气象学实验报告

气象学实验报告

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【实验目的】掌握气象仪器的使用方法。通过实验理解：

（1）水温、气温、气压、风速和风向、相对湿度等气象要素的基本概念

（2）气象要素的日变化过程

（3）各种湿度表示方法的相互转换

（4）气压真值的计算方法

（5）仪器误差对观测值的影响

（6）理解太阳辐射对地表温度变化的影响

（7）地表温度变化与气温的关系

（8）风速变化对地表温度和气温变化的影响

【实验仪器】包括干球温度、湿球温度、风速、风向和气压测量仪器，具体：（1）DHM2机械通风干湿表

（2）DEM6型轻便三杯风向风速表

（3）DYM3型空盒气压表

（4）红外测温仪

（5）水温计

【实验报告】整理2014年10月25日的气象实验数据得到以下若干图表：

图1 各种温度日变化对比图1-1 气温日变化

图1-2 5cm海水温度日变化

分析：由图1可以看出植被温度、土壤温度、5cm海水温度大致的变化是一样的，都是单峰。所有温度都是从观测时就开始上升，这与太阳辐射有关。植被温度和土壤温度中午11:30左右达到最高点，气温的最大值出现在12:00，5cm海水温度中午12:30左右达到最高点；然后，随着太阳高度角的不断减小，植被和土壤温度不断下降，5cm海水温度变化幅度及速率都不大，气温波动下降。各种温度整体从高到低依次为土壤温度、植被温度、气温和水温，这样的分布与物体对太阳辐射的吸收率有关。各种温度变化范围和幅度不同，原因是各种物质的比热容不同。所有温度的变化均和太阳辐射的强弱有关，造成峰值出现时刻不同的原因是：大气的热量主要来源于地面，地面一方面吸收太阳的短波辐射而得热，一方面又以长波辐射形式向大气输送热量而失热。若净得热量，则温度升高。若净失热量，则温度降低。地温的高低并不直接决定于地面当时吸收太阳辐射的多少，而决定于地面储存热量的多少。土壤和植被属于地物，首先被加热，对太阳辐射的吸收率大，而且比热容较小，所以升温较快，较早达到最大值。气温的升高是因为大气吸收了地面放出的热量，所以出现最大值的时间在土壤和植被之后。水温的变化也是因为吸收太阳辐射，又向大气输送热量，净得热量时则升温，净失热量则降温，因为海水的比热容比较大，所以升温慢，达到最大值的时间最晚。通常情况下，是正午太阳高度角最大，辐射最强；此次数据观测，植被和土壤温度在11:30就达到了最高点，说明11:30左右太阳辐射就已经达到最大值。其实没错，太阳高度角仍然是在正午达到最大，只是大连在北京的东边，跟北京实际是有时差的，从地图上看，两地的地方时正好相差半小时左右，实验记录的时间是按北京时间记的。

图2 气压日变化

分析：陆地气压和海边气压的变化情况基本一致，日较差不大，但可以看出波动规律。由图2和表1、表2可知，海边气压在上午10时左右出现最高值，然后气压下降，14:30出现最低值，观察图2可以发现在16:00之后又有上升的趋势；陆地气压上午几乎无变化，12:30之后缓慢下降，15:30出现最低值，16:00时又出现一个小峰，原本是不该出现这个小峰的，根据表1的备注，可能是由于学生上下课影响了观测值。综合图2中的两条线，判断观测到的地面气压日变化型式应属于双峰型，只是由于观察时间有限，没法看到全天的日变化。

图3 风速日变化

分析：全天风速在上午波动比较大，下午变化比较小。上午风速较大，下午风速较小。风向是指风的来向，从表1知道风向一天的变化不大，主要刮偏西南风。结合图3和图4，可以发现风速变化和相对湿度的变化有一定联系：风速大的时候，海边相对湿度也相应变大，陆地相对湿度变大的时间有所延后，原因是当天刮偏西南风，把海面上的水汽吹向陆地，所以风大的时候，向陆地输送的水汽就越多，水汽压增大，测得的相对湿度就越大。

