表型号和通风速度来确定，Ew为湿球温度下的饱和水汽压(hPa)。

只要测得t，tw和P，根据tw值从饱和水汽压表中查得Ew。将它们代入上式就可算出e值，进一步可计算出相对湿度(U)、饱和差(d)、露点温度(td)等湿度物理量。 4.2. 自然通风干湿球温度表

自然通风湿球温度表纱布浸在蒸馏水杯里，使纱布保持湿润状态。干湿球两支温度表垂直悬挂在小百叶箱内的支架上，球部朝下，干球在东，湿球在西。

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干湿表的观测读数方法与气温观测相同。观测时应注意给浸润纱布的水杯添满蒸馏水，纱布要保持清洁。纱布一般每周更换一次，纱布包扎方法如图2-9所示：采用气象观测专用吸水性能良好的纱布包扎湿球球部。包扎时，将长约 lOcm的新纱布在蒸馏水中浸湿，平贴无绉折地包卷在水银球上，纱布的重叠部分不要超过球部圆周的1/4。包好后，用纱线把高出球部上面和球部下面的纱布扎紧，并剪掉多余的纱线。纱布放入水杯中时，要折叠平整。冬季只要气温不低于-10℃，仍用干湿球温度表测定空气湿度。当湿球出现结冰时，为保持湿球的正常蒸发，应将纱布在球部以下2～3mm处剪掉，将水杯拿回室内。观测前要进行湿球融冰。其方法是：把整个湿球

浸入蒸馏水水杯内，使冰层完全融化。蒸馏水水温与室温相当。当湿球的冰完全融化，移开水杯后应除去纱布上的水滴。待湿球温度读数稳定后，进行干、湿球温度的读数并作记录。读数后应检查湿球是否结冰(用铅笔侧棱试试纱布软硬)。如已结冰，应在湿球温度读数右上角记上“B”字，待查算湿度用。 4.3. 通风干湿表

通风干湿表(阿斯曼)的构造如图2-10所示。

图2-9 湿球纱布包扎和冻结时纱布剪掉示意图

图2－10 通风干湿表

1、2．干、湿球温度表 3、4．双重保护管 5．风扇 6．中央圆管 7．三通管 8．外保护板 9．钥匙 10．防风罩11．挂钩 12．玻璃滴管 13．橡皮囊

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两支型号完全一样的温度表被固定在金属架上，感应部安装在保护套管内，套管表面镀有反射力强的镍或铬，避免太阳直接辐射的影响。保护套管的两层金属间空气流通，通风干湿表是野外观测空气温、湿度的常用仪器。

三、 实验内容

1. 仪器安装 1.1 百叶箱仪器

百叶箱是安置测量温、湿度仪器用的防护设备，可防止太阳直接辐射和地面反射辐射对仪器的作用，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能感应外界环境空气温、湿度的变化。百叶箱分为大百叶箱和小百叶箱两种。大百叶箱安置自记温、湿度计，小百叶箱安置干湿球温度表和最高、最低温度表、毛发表。

在小百叶箱的底板中心，安装一个温度表支架，干球温度表和湿球温度表垂直悬挂在支架两侧，球部向下，干球在东，湿球在西，感应球部距地面1.5m高。在温度表支架的下端有两对弧形钩，分别放置最高温度表和最低温度表，感应部分向东。

大百叶箱内，上面架子放毛发湿度计，高度以便于观测为准；下面架子放自记温度计，感应部分中心离地面1.5m。底座保持水平。 1.2 地温表的安装

地面温度表(地面普通温度表、地面最低温度表和地面最高温度表)和曲管地温表，安装在地面气象观测场内靠南侧的面积为234m的裸地上。地面三支温度表水平地平行安放在地面上，从北向南依次为地面普通温度表、地面最低温度表和地面最高温度表，相互间隔5cm，温度表感应球部朝东，球部和表身一半埋入土中，一半露出地面，如图2-11所示。

图2-11 地面温度表安装示意图

图2-12 安装曲管地温表的小沟示意图

曲管地温表安装在地面最低温度表的西边约20cm处，按5、10、15、20cm深度顺序由

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东向西排列，感应部分朝北，表间相隔约10cm，表身与地面成45°的夹角(图2-12)。安装时，先挖一段长度约40cm的沟，沟的北壁(OA)垂直向下，它与东西向的南壁(OB=40cm)成30°的夹角，南壁(OB)随深度挖成与北壁(OA)成45°交角的斜坡面，如图2-12所示。再用卷尺沿沟的南壁量出各地温表的水平位置，在北壁量取所需深度，并在该深度处作一水平小洞穴，然后分别把地温表放入沟内，使感应部嵌入北壁小洞，并检查深度是否准确，最后小心地用土将沟填平。安装好的曲管地温表如图2-13所示。测量的深度越深，表身的长度就越长，以使曲管地温表的刻度部分都能露在地面上，便于观测读数。

图2-13 曲管地温表及安置示意图

直管地温表安置在观测场南边有自然覆盖234m的地段上，与地面最低表和曲管地温表成一直线，从东到西由浅入深排列，彼此间隔50cm。 2. 观测 2.1.

温度表观测

在常规地面气象观测中，温度在每天02、08、14、20时(北京时)进行观测，称为定时观测。最高温度和最低温度每天观测一次，在20时进行，高温季节则在08时。读数后要对最高温度表和最低温度表进行调整，观测地面最低温度后，将最低温度表取回室内，以防爆裂，20时观测前一刻钟将其放回原处。直管地温表只在14时观测一次。

小百叶箱内的观测顺序是：干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表、毛发表、调整最高温度表和最低温度表。大百叶箱是先观测自记温度计，后观测毛发湿度计，读数后均要作时间记号。观测温度表读数时要迅速而准确，尽量减少人为影响。读数时视线应平视。 2.2.

温度计观测

定时观测自记温度计时，根据笔尖在自记纸上的位置观测读数，读数后要作时间记号。方法是轻轻按动一下仪器外侧右壁的记时按钮(如无记时按钮，应轻压自记笔杆在自记纸上作时间记号)，使自记笔尖在自记纸上划一垂线。温度计的误差比较大，只有进行了时间订正与记录订正后的数据才是可用的。

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日转仪器每天换纸，周转仪器每周换纸。换纸步骤如下： (1) 作记录终止的记号(方法同定时观测做时间记号)。(2) 掀开盒盖,拔出笔挡，取下自记钟筒(不取也可以)，在自记迹线终端上角记下记录终止时间。(3) 松开压纸条，取下记录纸，上好钟机发条(视自记钟的具体情况而定，切忌上得过紧)，换上填写好站名、日期的新纸。上纸时，要求自记纸卷紧在钟筒上，两端的刻度线要对齐，底边紧靠钟筒突出的下缘，并注意勿使压纸条挡住有效记录的起止时间线。(4) 在自记迹线开始记录一端的上角，写上记录开始时间，按反时针方向旋转自记钟筒(以消除大小齿轮间的空隙)，使笔尖对准记录开始的时间，拔回笔挡并做一时间记号。(5) 盖好仪器的盒盖。

笔尖及时添加墨水，但不要过满，以免墨水溢出。如果笔尖出水不顺畅或划线粗涩，应用光滑坚韧的薄纸疏通笔缝。疏通无效，更换笔尖。新笔尖先用酒精擦拭除油，再上墨水。更换笔尖要注意自记笔杆的长度必须与原来的长度等长。

如果周转型自记钟一周快慢超过半小时，或日转型自记钟一天快慢超过 lOmin，要调整自记钟的快慢针。自记钟使用到一定期限(一年左右)，要清洗加油。 2.3.

湿度计观测

湿度计的观测、使用同温度计。湿度计读数时取整数，当笔尖超过100％时，估计读数，若笔尖超出钟筒，记录为“－”，表示缺测。 2.4.

地温观测

地温表的观测顺序是：地面普通温度表、地面最高温度表、地面最低温度表、5cm、lOcm、15cm、20cm曲管地温表、调整地面最高、最低温度表、40cm、80cm、160cm、320cm直管地温表。观测地面温度时不能将温度表拿离地面；观测曲管地温表时，要使视线与水银柱顶端平齐，若温度表表身有露水或雨水，可用手轻轻擦掉，但不能触摸感应部位。 2.5.

