气象观测学实习总结报告(2)
气象观测学实习总结报告篇三
1.1 基本概念
Ø 太阳高度
太阳高度是太阳光线和观测点地平线间的夹角。各纬度的太阳高度日变化都是正午时刻最大日出和日落时为零。
Ø 水平面上的太阳直接辐射通量密度
太阳以平行光方式投射到与光线相垂直的面上的辐射，称太阳太直接辐。云和海拔是影响太阳直接辐射通量的两个重要因子。云是很好的反射体，厚的云层能把大部分太阳直接辐射返回宇宙空间，使到达地面的直接辐射通量大大减少，在海拔地带，由于太阳直接辐射穿过的大气路程较短，辐射通量被减弱了，所以地面获得的太阳辐射比平原地区多。
Ø 漫射辐射通量密度
来自整个天穹向下的散射和反射的太阳辐射之和，称太阳漫射辐射。日出前后，地面接收的太阳辐射主要是漫射辐射。高纬地区，漫射辐射常常是太阳辐射的主要部分，漫射辐射通量受云的影响很大，它随云量的增多而增加。阴天时只有漫射光。
Ø 总辐射
总辐射等于直接辐射和漫射辐射之和称阴天时，由于太阳被云遮挡，无太阳直接辐射，所以总辐射就等于漫射辐射通量密度。由于太阳高度和昼长随时间而变化，使总辐射也有明显的日变化和年华。多云和阴天时，日变化特征远不如晴天那样有规律。
Ø 由于太阳辐射有周期性的日变化和年变化，所以使得土温和气温有周期性的日变化和年变化。温度周期性变化特征，通常以最高和最低温度之差和最高温度和最低温度出现时间来描述。一日中最高温度与最低温度之差，即为日较差;一年中最热约平均温度和最冷月平均温度之差，称为年较差。
这是由于随着深度的增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后。白天，地表很热后，热量向下传递被层层阻截，因而土壤曾热随深度的增加而减小;夜间，土壤降温也随深度的增加而减弱。所以土温随温度增加而减小，大约到1m左右深度土温无日变化。1m深度以下土温无日变化的土层称为日恒温层。由于热量向深层传播需要时间，所以位相随深度增加而落后。
1.2目的意义及要求
通过实习要求学生了解
(1) 太阳辐射、日照时数、空气温度和土壤温度的测定方法和记录整理;
(2) 了解空气温度的测定方法和记录整理;帮助我们掌握测定方法和学会数据计算。
(3) 了解土壤温度的测定方法和记录整理。
通过实习要求掌握
(1) 点温度表的安装;
(2) 温度表的读数和订正;
(3) 太阳辐射表的安装;
(4) 太阳辐射的测定步骤和计算;
(5) 通过实习要求学生掌握地温表的安装;
(6) 温度计的使用;温度表的读数和订正。
1.3 研究内容
u 太阳辐射、日照时数、空气温度和土壤温度的观测和记录整理;
u 干湿球温度的测定;气温最低、最高温度的测定;
u 土壤不同深度的温度的测定;
u 地面温度、地面最低温度和地面最高温度的测定。
1.4 研究区的概况
地点：西南林学院GX栋背后的林地。
2 太阳辐射和日照时数的观测
2.1 测定内容
本次实习主要测定
(1)垂直于太阳光线面上的太阳直接辐射通量;
(2)总辐射和漫射辐射通量。
用测得的数据计算
(1)水平面上的直接辐射通量;
(2)大气透明系数。
2.2 太阳辐射的观测和记录整理
2.2.1.仪器简介
测定太阳辐射通量的仪器有直接辐射表和天空辐射表。这类仪器多属热点型，即利用两种不同性质的感应面，由于吸收辐射能而产生温差，通过热点锥的作用，热能转换为电能，用灵敏度较高的辐射电流表测出电流值。温差电流与辐射通量成比例。根据辐射电流表上的指示值，经换算求得相应的辐射通量密度，单位为cal\cm2,并换算为w\m2。
