氣象觀測學實習總結報告(2)
氣象觀測學實習總結報告篇三
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左右深度土溫無日變化。1m深度以下土溫無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
通過實習要求學生了解
(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會數(shù)據計算。
(3) 了解土壤溫度的測定方法和記錄整理。
通過實習要求掌握
(1) 點溫度表的安裝;
(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算;
(5) 通過實習要求學生掌握地溫表的安裝;
(6) 溫度計的使用;溫度表的讀數(shù)和訂正。
1.3 研究內容
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：西南林學院GX棟背后的林地。
2 太陽輻射和日照時數(shù)的觀測
2.1 測定內容
本次實習主要測定
(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)據計算
(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。這類儀器多屬熱點型，即利用兩種不同性質的感應面，由于吸收輻射能而產生溫差，通過熱點錐的作用，熱能轉換為電能，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。根據輻射電流表上的指示值，經換算求得相應的輻射通量密度，單位為cal\cm2,并換算為w\m2。
l DFM1型輻射電流表
電流表的測量機構主要由永久磁鐵和線圈組成，整個機構裝在一個密閉的扇形盒內。頂端由調整指針零點的位置的調整螺絲，調整范圍不得超過20格刻度，必須在斷路是進行。在盒的內側裝有開過旋鈕，旋緊開關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。電流表由內阻和附加電阻，標記在活動板上。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外罩，當銷釘轉至彈簧上面時，提起外罩，并從底座取下。
l DFY1型直接輻射表
直接輻射表由感應部分，進光筒和座架構成。感應部分是由銀箔，熱點錐和銅環(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，分別構成熱接點和冷接點。整個感應部分置于具有一組光欄的進光筒的末端，通過導線把熱電錐的兩端于電流表正負極相接。
進光筒是一個銅質圓筒，里面涂黑，外面涂鎳，避免光線在筒內反射。為了正確地對準太陽，在進光筒的前后兩端有瞄準孔與光屏。當進光筒對準太陽時，光斑落在光屏上。帽蓋用來保護感應系統(tǒng)和確定零點位置。進光筒固定在支架上，方位調節(jié)螺絲和仰角調節(jié)螺絲，可以使進光筒在水平方向與垂直方向轉動，直到瞄準太陽為止。螺絲用來調節(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
天空輻射表由感應部分、座架、遮光板、干燥器和帽蓋等部分組成。儀器的感應元件在半球形玻璃罩內，感應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，以及防風避雨。水準儀指示儀表水平，座架上的三個螺旋用來調整水平。整個感應部分固定在支柱上，并裝有干燥器，以保持感應面干燥。螺絲可以夾住遮光板。白色鋁蓋用來讀取零點讀數(shù)和保護感應部分。
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，板一側圓桿長時板面直徑的5.7倍，由感應面中心至遮光板正好構成100的立體角。
反射率表的結構基本上和天空輻射表相同，只是為了測定地面反射輻射，增加了翻轉設備。
2.2.2安裝
輻射儀表應安裝在觀測場內固定木板平臺上，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當?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，如果需要計算輻射日總量，又無日射自記計，應在日出到日落之間，每小時觀測一次。觀測時間以當?shù)氐牡胤狡骄枙r530、630、730………1730、1830進行。如有日射計，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，可不必進行日射觀測。
每日觀測前10分鐘準備，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，輻射強時接2)。擰松開關電鈕，電流指針是否在刻度5上，如果超過+-2，需用零點調節(jié)螺絲作調整。
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，調整進光筒對準太陽，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面翻轉朝下，翻轉后注意儀器 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，讀出第二次零點讀數(shù)。
2.3 水平面上太陽直接輻射通量密度的計算
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+(該地經度-1200)[4min/(0)]
2.4 總輻射通量密度的計算
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 輻射日總量的計算
臺站上 計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，時間為橫坐標，繪制日變化曲線，該曲線與橫坐標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)的計算
大氣透明系數(shù)(P)的計算公式為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是大氣質量，計算公式為;m=1/sinh 。
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