通风干湿表观测

观测时将通风干湿表挂在测杆上，为与大气候观测资料比较， 必须一个1.5m高度观测资料，其它悬挂高度视要求而定。为使仪器感应部分与周围空气的热量交换达到平衡，使用前应暴露10min以上(冬季约30min)。观测前4～5min(干燥地区2～3min)将湿球纱布湿润，给风扇上足发条，上发条时应手握仪器颈部，发条不要上得太紧。湿球温度读数稳定后开始读数(先干球，后湿球)。读数时要从下风方向去接近仪器，不要用手接触保护管，身体也不要与仪器靠得太近。当风速大于4m/s时，应将挡风罩套在风扇的迎风面上。 3. 《湿度查算表》的查算方法

用干湿表测得干、湿球温度，同时又测得本站气压，就可以用公式计算出e， U，td等湿度要素值。实际工作中，往往使用根据测湿公式编好的《湿度查算表》直接查出各个湿度要素。

中国气象局编制的《湿度查算表》(气象出版社，1980年12月)，可供百叶箱通风干湿表，通风干湿表(阿斯曼)、球状和柱状干湿表(自然通风)等型号干湿表查算。此查算表主要由表1(湿球结冰)，表2(湿球未结冰)及附表2～5组成，附表是不同型号干湿表的湿球温度

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订正值。

湿度查算表的表1和表2每栏居中的数值为干球温度(t)，n为订正参数，根据湿球结冰与否决定使用表1或表2。其它为湿球温度(tw)、水汽压(e)、相对湿度(U)、露点温度(td)、气压(P)，查算时使用本站气压值，个位数四舍五入。

（1）在百叶箱中观测到t、tw值且P=1000hPa，在表2找到相应的t、tw值，可查得e、U、td值。

例1、t=17.7℃，tw=13.3℃，P=1001.1hPa，在表2找到(96页)t=17.7℃，tw=13.3℃时，e=12.3hPa，U=61％，td=10.1℃。

若气压不为1000hPa，则需对湿球温度进行气压订正，然后再查取空气湿度。订正方法是：根据t、tw值找出n值，然后用n和P值在表3中查出湿球温度订正值(Δtw)，再用t和tw+Δtw的值查取e、 U、td值。

例2、t=17.6℃，tw=10.3℃，P=1018.2hPa，在表2（96页）找到t=17.6℃，tw=10.3℃时，n=16。用n值和P=1020hPa在表3（214页）查得△tw=-0.1℃，用t=17.6℃， tw+△tw=10.3-0.1=10.2℃在表2查得P=7.5hPa，U=37％，td=2.9℃。

（2）当t<0，tw<0，且湿球未结冰也使用表2查找P，U，td值。

例3、t=-1.8℃，tw=-5.8℃，P=1017.3hPa，在表2(47页)找到t=-1.8℃；，tw=-5.8℃时，n=14，用n值和P=1020hPa在表3查得△tw=-0.1℃，再用t=-1.8℃，tw+Δtw=-5.8-0.1=-5.9℃从表2查得e=1.2hPa，U=22％，td=-20.5℃。

（3）当湿球结冰时，使用表1查算。查算方法与湿球未结冰相同。 （4）用通风干湿表测得t、tw值，需使用附表2。

例4、t=20.5℃，tw=14.8℃，P=1043.0hPa由表2(108页)查得n=11，再用n值和P=1040查附表2(241页)得Δtw=-0.1℃，用t=20.5℃，tw+△tw=14.8-0.1=14.7℃，再查表2(108页)，得e=12.8hPa，U=53％，td=10.7℃。

使用其它型号干湿表的测定值查算湿度的方法详见湿度查算表。

四、 温度表断柱的维修方法：

当温度表水银(或酒精)发生断柱时，可用撞击法和加热法两种方法修理。 1. 撞击法

用手握住球部，使之处于掌心，将握住球部的手在其他较软的东西上面撞击，撞击时手握球部要稳，表身要保持垂直。也可用一只手握住表的中部并使球部朝下，然后用握表的手腕在另一手掌上撞击。手握表松紧要适宜，撞击时应保持表身垂直。 2. 加热法

只适用于毛细管顶管空腔较大且中断部位离空腔较近的水银温度表。其方法是先盛半杯冷水，将温度表球部插入水中，缓缓加入热水，使温度逐渐上升，直至水银丝上部中断部分及气泡全部升入空腔后，轻轻震动温度表上部，气泡即可升至顶端。在操作中加热不能太快，尤其当水银丝快接近空腔时，更应缓慢。当水银充满空腔的1／3时，不宜再升高温度，否

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则会引起球部破裂。中断排除后，应迅速甩动温度表，将气泡完全排除。处理后应放置一段时间再使用。

五、 实习作业

1. 在气象观测场内进行规范的空气温度与地面温度的观测，做好记录并进行器差订正。 2. 绘图说明最低温度表所显示的最低温度.

3. 根据所测土壤温度绘制土壤温度的垂直廓线图，并分析其特点。 4. 将测湿的记录附在实习报告上。

5. 根据所测数据计算各空气湿度要素值。分析20cm与150cm空气相对湿度变化特征及形

成原因。

六、 复习思考题

1. 百叶箱的作用是什么?

2. 最高温度表与最低温度表为什么可以测出某一时段的最高温度与最低温度? 3. 试述“干湿差法”的测湿原理。

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二. 城市小气候观测

1. 观测的目的、任务

城市气候是由于城市下垫面的存在而产生的独特局地气候特点。城市中高大的建筑物，密集的公用设施、厂房、住宅和纵横交错的街道所构成的特殊下垫面，以及在人们的生活、生产活动中排放的大量废气、废液、废渣和燃烧时放出的人为热等因子影响，使得城市本身的气候状况与城郊开旷地区相比发生很大差异。城市气候研究，包括城市布局与气候的关系，城市气候与郊区气候的差异，大气污染对城市气候的影响，城市气候的成因、特点及其对居民健康的影响以及城市气候改良途径和方法等。 2. 观测项目 2.1. 城市本身气候

空气微尘形成的雾障，辐射强度、日照时数、风的特点、气团停滞现象、城市的风系、降水，随着城市范围扩大而引起的升温等 2.2. 城市区域气候

行政区、居民区、工业区、绿化区与非绿化区、市中心和郊区的气候特点和差异； 2.3. 不同走向街道的气候

街道走向、宽度、街道与太阳的相对位置、风向、中心广场四周的建筑高度和位置、街心公园等的气候特点。 3. 观测方法

城市气候的观测方法即不同于一般的大气候方法，也不同于野外小气候考察，而是根据城市本身的特点综合利用这两种方法。

（1） 利用城市和郊区原有气象（气候）台站长期观测资料；

（2） 在市内和城外建立若干个固定测点组成的观测网，进行以年为周期的较长时间观测，以求得城市内外的系统观测资料；

（3） 选定的季节和时间，在市内和城郊建立若干个基本点和辅助点进行有针对性的短期观测；

（4） 按照路线考察方法，沿事先选定的路线进行定期考察。

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第三节 常规自动气象站观测系统

农业、林业、交通、体育、航空、生态建设、环境评价监测、能源建设特别是风力和水力发电等迫切需要气象资料观测、传输和储存自动化；科学研究对气象资料的需求越来越多，数值天气预报更需要增加气象台站的密度，电子、通讯工程的发展，为自动气象站的数据收集和传输提供了平台，目前，世界许多国家的自动气象站观测系统已经具有相当的规模。

自动气象观测最基本的观测内容包括：空气温度、湿度、气压、风向风速和降水五大气象要素，中型规模的自动气象观测系统还包括地温、能见度和辐射能分量。

一. 测量仪器及原理

自动气象站的测量元件为传感器。

温湿度传感器用来同时测量空气温度和相对湿度，安装于圆形百叶板防辐射罩内。测温元件是铂电阻传感器；测湿元件是聚合物薄膜电容传感器。铂导体电阻值随温度升高而增加。

自动气象站的测气压元件有电容式金属膜盒、硅单晶膜盒、硅单晶压敏片等。自动气象站压力传感器的工作原理是基于一个先进的RC振荡电路和三个参考电容。气压传感器安装于机箱内，通过静压管与外界大气相通。

风向风速一般为光电传感器，将光信号转换为电信号。风向信号的发生装置是由风标转轴连接一个风标带动的光码盘组成，随着风向标的转动光码盘下的光电管接收到的电码发生变化；测量风速的锥形风杯转动带动截光盘随轴转动，截光盘切割红外光束，从而由光电晶体产生出一个脉冲链，输出的脉冲速率与风速成正比。

自动气象站的测雨计，几乎都是采用翻斗式雨量计，随着翻斗间歇翻转动作，带动开关，发出一个个脉冲信号，将非电量转换成电量输出。

地温传感器与气温传感器原理相同，测量原理是铂导体电阻值随温度升高而增加。 蒸发传感器由超声波传感器和不锈钢圆筒架组成。根据超声波测距原理，选用高精度超声波探头，对标准蒸发皿内水面高度变化进行检测，转换成电信号输出。