l DFM1型辐射电流表
电流表的测量机构主要由永久磁铁和线圈组成，整个机构装在一个密闭的扇形盒内。顶端由调整指针零点的位置的调整螺丝，调整范围不得超过20格刻度，必须在断路是进行。在盒的内侧装有开过旋钮，旋紧开关旋钮就可以切断电路。电流表的指示部分由电流指针，刻度盘，反光镜等组成。刻度盘上由100格刻度，沿着弧形刻划装有一条平面反光镜，由以消除视差。附属温度表测量仪器使用时的温度。电流表由内阻和附加电阻，标记在活动板上。在盒下部的正前方，装由“+”，“1”，“2”三个接线柱，以连接直接辐射表或天空辐射表。
白色外罩通过销钉和弹簧同底座相连，取下外罩时，必须按住弹簧，握住手柄按反时针方向沿着底座旋转外罩，当销钉转至弹簧上面时，提起外罩，并从底座取下。
l DFY1型直接辐射表
直接辐射表由感应部分，进光筒和座架构成。感应部分是由银箔，热点锥和铜环三部分组成。银箔后2um，向太阳的一面涂成黑色，作为感应面，它的背面是由36对康铜片和锰铜片组成的热电锥。热电锥的一接头焊在银箔上，另一个接头焊在外圈铜环上，分别构成热接点和冷接点。整个感应部分置于具有一组光栏的进光筒的末端，通过导线把热电锥的两端于电流表正负极相接。
进光筒是一个铜质圆筒，里面涂黑，外面涂镍，避免光线在筒内反射。为了正确地对准太阳，在进光筒的前后两端有瞄准孔与光屏。当进光筒对准太阳时，光斑落在光屏上。帽盖用来保护感应系统和确定零点位置。进光筒固定在支架上，方位调节螺丝和仰角调节螺丝，可以使进光筒在水平方向与垂直方向转动，直到瞄准太阳为止。螺丝用来调节纬度刻度盘。底座上有确定方位的定位器。
l DFY2型天空辐射表
天空辐射表由感应部分、座架、遮光板、干燥器和帽盖等部分组成。仪器的感应元件在半球形玻璃罩内，感应面是黑白相间的薄片组成，它的背面也是由康铜和锰铜串联起来组成的一组热电堆。热电堆的两极通过导线与辐射电流表相接。玻璃罩是为了尽量减少长波辐射的影响，以及防风避雨。水准仪指示仪表水平，座架上的三个螺旋用来调整水平。整个感应部分固定在支柱上，并装有干燥器，以保持感应面干燥。螺丝可以夹住遮光板。白色铝盖用来读取零点读数和保护感应部分。
遮光板用来遮住阳光测定漫射辐射。遮光板是一块直径与玻璃相等的圆形板，板一侧圆杆长时板面直径的5.7倍，由感应面中心至遮光板正好构成100的立体角。
反射率表的结构基本上和天空辐射表相同，只是为了测定地面反射辐射，增加了翻转设备。
2.2.2安装
辐射仪表应安装在观测场内固定木板平台上，平台离地1.6m高。安装辐射电流表除要求水平外，附近不应有铁制物件，磁铁或其它电流表等。辐射电流表距离这类物体至少30cm以外。安装直接辐射表和天空辐射表要求水平，以及仪器东、南、西三面离开障碍物的距离应为障碍物的高度的10倍或以上，这样总年由日出到日落仪表都能受到太阳照射。注意直接辐射表还要求对准当地纬度和方位。
2.2.3观测
每日观测次数随研究目的而定，如果需要计算辐射日总量，又无日射自记计，应在日出到日落之间，每小时观测一次。观测时间以当地的地方平均太阳时530、630、730………1730、1830进行。如有日射计，一日定时观测五次，即630、930、1230、1530、和1830.冬季，630和1830观测时间，如果处在日出以前和日落以后，可不必进行日射观测。
