氣象觀測學(xué)實(shí)習(xí)總結(jié)報(bào)告(2)
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(shí)刻最大日出和日落時(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)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(shí)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(huì)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(shí)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(shí)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(gè)機(jī)構(gòu)裝在一個(gè)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(shí)的溫度。電流表由內(nèi)阻和附加電阻，標(biāo)記在活動(dòng)板上。在盒下部的正前方，裝由“+”，“1”，“2”三個(gè)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(shí)，必須按住彈簧，握住手柄按反時(shí)針方向沿著底座旋轉(zhuǎn)外罩，當(dāng)銷釘轉(zhuǎn)至彈簧上面時(shí)，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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)，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(dòng)，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(gè)螺旋用來調(diào)整水平。整個(gè)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(shí)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(shí)觀測一次。觀測時(shí)間以當(dāng)?shù)氐牡胤狡骄枙r(shí)530、630、730………1730、1830進(jìn)行。如有日射計(jì)，一日定時(shí)觀測五次，即630、930、1230、1530、和1830.冬季，630和1830觀測時(shí)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(shí)接1，輻射強(qiáng)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)刻的δ植時(shí)需要訂正，即年度訂正，經(jīng)度訂正和時(shí)間訂正。
為了求得時(shí)角ω需把北京時(shí)間換算成地方平均太陽時(shí)，加上時(shí)差訂正得太陽時(shí)，把真太陽時(shí)化為角度，才是時(shí)角ω。
真太陽時(shí)=地方時(shí)+時(shí)差
地方時(shí)=北京時(shí)+(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(shí)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(shí)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(shí)為單位，分割為若干個(gè)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(shí)觀測得到輻射通量密度;t0和to`分別為日出和日落時(shí)間;t1,t2,t3……tn是測定時(shí)間。式中日出和日落時(shí)間可由下式求得，
已知日出時(shí)間是：t0 = 5h18m ，日落時(shí)間是：t0′= 18h42m ，再把每小時(shí)總輻射(或其他輻射通量)測定值以及日出和日落時(shí)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(shí)總輻射 測定值，以及日出日落時(shí)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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