辐射传感器工作原理基于热电效应，感应件由感应面和热电堆组成。当涂黑的感应面接收辐射增热时，温度升高，它与另一面的冷接点形成温差电动势，该电动势与辐射强度成正比。

与其它辐射表不同净辐射表有上下两个感应面，感应件由上下两片涂黑感应面和热电堆组成。上下感应面接收不同的辐射量，是热电堆上下端产生温差而输出与净辐射成正比的电量。由于净辐射测量0.3～100μm波长的全波段的光辐射，所以感应面外罩为上下两个半球型聚乙烯薄膜罩，能透过短波辐射和长波辐射。上表面测量由天空（包括太阳和大气）向下的透射，下表面测量由地表（包括土壤、植物、水面等）向上投射的全波段辐射量，且自动输出上下表面测量值之差。

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二. 数据采集系统

数据采集系统由采集板构成，并配以通道防雷板、电源控制器、通信变换器等部件。其主要功能是将传感器元件探测到的信息进行摄取、处理，并转化为统一的数字信号。数据采集器一般有模拟通道、数字通道、计数器通道。

其中模拟通道可采集电压、电流、电阻和频率信号；数字通道可采集数字量、开关量等；计数通道可采集数字累计量或作为计数脉冲输出。通过各种通道的组合使用，可采集各种传感器信号。例如，通过模拟通道采集辐射传感器的电压信号、气温和地温传感器电阻信号；通过计数通道采集雨量传感器数据等。

三. 数据传输系统

经过数据采集系统数字化后的数据，通过RS232接口输出，输出后的数据通过通信转换器发送到主控计算机，一般遥测主控机与采集器通信距离可达2km。

四. 软件系统

自动气象站采集通讯软件是自动气象站与计算机的接口软件，将传输系统发送到计算机的数据，通过此软件实现实时数据监测、终端维护、自动气象站数据文件传输和参数设置等功能。再通过与地面气象测报业务软件挂接，可以实现气象台站各项地面气象测报业务的处理。由将自动气象站需要地面气象测报业务软件，完成管理设置、自动站数据采集编报、数据维护、报表处理等功能。

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实验三 气压、风、降水和蒸发的观测

一. 实验目的和要求

了解测定气压、风常用仪器构造、原理和使用方法。掌握水银气压表、空盒气压表气压读数订正及求算本站气压方法。掌握风的观测资料整理和分析方法。了解降水量、降水强度划分，掌握各种雨量器的构造、原理和使用方法。了解蒸发量的概念，掌握蒸发器的构造、原理和使用方法。

二. 实验仪器、内容

实验仪器：水银气压表、空盒气压表；EL型电接风向风速计、三杯轻便风向风速表；雨量器、虹吸式雨量计、翻斗式雨量计；小型蒸发器。

实验内容：测量当时所在地点的气压，求算本站气压；观测风向、风速，练习三杯轻便风向风速表的安装及实时观测；降水量和蒸发量的实时观测。 1. 气压测定

测定气压的仪器，主要有液体气压表，包括动槽式和定槽式水银气压表；空盒气压表和气压计等。根据观测目的不同，可选择不同的气压仪器进行观测。 1.1. 水银气压表

水银气压表是性能稳定，精度较高的气压测定仪器。它是用一根一端封闭的玻璃管装满水银，开口一端倒插入水银槽中，管内水银柱受重力作用而下降，当作用在水银槽水银面上的大气压强与玻璃管内水银柱作用在水银槽内水银面上的压强相平衡时，水银柱就稳定在某一高度上，这个高度即表示出当时的气压。常用水银气压表有动槽式（福丁式）和定槽式（寇鸟式）两种。 1.1.1.

动槽式（福丁式）水银气压表

动槽式水银气压表主要由玻璃内管、外部套管和读数标尺及水银槽三部分组成，构造如图2-14。在水银槽的上部有一象牙针，针尖位置为刻度标尺的零点。每次观测必须按要求将槽内的水银面调至象牙针尖的位置。

内管是一直径约8mm，长约900mm的玻璃管，顶端封闭，底端开口，开口处内径成锥形，经过专门的方法洗涤干净并抽成真空后，灌满纯净的水银，内管装在气压表的外套管中，开口的一端插在水银槽中。

外套管是用黄铜制成的，起保护作用与固定内管的作用，其上部刻有毫米的标尺，上半部前后都开有长方形的窗孔，用来观测内管水银柱的高度，调整螺丝能使游尺上下移动，标

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尺和游尺分别用来测定气压的整数和小数，套管的下部装有一支附属温度表，其球部在内管与套管之间，用来测定水银及铜套管的温度。

水银槽分为上下两部分，中间有一个玻璃圈，并用三根吊环螺丝扣紧。水银槽的上部主要是一个皮囊，是用很软的羊皮制成，其特性是能通气而不漏水银。用来指示刻度零点的象牙针固定在木杯的平面上，其尖端向下。槽的下部是一个圆袋状皮囊，囊外有一铜套管，铜套管底盘中央有一个用以调节水银面的调节螺丝。

(a)气压表外形构造 (b)气压表槽部

图2－14 动槽式水银气压表

1.1.2. 定槽式（寇鸟式）水银气压表

定槽式水银气压表构造上也分内管，套管和水银槽三部分。内管和套管构造大体与动槽式相同。槽部用铸铁或铜制成，内盛定量水银。槽顶有一气孔螺丝，空气通过此螺丝的空隙与槽内水银面接触，它与动槽式水银气压表不同处是刻度尺零点位置不固定，槽部无水银面调整装置。因此，采用补偿标尺刻度的办法，以解决零点位置的变动。 1.2. 水银气压表的安装

将气压表安置在室内气温变化小，阳光充足又无太阳直射的地方，垂直地悬挂在墙壁或柱子上。室内不得安置热源如暖气和炉灶等，也不得安置在窗户旁边。不要震动气压表。安

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装前，应将挂板或保护箱牢固地固定在准备悬挂该表的地方，再小心地从木盒中取出气压表，槽部在下。然后先将槽的下端插入挂板的固定环里，再把表顶悬环套入挂钩中，使气压表自然垂直后，慢慢旋紧固定环上的三个螺丝(不能改变气压表的自然垂直状态)，将气压表固定。最后旋转槽底部螺旋，使槽内水银面下降到象牙针尖稍下的位置为止。安稳3个小时后，才可以观测使用。

1.3. 水银气压表观测方法及步骤 1.3.1.

观测

观测附属温度表，精确到0.1℃；调整水银面与象牙针恰好相接，水银面上既无小涡(如有小涡，则表示水银面高了)，也无空隙。调整动作要轻，使水银面自下而上缓慢升高；调整游尺恰好与水银柱相切。调整时要注意保持视线与水银柱同高，从上往下调。使游尺前后下缘与水银柱凸顶点刚好相切，这时在顶点两旁可以看到三角形空隙。读数并记录。先在标尺上读取整数，后在游尺上读取小数，以毫米(或 hPa)为单位。精确到0.1，记入气压读数栏内。降下水银面，读数复验后，旋转槽底调节螺丝使水银面离开象牙针尖约2～3mm。 1.3.2.

读数订正

水银气压表的读数，只表示观测时所得的水银柱高度。一方面，由于气压表的构造技术条件限制会产生一些仪器误差；另一方面，由于气压表并不是总在标准情况下使用，即使气压相同，也会因温度和重力加速度的不同，水银柱高度不一样。因此，水银气压表的读数要经过仪器误差、温度差、纬度重力差和高度重力差的订正才是本站气压。

(1) 仪器差订正：从该气压表的检定证中查取仪器差订正值，然后与气压读数相加，得出经过仪器差订正后的气压值。

(2) 温度差订正：用经过仪器差订正后的气压值和附属温度值，从《气象常用表》(第2号)第一表中查取温度差订正值。附属温度在0℃以上时，订正值为负；附属温度在0℃以下时，订正值为正。温度差订正值与经过仪器差订正的气压值相加，得出经过温度差订正后的气压值。

(3) 重力差订正：重力差订正包括纬度重力差订正和高度重力差订正两方面。纬度重力差订正是用经过温度差订正后的气压值与本站纬度，从《气象常用表》(第3号)第一表中查取纬度重力差订正值。测站纬度大于45o者，订正值为正；小于45o者订正值为负。高度重力差订正是用经过温度差订正后的气压值与本站水银槽海拔高度值，从《气象常用表》（第3号）第二表中查取重力差订正值。海拔高度高出海平面者，订正值为负；低于海平面的，订正值为正。上述两项订正值，合称重力差订正值。重力差订正值与经过温度差订正后的气压值相加即为本站气压值。

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1.4. 空盒气压表 1.4.1.