图4 相对湿度日变化

分析:相对湿度全天波动变化明显，陆地12:00左右达到最高值，海边12:30左右达到最高值。相对湿度的日变化主要决定于气温。气温增高时，虽然蒸发加快，水汽压增大，但饱和水汽压增大得更多，反而使相对湿度减小。温度降低时则相反，相对湿度增大。因此，相对湿度的日变化与温度日变化相反。由图表看出当天的相对湿度比较大，观测当天也确实有雾。当然，在上一个分析中，看出风速对相对湿度的观测也是有影响的。

【其他】

湿度是表示大气中水汽量多少的物理量，有若干种表示方法，其中，水汽压、比湿、水汽混合比、露点基本上表示空气中水汽含量的多寡。而相对湿度、饱和差、温度露点差则表示空气距离饱和的程度。相对湿度（f）就是空气中实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值。绝对湿度是单位容积空气中含有的水汽质量，实际就是水汽密度，难以直接测量。

相对湿度：f=水汽压/饱和水汽压*100%=e/E*100%

比湿:q=0.622e/p

饱和比湿：qs=0.622E/p

相对湿度f=e/E*100%=q/qs*100%

气压真值的计算：仪器上读取的气压表示值只有经过下列订正后方能使用。

温度订正：由于环境温度的变化，将会对仪器金属的弹性产生影响，因此必须进行温度订正。温度订正值可由下列计算：△Pt=a.t式中△Pt--温度订正值a--温度系数值（检定证书上附有） t--温度表读数

示度订正，由于空盒及其传动的非线性，当气压变化时就会产生示指误差，因此必须进行示度订正。求算方法：根据检定证书上的示度订正值，在气压表示值相对应的气压范围内：用内插法求出值订正示值△ps

补充订正：为消除空盒的剩余变形对示值产生的影响，从检定证书上得到补充订正值△pd

经订正后的气压值可由下式示出：p=ps+（△pt+△ps+△pd）

表1 植被土壤温度观测

时间植被温度

（℃）

土壤温度

（℃）

干球温度

（℃）

湿球温度

（℃）

干湿球温度

差（℃）

相对湿度

（%）

风速(m/s) 风向气压(hPa) 备注

9:00 熟悉仪器使用，未测定

9:30 23.2 33.2 20.2 18.8 1.4 87 2.4 WSW 1016.6 湿球加水不足，发条未拧紧，已订正10:00 24.4 35.8 20.1 19.4 0.7 94 2.3 WSW 1016.6 秒表卡住，已订正

10:30 25.8 37.4 20.2 19.8 0.4 96 3.5 WSW 1016.6 正常，已订正

11:00 26.3 38.0 20.4 19.2 1.2 89 2.8 WSW 1016.6 湿球刚加水，已订正

11:30 27.0 39.1 20.8 19.8 1.0 91 1.2 SSW 1016.6 正常，已订正

12:00 26.5 38.8 20.8 20.2 0.6 95 2.6 SW 1016.6 正常，已订正

12:30 24.9 38.1 20.8 20.4 0.4 96 2.8 WSW 1016.6 正常，已订正

13:00 25.2 38.4 19.6 17.6 2.0 81 0.8 S 1015.7 正常，已订正

13:30 24.5 38.3 19.9 17.1 2.8 75 0.6 SSW 1015.7 正常，已订正

14:00 23.5 36.0 19.8 19.2 0.6 95 0.8 SSW 1015.2 正常，已订正

14:30 21.6 32.6 19.3 18.8 0.5 96 0.6 S 1015.1 正常，已订正

15:00 20.6 28.1 19.8 18.4 1.4 86 1.1 SW 1015.1 正常，已订正

15:30 18.6 25.5 18.8 18.2 0.6 94 0.7 SSW 1014.6 学生下课时间，大量学生经过16:00 17.1 21.7 17.9 16.9 1.0 90 0.3 SSW 1015.0 正常，已订正

16:30 15.3 20.2 17.4 16.2 1.2 88 0.1 W 1014.5 正常，已订正