每日观测前10分钟准备，清理一起的玻璃面，检查仪器水平。接到线，把直接辐射表(或天空辐射表)上的“+”、“-”极分别接在电流表上的“+”和“1”或“2”上(辐射弱时接1，辐射强时接2)。拧松开关电钮，电流指针是否在刻度5上，如果超过+-2，需用零点调节螺丝作调整。
观测前5分钟记下日光情况，即云遮蔽日光的情况，用下列符号记录：
⊙2——太阳面上未见云迹;
⊙——日光可透过云，地物影子明显;
⊙.——日光微弱地透过较厚的云层，地物影子模糊不清
∏——日光透不过厚云，不见太阳轮廓。
如果测定太阳直接辐射，调整进光筒对准太阳，使光斑落在光屏上。如果测定漫射辐射，装上遮光板。如果测定地面反射辐射，拧松偏心螺丝，把天空辐射表的感应面翻转朝下，翻转后注意仪器 是否水平。上述工作完毕，即可读数，步骤如下：
(1) 不打开进光筒帽盖(直接辐射表)或白色铝盖(天空辐射表)，读出电流指针的指示值，记作第一次的零点读数N01,读数需要精确到1刻划(或一小格)是我十分之一;
(2) 打开盖帽，等候15-40s(视仪器惰性而定)，读数三次，记作N1,N2,N3,每次间隔5-10s;
(3) 盖上盖帽，等候15-20s，读出第二次零点读数。
2.3 水平面上太阳直接辐射通量密度的计算
水平面上太阳直接辐射通量密度 。式中：S是垂直于太阳光线面上的太阳直接辐射通量密度，h是太阳高度角。任一时刻的太阳高度角的计算公式为：。
式中 α是纬度，δ是赤纬，ω是时角，都以度为单位，取一位小数。
赤纬δ可以从日射观测常用表或天文年历表中查得。求某地、某时刻的δ植时需要订正，即年度订正，经度订正和时间订正。
为了求得时角ω需把北京时间换算成地方平均太阳时，加上时差订正得太阳时，把真太阳时化为角度，才是时角ω。
真太阳时=地方时+时差
地方时=北京时+(该地经度-1200)[4min/(0)]
2.4 总辐射通量密度的计算
总辐射通量密度，一般用上述所得的水平面上太阳直接辐射通量密度的，加上由观测取得的满射辐射通量密度之和。在没有直接辐射表的情况下，水平面上的太阳直接辐射通量密度的计算
式中 Nt和Nd分别为总辐射和漫辐射测定中的电流值;Fh为太阳高度角h时的订正系数，由检顶证中查得;a为换算因子a1或a2
2.5 辐射日总量的计算
台站上 计辐射算日总量的方法是梯形面积法，即以辐射通量为总纵坐标，时间为横坐标，绘制日变化曲线，该曲线与横坐标所包围的面积就是辐射日总量。以小时为单位，分割为若干个梯形面积，这样便求得计算日总量的公式，以总辐射为例：
式中 是总辐射日总量;St1,St2,……Stn是每小时观测得到辐射通量密度;t0和to`分别为日出和日落时间;t1,t2,t3……tn是测定时间。式中日出和日落时间可由下式求得，
已知日出时间是：t0 = 5h18m ，日落时间是：t0′= 18h42m ，再把每小时总辐射(或其他辐射通量)测定值以及日出和日落时间均带入日总量公式，便可求得辐射通量的日总量，取一位小数。
最后，吧每小时总辐射 测定值，以及日出日落时间代入日总量公式，便可以求得辐射通量的日总量。
2.6 大气透明系数的计算
大气透明系数(P)的计算公式为p=(S′/S0)1/m ，式中：S0是太阳常数;S′是垂直于太阳光线面上的直接辐射通量密度，由测定可得;m是大气质量，计算公式为;m=1/sinh 。
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