仪器构造

空盒气压表是利用空盒弹力与大气压力相平衡的原理制成的。该仪器具有便于携带，使用方便，维护容易等特点，多用于野外观测使用。空盒气压表由感应部分、传递放大部分和读数部分组成。如图2－15所示。

a 外形 b内部结构

图2－15 空盒气压表

1. 空盒组 2.连接杆 3.中间轴 4.拉杆 5.链条 6.滚子 7.游丝 8.指针轴 9.指针

l0.刻度盘 11.附属温度表 12.调节器 13.调节螺丝 14.安装螺丝

感应部分是一组有弹性的密闭圆形金属空盒。盒内近似真空，空盒组的一端与传递放大部分连接，另一端固定在金属板上。传递放大部分是由传动杆、水平轴、拉杆、游丝和指针等组成，该装置能将感应部分的微小变形放大1000倍以上，并带动指针指示出气压值。读数部分由指针、刻度盘和附属温度表组成。根据指针在刻度盘上的位置可读出当时的气压值，附属温度表的读数用来对当时的气压值进行温度订正。 1.4.2.

观测方法

打开盒盖后，先读附温，精确到0.1℃，然后轻敲盒面(克服机械摩擦)，待指针静止后再读数。读数时视线垂直于刻度盘，读取指针尖端所指示的位置，精确到0.1hPa。 1.4.3.

读数订正

读数订正包括刻度订正、温度订正和补充订正三部分。

(1) 刻度订正:刻度订正值可以从气压表仪器检定证中读取，如果读出的气压值在检定证中没有列出的，可以用内插法计算(精确到小数一位)；

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(2) 温度订正：由于温度变化，引起空盒弹性发生改变，所以应进行温度订正。温度订正值的计算公式为ΔP=αt。式中α为温度系数，即温度改变l℃时，空盒气压表的示度改变值，可在检定证中查得；t为附温读数；

(3) 补充订正：空盒气压表须定期与标准水银气压表进行比较，求出由于空盒气压表的残余变形所引起的误差后，才是准确的本站气压值。补充订正值在检定证书上可以查到，但该值使用不能超过六个月，超过时必须重新进行检定。使用新的订正值。

空盒气压表的读数经过上述三项订正后，才是准确的本站气压值。 即：本站气压=气压表读数+刻度订正+温度订正+补充订正。

例如：某空盒气压表附温20.8℃，气压读数为755.6mm，求本站气压。 刻度订正值由检定证表查得为-0.2mm；

温度订正值=αt =-0.07320.8=-1.5mm（α由检定证表查得）； 补充订正值由检定证查得为1.3mm。

则三项订正值=（-0.2）+（-1.5）+（+1.3）=-0.4mm。 本站气压（P）=755.6mm-0.4mm=755.2 mm=1006.9 hPa。 2. 风的观测 2.1. 观测项目

风是矢量，所以风的观测包括风向和风速两部分，由于风的阵性特点，风向、风速的仪器测定和资料使用上，有瞬时值和平均值两种。

风向：指风吹来的水平方向，以十六方位表示。有时也用度数表示风向，以北为0°，南为180°，西为270°，再回到北360°，如图2－16，风向缩写如表2－1。

图2－16 风向方位图

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表2－1 风向缩写表

风 向 北东北 东北 东东北 东 东东南

缩 写 风 向 缩 写 SE SSE S SSW SW

风 向 西西南 西 西西北 西北 北西北

缩 写 WSW W NW NNW

风 向 北 静风

缩 写 N C

NNE 东南 NE ENE E ESE

南东南 南 南西南 西南

WNW

风速：单位时间风的水平运动距离。单位为m/s。 2.2. EL型电接风向风速计

电接风向风速计是目前台站普遍使用的有线遥测仪器，是一种既可观测平均风速，又可以观测瞬时风速并能自动记录的仪器。 2.2.1.

构造与工作原理

EL型电接风向风速计由感应器、指示器、记录器组成。如图2－17和2－18所示。

图2-17 EL型电接风向风速计感应部分

1．风杯压帽 2．风杯 3．风杯固定螺钉 4．风速表 5．风速表固定螺钉 6．风标座 7．平衡锤 8．锤臂固定螺钉 9．风向尾叶 10．风向尾叶固定螺钉 11．风向接触器

12．防水插头座 13．电缆 14．指南 15．底座 16．底座固定螺钉

(1) 感应器安装在室外塔架上，分为风速表和风向标两部分。风速表安装在风向标的上面，用螺丝固定。风向标的底座上有一个防水插入座，通过电缆与室内的指示器和记录器相通。

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(2) 风速表由电接部分和发电机部分组成。当风杯转动时,风杯轴同时还带动磁钢在锭子线圈中转动，线圈上产生交流电动势，其数值基本上与风速成正比。风速越大，磁钢转动越快，锭子线圈两端产生的交流电压越高，电流就越大。根据这个原理就可以通过电流值的大小间接测出风速的大小；风杯转动则风速电接簧片的一端在凸轮表面上滑动。风杯转过80圈后，完成一次电接，代表风程200m，风速越大，风杯转得越快，单位时间内电接的次数就越多。由于每吹过200m风程(风杯转过80圈)，接点就接触一次，记录器风速笔尖就在自记纸风速坐标上向上(或向下)移动1／3格，接触3次移动一个格，代表风速lm／s。根据笔尖lOmin内在自记纸上移动的格数就可以求出当时的平均风速。

图2－18 EL型电接风向风速计指示器和记录器

（3） 指示器由电源、瞬时风向指示盘、瞬时风速指示盘等组成。其中瞬时风速指示部分包括一个小型交流发电机和一个直流电流表，在直流电表上面刻有0～20m／s和0～40m／s两行刻度，用来观测瞬时风速。

（4） 记录器由风速记录、风向记录、笔挡、自记钟、电路接线板等五部分组成，可自动记录风向、风速。 2.2.2.

安装

感应器应安装在牢固的高杆或塔架上，并附设避雷装置。风速感应器(风杯中心)距离地面高度10～12m；若安装在平台上，风速感应器距平台面(平台有围墙者，为距离围墙顶)6～8m，且距离地面不得低于10m。感应器中轴应垂直，方位指南杆指向正南，应在高杆或塔架正南方向的地面上，固定一个小木桩做标志。指示器、记录器应平稳地安装在室内桌面上，

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用电缆与感应器相连接。电源使用交流电(220V)或干电池(12V)。若使用干电池，应注意正负极不要接错。 2.2.3.

观测与记录

打开指示器的风向、风速开关，观测两分钟内风速指针摆动的平均位置，读取整数。记入观测簿相应栏中。风速小时，把风速开关拨在“20”档，读0～20m／s的标尺；风速较大时，把开关拨在“40”档，读取0～40m／s标尺。在观测风速的同时，观测风向指示灯，读两分钟内的最多风向，按十六方位缩写记载。静风时，风速记为0，风向记为C，平均风速大于40m／s，记为>40。做日合计、日平均时，按40m／s统计。 2.2.4.

自记纸的更换与统计

自记纸的更换方法、步骤与温度计基本相同。不同点是笔尖在自记纸上作时间记号采用下压风速自记笔杆的方法。换纸后，不必做逆时针法对时。对准时间后必须将钟筒上的压紧螺帽拧紧。

整理自记纸时，首先进行时间差订正：以实际时间为准，根据换下自记纸上的时间记号，求出自记钟在24h内的计时误差，按此误差分配到每个小时，再用铅笔在自记线上做出各正点的时间记号。当自记钟在24h的误差≤20min时，不必做时间差订正。但要尽量找出造成误差的原因，然后消除。记录风速时，计算正点前十分钟内的风速，按迹线通过自记纸上水平分格线的格数(1个格相当于1.0m/s)来计算。风速划平线时，记为0.0，同时风向记C。风向自记部分每2min记录一次风向，故lOmin内头尾共有五次记录(划线)。在五次记录中，取其出现次数最多的风向，作为该lOmin的平均风向。如最多风向有两次出现次数相同，应舍去最左面的一次划线，而在其余的四次划线中挑选；若仍有两个相同，再舍去左面一次划线，按右面的三次挑选。如五次划线都是不同的方向，则以最右面的一次划线作为该时间的记录。

2.3. 三杯轻便风向风速表

三杯轻便风向风速表，是测量风向和一分钟内平均风速的仪器，适用于野外等流动观测。 2.3.1.

构造及工作原理

三杯轻便风向风速表由风向部分(包括风向标、方位盘制动小套)，风速部分(包括十字护架、风杯、风速表主体)和手柄三部分组成。如图2-19所示。当压下风速按钮，启动风速表后，风杯随风转动，带动风速表主机内的齿轮组，指针即在刻度盘上指示出风速。同时，时间控制系统开始工作，待一分钟后，自动停止计时，风速指针也停止

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图2-19 三杯轻便风向风速表

转动。指示风的方位盘，系一磁罗盘，当自动小套管打开后，罗盘按地磁子午线的方向稳定下来，风向标随风摆动，其指针即指当时的风向。 2.3.2.

观测方法

（1） 观测时将仪器带至空旷处，观测者站在仪器的下风方手持仪器，高出头部并保持垂直，风速表刻度盘与当时的风向平行；然后，将方位盘制动小套向右旋转一角度，使方位盘制动小套按地磁方向稳定下来，注视风向约两分钟，以摆动范围的中间位置记录风向。 （2） 观测风速时，待风杯旋转约半分钟，按下风速按钮，启动仪器。一分钟后，指针自动停转，读出风速示值，将此值从风速订正曲线图中查出实际风速(保留一位小数)，即为所测的平均风速。

（3） 观测完毕，将方位盘制动小套左转一小角度，借弹簧的弹力，小套管弹回上方，固定好方位盘。 3. 降水和蒸发的观测

降水量是指从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)降水，未经蒸发、渗透、流失而积聚在水平面上的水层深度。以毫米(mm)为单位，保留一位小数。单位时间内的降水量，称为降水强度(mm／d或mm／h)。按降水量强度的大小可将雨分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等。降雪也分为小雪、中雪和大雪。 3.1.

降水量的测定

测定降水的仪器有雨量器、虹吸式雨量计和量雪尺、称雪器等。 3.1.1.

雨量器

（1） 雨量器构造

图2-20 雨量器和雨量杯

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雨量器为一金属圆筒，目前我国所用的是筒直径为20cm的雨量器，包括承水器、漏斗、收集雨量的储水瓶和储水筒，并配有专用雨量杯。它们的构造如图2-20所示。

雨量器承水器口做成内直外斜的刀刃形，防止多余的雨水溅入，提高测量的精确性。冬季下大雪时，为了避免降雪堆积在漏斗中，被风吹出或倾出器外，可将漏斗取去或将漏斗口换成同面积的承雪口使用。雨量杯是一个特制的玻璃杯，刻度一般从0到10.5mm，每一小格代表0.1mm，每一大格为lmm。 (2) 雨量器的安装

雨量器安置在观测场内，避免四周仪器及障碍物影响。器口距地面高度70cm，并应保持水平。冬季积雪较深地区，应在其附近装一备份架子。当雨量器安装在此架子上时，器口距地高度为1.0～1.2m。在雪深超过30cm时。就应把仪器移至备份架子上进行观测。 (3) 观测和记录

每天08，14，20，02时进行观测。在炎热干燥的日子，降水停止后要及时进行补充观测，以免蒸发过速，影响记录。观测时把储水瓶内的水倒入量杯中，用食指和拇指夹住量杯上端，使其自由下垂，视线与凹月面最低处平齐，读取刻度数，精确到0.1mm，记入观测簿。当没有降水时，降水量记录栏空白不填；当降水量不足0.05mm或观测前确有微量降水，但因蒸发过速，观测时已经没有了，降水量应记0.0。冬季出现固态降水时，须将漏斗和储水瓶取出，直接用储水筒容纳降水。观测时将储水铜盖上盖子，取回室内，待固态水融化后，用雨量杯量取或用台秤称量。 3.1.2.

虹吸式雨量计

虹吸式雨量计能够连续记录液体降水的降水量，所以通过降水记录可以观测到降水量、降水的起止时间、降水强度。 (1) 虹吸式雨量计的构造

气象台站所用的虹吸式雨量计的承水器直径一般为20cm。虹吸式雨量计的构造如图2-21所示。

降雨时雨水通过承水器、漏斗进入浮子室后，水面升高，浮子和笔杆也随着上升。随着容器内水集聚的快慢，笔尖在自记纸上记出相应的曲线，表示降水量及其随时间的变化。当笔尖到达自记纸上限时(一般相当于lOmm或20mm降水量)，器内的水就从浮子室旁的虹吸管排出，流入管下的标准容器中，笔尖即落到0线上。若仍有降水，则笔尖又重新开始随之

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图2-21 虹吸式雨量计

上升。降水强度大时，笔尖上升得快，曲线陡；反之，降水强度小时，笔尖上升慢，曲线平缓。因此，自记纸上曲线的斜率就表示出降水强度的大小。由于浮子室的横截面积比承水器筒口的面积小，因此自记笔所画出的降水曲线是经过放大的。 (2) 虹吸式雨量计的安装

虹吸式雨量计应安装在观测场内雨量器的附近。接水器口离地面高以仪器自身高度为准，器口应水平，并用三根纤绳拉紧。

安装时把雨量计外壳安在埋入土中的木柱或水泥底座上，然后按以下顺序安放内部零件。将容器放在规定的位置上，使管子上的漏斗刚好位于接水器流水小管的下面。再旋紧台板下的螺丝，将容器紧紧固定。将卷好自记纸的钟筒套入钟轴上，注意钟筒下的齿轮与座轴上的大齿轮衔接好。将虹吸管短的一端插入容器的旁管中，使铜套管抵住连接器。 (3) 虹吸式雨量计的观测、记录方法

使用时，将自记钟上好发条，装上自记纸，给自记笔尖上好墨水，并将笔尖置于自记纸的“0”刻度线上。从自记纸上读取降水量，并将读数记入观测簿相应栏中。在寒冷季节，若遇固体降水，凡是随降随化者，仍照常读数和记录。若出现结冰现象，仪器应停止使用，并在观测簿备注栏注明。同时将浮子室内的水排尽，以免结冰损坏仪器。

自记纸的更换：无降水时，自记纸可连续使用8～lOd，每天于换纸时间加注1.0mm水量，使笔尖抬高笔位，以免每日的迹线重叠。转过钟筒，重新对好时间；有降水时(自记迹线≥0.1mm)时，必须在规定时间换纸，自记记录开始和终止的两端须作时间记号，方法是：轻抬固定在浮子直杆上的自记笔根部，使笔尖在自记纸上划一短垂线。若记录开始或终止时有降水，则应用铅笔作时间记号；当自记纸上有降水记录，但换纸时无降水，则在换纸时作人工虹吸(注水入承水器，产生虹吸)，使笔尖回到“0”线位置。若正在降水，则不作人工虹吸。

自记纸的整理:凡是24h自记钟记时误差达一分钟或以上时，自记纸均须作时间差订正。以实际时间为准，根据换下自记纸上的时间记号，求出自记钟在24h内记时误差的总变量，将其平均分配到每个小时，再用铅笔在自记迹线上作出各正点的时间记号。在降水微小的时候，自记纸上的迹线上升缓慢，只有在累积量达0.05mm或以上的那个小时，才计算降水量。其余不足0.05mm的各时栏空白。 3.1.3.

翻斗式遥测雨量计

翻斗式遥测雨量计是雨量自记仪器．它可测量及记录液态降水量，降水起止时间和降水强度。采用有线遥测，观测方便。 （1） 仪器构造和原理

翻斗式遥测雨量计由感应器和记录器等部分组成（图2-22、图2-23）。

感应器主要由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧开关等构成。雨水由承水器汇集，经漏斗进入上翻斗。当上翻斗承积的降水量为某一数值时，上翻斗倾倒，降水经汇集

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斗节流铜管流入计量翻斗。当计量翻斗承积的降水量为0.1mm时，计量翻斗把降水倾倒入计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，磁簧对干簧管扫描一次，干簧管因磁化而闭合一次。这样，降水量每达到0.1mm时，就送出一个闭合一次的开关信号。

图2-22 翻斗式遥测雨量计感应器 图2-23 翻斗式遥测雨量计记录器

记录器由计数器、电磁步进记录笔组、自记钟及控制线路板等构成。当感应器送来一个脉冲讯号，电磁铁即吸动一次。棘爪推动棘轮前进一齿，并使进给轮跟着旋转，进给轮带动履带沿靠块运动，履带则带动自记笔记录。在电磁铁吸动100次后，自记笔与履带脱开，自记笔由上下落，回到自记纸的“0”线，再重新开始记录，就能不断记出阶梯式的自记记录线来。面板上的笔位按钮和粗调轮都是调整笔尖位置用的。按动笔位按钮一次，自记笔跳上一格。如需在较大范围内调整笔位可旋转粗调轮。自记钟和自记纸与一般自记仪器相同。 （2） 翻斗式遥测雨量计的安装

仪器安装前，应对感应器和记录器进行检查。注意当上翻斗处于水平位置时，漏斗进水口应对准其中间隔板；检查记录器时，插上控制线路板，将阻尼油（30号机油）注满阻尼管，接上电源，用短导线在信号输入接线柱上断续进行短接，此时，记录计数应能同时工作。然后装上自记纸，用电缆线将感应器和记录器连接，把计量翻斗与计数翻斗倾向于同一方，将自记笔位调到零位，按动回零按钮，将计数回“0”。

将清水徐徐注入承水器漏斗，随时观察计数翻斗翻动过程中有无不发或多发信号的情况，并注意计数器的数值和自记纸上的数值是否任何时候都相等（允许差0.2mm）。当笔尖第三次到达10mm（履带转一圈为30mm）时，自记笔必须下落到零位。然后注入60-70mm的水量，如无不发生或多发信号现象，且计数器与自记纸上的数值符合，说明仪器正常，否则需检修调节．

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感应器安装在观测场内，底盘用三个螺钉固定在混凝土底座或木桩上，要求安装牢固，器口水平。电缆接在接线柱上并从筒身圆孔中引出，电缆可架空或地下敷设。

记录器安置在室内稳固的桌面上，避免震动。为保持记录的连续性，应同时接上交流（220V）和直流（12V）电源。 （3） 翻斗式遥测雨量计的观测和记录

降水量可从记录器上读取和记录，自记纸记录供整理各时雨量及挑选极值用。遇固态降水，凡是随降随化的，仍照常读数和记录。否则，应将承水器口加盖，仪器停止使用，待有液态降水时再恢复使用。自记纸的更换与虹吸式雨量计类似。 3.2.

蒸发量的观测

由于蒸发而消耗的水量即蒸发量。气象台站测定的蒸发量是指一定口径的蒸发器中的水因蒸发而消耗的厚度，单位为mm，精确到0．1mm。常用的蒸发测量装置为小型蒸发器。 3.2.1.

仪器构造与安装

小型蒸发器如图2-24所示，由一直径20cm、高10cm的金属圆盆和一铁丝罩组成。圆盆口缘镶有铜圈，内直外斜，呈刀刃状，作用是分离雨水。铁丝罩罩在圆盆口缘上，作用是防止鸟兽饮水。

图2-24 小型蒸发器及蒸发罩

小型蒸发器安放在雨量筒附近。要求终日能受到光照，口缘距离地表70cm，器口水平。冬季积雪较深时参照雨量筒。 3.2.2.

观测记录

每天20时观测，首先测量并记录经过24h后蒸发器内剩余水量(即余量)，然后重新注入20mm清水(即原量)，蒸发旺盛时可增加至30mm，并记入第二天观测簿原量栏。

20时获得的24h蒸发量=原量+前24h降水量－余量。

如果蒸发器内水蒸干，则记为>20.0mm(或>30.0mm)。结冰时用称量法测定，一般季节采用量杯量或称量均可。如果结冰后表面有尘沙，则应除去尘沙再称量。有降水时应去掉铁丝

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罩；有强烈降水时应随时注意从器内取出一定水量。以防溢出。取出的水记录为该日的余量。

三. 仪器维护及注意事项

1. 动槽式气压表的维护

动槽式气压表槽内水银面产生氧化物时，应及时清除，经常保持气压表的清洁。气压表必须垂直悬挂，定期用铅垂线在相互成直角的两个位置上检查校正。 2. 空盒气压表的维护

该仪器工作时必须水平放置，防止由于任意方向倾斜造成的仪器读数误差。仪器必须放在空气流通，没有腐蚀气体的室内。定时检定，补充订正值使用不可超过六个月。 3. EL型电接风向风速计的维护

因感应器与指示器是配套检定的，所以在撤换仪器时二者要同时成套撤换。电源(串联的干电池)电压如已低于8．5v，就不能保证仪器的正常工作，应全部调换新电池。如风向划线后笔尖复位超过基线过多，可能造成判断错误，应向里调节笔杆上的压力调整螺钉，加大笔尖压力。如划线后回不到基线上，有起伏，应调节螺钉减小笔尖压力。风向方位块应每年清洗一次。如发现风向灯泡严重闪烁，或时明时灭，要及时检查感应器内的风向接触簧片的压力和清洁方位块表面。更换风向灯泡时，要用同样规格的(6～8V，0．15A)的灯泡。五个笔尖不在同一时间线上时，应首先调整好风速笔尖在笔杆上的位置，然后将风向笔尖沿笔杆移动与风速笔尖对齐。移动、清洗和调换笔尖时，均应注意切勿使笔杆变形。感到难以拨动时，可先将笔杆拆下来，再细心整理。 4. 三杯轻便风向风速表的维护

保持仪器清洁、干燥。若仪器被雨、雪打湿，使用后用软布擦拭干净。仪器避免碰撞和震动。非观测期间，仪器要放在盒内，切勿用手摸风杯。平时不要随便按风速按扭，计时器在运转过程中，严禁再按该按扭。轴承和螺帽不要随意松动。仪器使用120h后，须重新检定。

5. 蒸发器维护

每天观测后均应清洗干净。定期检查蒸发器是否漏水。定期检查蒸发器器口是否水平。由于受蒸发器口径大小，安置状态等因素的影响，小型蒸发器的准确性较差，仅能代表该处特定环境下的蒸发量，但小型蒸发器构造简单，操作方便，且有较长期的观测资料，通过比较，所得资料仍有一定的使用价值。因此，目前仍然普遍使用。

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四. 复习思考题

1. 了解空盒气压表的特点和作用

2. 三杯轻便风向风速表的方位盘制动小套有什么作用?使用风速按扭要注意什么? 3. 了解降水量、降水强度的划分，掌握各种雨量器的构造、原理使用方法。 4. 了解蒸发量的概念，掌握蒸发器的构造、原理使用方法。

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第三章 小气候观测

小气候通常是指在一般的大气候背景下，由于下垫面的不均匀性以及人类和生物活动所产生的近地层中的小范围气候特点。小气候所涉及的水平范围和垂直范围都不大，一般其水平范围为10m～10m，垂直范围约为10m～10m。根据下垫面性质和生物活动特征，通常可区分为农业小气候、森林小气候、草地小气候、水域小气候、坡地小气候等等。小气候现象主要发生在近地大气层和近地土壤层中，而该层又正是人类生产和社会活动以及动植物生存、活动的主要场所，因此小气候与人类的生产和生活有着紧密的联系。小气候观测的目的，主要是揭示小气候特征，了解不同下垫面所产生的不同小气候效应对环境、生产和生活的影响，以便进一步改善小气候环境，提高各种技术措施的实效。

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第一节 小气候综合实习

小气候观测不同于大气候观测，它没有长期固定的观测场地，也没有统一的观测规范，其观测内容常根据研究对象、任务来确定。

一. 小气候观测的一般原则

小气候特征不仅表现在时间变化上，而且也反映在空间分布特点上。因此，在进行小气候观测时，必须正确选择观测地段，确定观测项目、观测高度和观测时间。 1. 测点选择

在各种类型下垫面的影响下产生的小气候现象是多种多样的，光照、温度、湿度、风等气象要素的变化是通过各种气象仪器的测量取得的，这些要素值的真实性与正确选择测点的关系很大。因为小气候特征除了受下垫面性质影响外，还与植株高度、密度、品种、生产技术措施等有关。因此，测点的选择必须具有代表性和比较性。 1.1. 测点的代表性

代表性就是应根据当地的自然地理条件、生产特点和研究任务来确定。例如，在研究某一作物农田小气候特征时，必须在当地自然地理条件(如土壤性质等)，农业技术措施和该作物生长状况有代表性的地段进行观测，测点要求设置在植株高低一致、生长均匀地段。这样，所取得的资料才能反映出该作物田的小气候特点。又如在研究护田林带的小气候效应时，应当选择与当地自然环境相适应的标准防护林带和标准农田相结合的典型地段。 1.2. 测点的比较性

比较性是指测点上观测的资料同对照点上观测的资料进行比较。如绿化地同裸地进行比

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较，裸地与水泥地比较，水稻田同旱地比较，灌溉地同非灌溉地比较，地膜覆盖与非地膜覆盖比较。通过对比观测，才能找出它们之间的差异，从而才能分析出小气候特征和绿化等技术措施的小气候效应。 2. 测点设置 2.1. 基本测点

小气候观测点分为基本观测点和辅助观测点。基本观测点设置在最有代表性的观测地段上。基本观测点的观测项目要求比较齐全，观测时间、次数比较固定。 2.2. 辅助测点

设置辅助测点的目的，是为了补充基本测点的资料不足，完善基本测点的小气候特征。辅助测点可以是流动的，也可以是固定的。观测的项目、次数、时间可以和基本测点相同，也可以和基本测点不同，依研究目的、要求来确定。测点的多少，也应根据研究目的和植被实际情况而定。一般辅助点观测次数比基本点少，但观测时间应一致。 2.3. 观测地段的大小

观测地段的面积主要取决于能否反映所要了解的小气候特征与观测方便与否。地段面积的大小以观测目的和内容来确定。观测地段的面积最小应为15×15m2。 3. 观测项目

根据不同研究目的确定观测项目，从实际出发，考虑人力物力条件，保证必须观测项目的观测，而不必包罗万象。一般观测的项目有：直接辐射、散射辐射、地面和植被的反射、照度；不同高度的空气温度和湿度；风向风速；云量、云状；天气现象等，以及植物发育期、株高等，根据研究任务不同，进行有针对性的观测。 4. 观测高度和深度

由于空气温度、湿度和风等气象要素在垂直方向的分布规律，是随高度呈对数比例变化，所以选择观测高度不能等距离分布，一般离地面近的地方观测高度密一些，远离地面的地方密度稀一些。测点高度一般需包括20cm、150cm和2／3株高三个高度。因20cm高度基本能代表贴地气层的情况，同时20cm高度又是气象要素垂直变化的转折点；150cm高度能够代表大气候的一般情况，观测资料可和附近气象站的观测资料进行比较。2／3株高是植株茎叶茂密的地方，代表植被活动层情况。

土壤温度的观测深度，一般在地表层布点密，而深层稀，浅层常用0、5、10、15、20、30、50cm等7个深度。深层土壤温度的观测深度以观测目的而定。

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5. 观测时间

小气候观测不需要长时间逐日观测，一般根据观测目的可结合植物发育期等选择不同天气类型(晴天、阴天、多云)进行观测，晴天小气候效应最明显，可连续观测3天。 观测时间应按以下原则进行选择：

（1） 选择观测的时间所测的记录，算出的平均值应尽量接近于实际的日平均值。 （2） 一天所选的时间中，应有1次到4次的观测时间与气象台站的观测时间相同，便于比较。

（3） 根据所选时间的观测，可表现出气象要素的日变化，其中包括最高值和最低值出现的时间；可反映出植被中气象要素的垂直分布类型，如空气温度的日射型、辐射型；空气湿度的干型和湿型，等等。

二. 观测仪器的选择和安装

1. 观测仪器选择

由于小气候观测的流动性大，要求仪器小型轻便，便于携带和搬运。为了减少人力和避免在观测中损坏观测点的现场环境和植被，最好用自记仪器和遥测仪器。小气候观测中经常都要进行梯度观测，这就要求仪器有较高的精度，如温度表的误差不超过±0.1℃。观测中各要素观测所使用的仪器为：

（1） 辐射：直接辐射表、天空辐射表、净辐射表、光量子仪、照度计等。 （2） 空气温度、湿度：阿斯曼通风干湿表、铂电阻。

（3） 风向、风速：风杯风速表、热球微风速表和热线风速仪等。在自动观测系统中，可分别采用光电计数三杯风速计和七位格雷码光码盘测量风速和风向。 （4） 地面温度：地面温度表、铂电阻。 （5） 地温：直管地温表、曲管地温表、铂电阻。 （6） 降雨量：雨量筒、雨量计。 （7） CO2浓度：红外CO2分析仪。 2. 仪器的安装

小气候观测的仪器安装，因观测地段的不同而稍有不同。总的说来，仪器安装高度应该是由北向南依次递减，或者是在观测过程中力求做到一种仪器不致受到另一种仪器阴影的遮蔽。 2.1. 辐射仪器

辐射仪器的安装要求场地平坦开阔，周围无障碍物对辐射仪器的感应部分造成影响，仪器安装要牢固并处于水平位置。观测过程中需要向下翻转的天空辐射表等，为防止向下翻转过程中掉下损坏仪器，必须牢固的将仪器固定在辐射观测支架上。

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2.2. 通风干湿表(阿斯曼)

通风干湿表安装见图3－1。通风干湿表悬挂在测杆的挂钩上， 50cm以下高度，通风干湿表平挂，这样读数比较方便，可减少由于通风作用扰乱空气层的厚度，不致减少温度和湿度的梯度值。在50cm以上高度，通风干湿表应垂直悬挂，一方面便于观测，另一方面是由于在这个高度以上，气层的温度和湿度的梯度较小，由通风产生的误差也不大；若把仪器水平放置，反而会影响仪器的通风速度。

A．平地 B．坡地

图3-1 通风干湿表安装方法

悬挂通风干湿表的测杆以木质为宜，其直径约4cm，长约220cm。杆的下端埋入土中，测杆地上部漆成白色，以避免其辐射热对通风干湿表的影响。 2.3. 土壤温度表

地温表可选用曲管地温表和直管地温表。安装位置应在悬挂通风干湿表测杆南侧约2m远的地方，以免测杆阻挡太阳。地面Ocm、最高、最低温度表和曲管温度表的安装方法与观测场温度表安装方法相同，但应尽量避免根系受损。 2.4. 风速表

测风常用仪器是三杯轻便风向风速仪。轻便风速表应安装在空旷、空气畅通的地方，在安置时，风杯一定要保持水平，以减少转轴的摩擦，刻度盘应背着风向。在梯度观测中，风向风速表的安置有多种高度选择。选择50cm、200cm是较合理的，因它具有标准高度的意义。但在实际测风中，人们更多的是采用20cm和150cm的高度，这是风梯度观测的一种简单形式。

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三. 观测方法

1. 辐射仪器观测方法

在进行太阳直接辐射、天空散射辐射和反射辐射观测时，正点观测前进行各项准备工作，目测天空云状、云量、太阳视面、大气现象、地面状况，正点观测时刻开始进行各项辐射观测，每个项目各读取三次读数。每两次读数的间隔时间约为5 s～10 s。日落后停测。 2. 通风干湿表的观测方法

采用阿斯曼通风干湿表测量要注意两点：一是保持通风，二是保持湿球纱布充分湿润。观测前，先给湿球加水，通风，湿球温度稳定后读数。先读干球，后读湿球。先读小数，后读整数。先从下往上读，再从上往下读，取2次平均数记入观测表中。观测的同时，记载当时的风向、风速、云况等。如果只有一个通风干湿表进行梯度观测时，可采取上下往返观测，先从下而上各高度的观测，再从上而下进行重复观测，这样可消除观测数据的时间误差，提高资料的准确性和比较性。在观测50cm以下高度的温湿度时，通风干湿表的保护管应水平地朝向迎风面的一方，以使空气畅通地流经温度表球部，但应避免太阳光线射入套管内。 3. 地温观测方法

从东到西，从浅到深，即0、5、10、15、20cm逐个读取，精确到0.1℃。最高、最低地温观测方法与观测场地温相同。 4. 风的观测

观测员要从下风方向接近仪器进行读数，将三杯轻便风向风速表方位盘制动小套向右旋转一角度，半分钟后，按下风速按钮，指针自动停转后，读出风速示值，以两分钟风向指针摆动范围的中间位置记录风向。观测完毕，将方位盘制动小套左转一小角度，借弹簧的弹力，小套管弹回上方，固定好方位盘。 5. 小气候观测守则和程序 5.1. 观测工作守则

（1） 观测员应遵守各项规则，严禁早测、漏测、缺测和迟测，严禁涂改和伪造记录。 （2） 观测记录簿用铅笔作记录，如需要更改可在原记录上划一横线，在该记录上方重新填写，不得用橡皮擦去。

（3） 注意维护观测场地及仪器设备，认真进行观测前巡视，防止临时事故发生而延误正常观测工作的进行。

（4） 严禁拆卸、改装正在使用的各类仪器仪表，对各类精密测试仪器更要加倍维护，以保证正常运行。

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（5） 遵守值班规则，交接班时应将仪器运行情况、存在问题等交待清楚。

（6） 一次观测结束后应及时进行初算，填写各类报表，观测者、初算者和复核者均应签名，以示负责。

（7） 观测期间每天要定时同报时台校对钟表。

（8） 保管好各类观测簿、报表、磁带或磁盘，以及对计算和分析资料必不可少的各类数据。 5.2. 观测程序

由于一个观测点上往往有较多的观测项目，观测一遍需要较长时间。这必然使得测得的各项数值不是在同一时刻，失去观测时间的代表性。为消除时间差异，必须采用往返观测法，各观测项目的数据应为正点前后两次观测读数的平均值。若有三个测点，其观测顺序应为1—2—3—3—2—1。必须注意的是，相邻2个测点应隔多长时间观测将取决于观测项目的多少，但时间隔得越短越好。

四. 观测记录和资料整理

1. 观测记录的格式、内容

观测记录应记入专门的小气候观测记录表簿内。记录表要求项目齐全，避免遗漏。由于各类小气候观测的目的不同，小气候观测的内容、布点、时段、时次都不相同，所以小气候观测的记录表格，应根据具体情况专门设计。可参考以下格式设计。

小气候要素表

测点：

时间 项目 S Sb 08∶00 09∶00 10∶00 ? 19∶00 20∶00 太阳辐射 Sd St Sr r 地面最低 地面和土壤温度 ??

地面最高 0cm 5cm 10cm 15cm 20cm ?? 观测班组： 观测员：

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作为一个完整的观测，除气象要素本身的记录外，记录内容还应包括下述内容： （1） 观测点的详细名称、观测时间、负责人、参加人等。

（2） 观测地段的描述，包括：① 地形状况：如海拔高度、坡度、坡向等；② 地段周围地物状况：如建筑物、障碍物等离观测地段的距离、方向；③ 下垫面状况：水泥地、草地、裸地。地面土壤种类、干湿状况等。

（3） 天气状况描述，包括云量、云状、天气现象、日光情况等。

（4） 仪器安置情况描述，包括仪器位置、仪器离地面高度、仪器编号、检定证内容等，并附有仪器分布平面图。

（5） 特殊项目的记载，如防护林小气候应记载林带或林网的状况；畜舍、温室小气候要记载建筑的方位、屋面坡度，建筑结构等。

（6） 备注：备注栏内记载意外发生的情况，如仪器被损坏、有疑问的观测记录等及相应的原因分析。

2. 原始数据的初步审核

除了测点代表性和可比性以外，资料的准确性是分析和研究小气候特征的基础。在两次小气候观测的间隔时间内，在观测现场进行初审。目的是为了对本次小气候观测数据的可靠性、合理性进行判断，决定资料取舍。初审的主要内容有：

（1） 有无漏测，一旦发现要及时补上，并在备注栏内说明补测的时间。 （2） 数据中有无明显偏大、偏小者。

（3） 气象要素随时间、高度以及水平分布是否合理。 （4） 某气象要素与其它气象要素比较是否合理。

当发现数据不合理时，一般可从以下几个方面检查：

（1） 由于过失引起的误差，即由观测时疏忽或仪器操作不当引起的数据错误； （2） 由设点不当、观测点代表性不够造成的观测数据异常；

（3） 由仪器时间响应不够引起的误差，如仪器感应部分尚未与环境达到平衡时的观测数据；

（4） 由观测员个人的判断引起的误差。

出现这些误差时应将数据舍弃，以免影响分析结果。

五. 实习报告

根据所观测的小气候要素，利用图表结合文字分析各气象要素的日变化规律；并与其他组的不同测点进行对比分析，总结出小气候特征，写出实习报告。实习报告应有的基本内容包括：实习目的、意义，研究区域概况与方法，结果与分析，主要结论。

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第二节 不同类型小气候观测

一. 森林小气候观测

1. 观测的目的、任务

森林小气候是研究森林与森林气象条件相互作用的科学。它主要研究森林生长的气候条件以及森林对气象或气候的影响。气候要素是森林生态系统的重要生态环境因子。森林小气候的观测目的是为了了解不同森林类型的小气候差异或森林对小气候的影响。如把小气候观测和生长观测结合起来，就能了解不同小气候对林木生长的影响。以便研究外界环境与林木生长、发育之间的关系和林木生长的物候潜力，为林木区划、林业资源利用和保护、林木生长乃至森林在区域和全球气候、环境变化中的作用等研究提供科学依据。 2. 观测场地选择和描述

选择观测场地时要遵循小气候观测原则。主要环境条件（气候、土壤、地形、地质、生物、水分）和树种、林分等应具有代表性；不能跨越两个林分，要避开道路、小河、防火道、林缘，观测点的形状应为正方形或长方形，林木在200株以上。

选好观测场后要描述观测场概况，除一般小气候观测概况描述外，还应有林地所属单位、标准地地形、地势、和距大气候观测场距离等；同时林分是林地内部特征大致相同，而又与相邻的森林有明显差别的林地块，也应对林分进行记载，内容有：树种组成、林龄、密度、林分起源、林相。 3. 观测种类

森林小气候的观测可分为以下几种，应根据研究的目的来选择。 3.1. 流动观测

通常是为了补充定点观测之不足，它可以用于普查，也可以用于对定点观测之扩充。例如，在对某一新的自然保护区进行考察时，或根据某一森林气候观测站的记录，研究森林对局地气候的影响时均可以运用流动观测。在流动观测的过程中，观测的地点和次数有较大的任意性，所以观测的精度相对较差。为了减小误差，增加可比性，应该在气候观测的标准时间和仪器标准的安放高度进行观测，而且每一个地点的观测应当能保证取得至少一次日平均数值。 3.2. 对比观测

对比观测通常是在类似的自然条件下，研究某一因素对小气候的影响，如林内对比、不

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同森林类型对比等。对比观测地点的选择决定于观测目的。森林对小气候影响的程度，除了决定于森林的树种组成、林龄、林冠的郁闭度和结构外，还决定于海拔高度、坡向、坡度。所以如果要观测其中某一项的影响，则必须使其它各项保持相同或基本相同。 3.3. 梯度观测

由于森林的几何尺度高大，梯度观测对于森林小气候研究是十分必要的。除了能量平衡研究以外，森林对温度、湿度、风速、辐射、光的分布的影响都要通过梯度观测来进行研究。 3.4. 平行观测

平行观测指的是在气象要素观测的同时，对林分的其他要素进行观测，如郁闭度、叶面积指数、生长量等。

需要说明的是，这些观测种类之间是互相联系的。在有些森林小气候观测中很难区别出它属于对比观测还是平行观测，在某些对比观测中需有梯度观测，往往不能截然分开。 4. 观测特点和注意问题

和一般的气象和小气候观测相比，森林小气候在观测项目、观测场地选择、观测点布局、观测方法、乃至某些观测仪器的选择等方面有着重要的差异和特点。因此在林内辐射、林下照度，林下降水、林地积雪、林内梯度观测的高度选择等均需根据林地、林分、林相等特征选择不同的观测仪器或采用不同的观测方法。 4.1. 森林小气候观测特点

（1） 分布在山区、坡地或丘陵地带的林地，不同垂直带的小气候特征有很大的差异。 （2） 不同林木的植被状况有差异，因而不同林地、林分和林相等对小气候的影响不同。 （3） 一般森林均具有多层结构，稠密的枝叶遮着地面，强大的根系又网络、固结着土壤，加之枯枝落叶聚积地面，因此具有挡风、阻雨、吸水和缓流作用。在同一林分内，不同测点获得的气象要素值之间可能会有较大的差异。

（4） 一般林木树干高大而参差不齐，每个树冠有很大空隙，层相也较复杂，使近地层大气乱流结构差异很大，导致林内气象要素的垂直廓线会有明显变化。

（5） 水热条件是森林赖以生存发展的主要因素，因此小气候观测中对辐射各分量以及林内降水、森林蒸散等应加以注意。 4.2. 森林梯度观测

进行森林梯度观测的传感器一般均安置在专用的气象观测铁塔上。观测层次一般是按对数分布来确定，如一般16 m高观测塔的层次设置为：2、4、8、16 m；32 m高观测塔的层次设置为：2、4 、8、16、32 m；60 m高观测塔的层次设置为：2、4、8、16、32、42 、

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60 m。通常情况下，森林梯度观测时各层次传感器的数据由专门配置的数据采集、处理系统按规定的程序顺序采集。 4.3. 太阳辐射观测

考虑到林内不同位置的遮蔽度的差异，在采用半球形感应器时，应将感应器安置在专门设计的移动导轨上，并使感应器在测量过程中以一定的速度往返移动。若采用管状表，则要求至少同时使用两只表，并相互垂直地平摆在观测高度上。 4.4. 林内照度观测

无论采用专门照度计还是总辐射表，感应器均应安放在移动导轨上。 4.5. 林内降水

降水在林内会受到林冠阻截，有一部分降水会沿树枝和树干流到地面，加之枝叶分布不均匀，在林内不同位置测到的降水值会有很大差异。因此林内降水通常不用雨量筒来测量，而是在林内布设雨量槽，由于积水区的面积不等，对雨量槽也无统一的规格要求。但原则上，雨量槽的覆盖面积不应小于200cm23n（n是标准雨量筒的承口面积）。 4.6. 林内小气候要素测量的样品数

在进行林内辐射、照度、降水等测量时，由于不同位置所受到的遮蔽程度的差异，测量精度很大程度上决定于读数（或采样）的重复次数。一般来讲，观测重复次数应满足统计学的要求，以达到一定的精确度。根据统计学原理，在测量对象的变异程度很大的情况下，为了保证足够的精确度，样品数应至少大于n。

X??n??u????

K??式中： u— 根据置信度确定的置信区间； σ— 测量值的标准差； K— 允许的相对误差； X— 测量值的平均值。

为求得n值，须预先进行一次测定。然后在相同的条件下，根据要求的n值，重新测定求得平均值。由此可见，若用雨量筒测量林内降水，则应在林内布设n个雨量筒。根据经验，一般每公顷设置10个雨量筒为宜。

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