农业气象学实验报告

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实验一、太阳辐射与光照强度的观测实验目的：了解辐射表、多探头照度计的构造原理；掌握太阳总辐射、净辐射和光照强度的观测方法。2.掌握太阳辐射传感器、多探头照度计测定太阳总辐射、净辐射和光照强度的原理和方法。仪器、设备：TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表、太阳辐射电流表、ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计、导线设备参数：TBQ-2天空辐射表灵敏度：10.549um/wm2TBB-1净辐射表灵敏度：9.124um/wm2（白天）、9.11um/wm2（夜晚）太阳辐射电流表：辐射瞬时值（瓦/平方米）=显示值X1000/灵敏度系数实验原理与步骤：一、太阳总辐射、净辐射的观测（一）TBQ-2天空辐射表原理与安装TBQ-2天空辐射表构造原理：该表用来测量光谱范围为0.3-3pm的太阳总辐射，也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射，如感应面向下可测量反射辐射，如加遮光环可测量散射辐射。因此，它可广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化及大气污染等部门做太阳辐射能量的测量。TBB-1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0・3〜3pm的短波辐射和3〜50pm的地球辐射。TBQ-2天空辐射表的工作原理：该表为热电效应原理，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号与太阳辐照度成正比。为减小温度的影响则配有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，则用双层石英玻璃罩，罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的。TBQ-2天空辐射表的安装与使用：该表应安装在四周空旷，感应面以上没有任何障碍物的地方。然后将辐射表电缆插头正对北方，调整好水平位置，将其牢牢固定，再将总辐射表输出电缆与记录器相连接，即可观测。最好将电缆牢固地固定在安装架上，以减少断裂或在有风天发生间歇中断现象。TBB-1净辐射表原理与安装TBB-1净辐射表构造原理：TBB-1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0・3〜3pm的短波辐射和3〜50pm的地球辐射。TBB-1净辐射表的工作原理：该表的工作原理为热电效应原理，感应部分是由康铜及镀铜组成的热电堆，热电堆的上下两个面紧贴着涂有无光黑漆的感应面，由于上下感应面吸收辐照度不同，因此热电堆两端产生温差，其输出电动势与感应面黑体所接收的辐照度差值成正比，当太阳辐射大于地面辐射时输出为正，反之为负。为了防止恶劣环境的影响及保护感应面，该表装有即能透过长波辐射、又能透过短波辐射的聚乙烯薄膜罩。TBB-1净辐射表的安装与使用：该表可安装在专用台柱上，也可临时装在三角架上，如果安装在台柱上，要用两个夹子将表面固定，使感应面离地高度为1.5米，调节水平泡使其处于水平位置，拧紧夹子。表的输出电缆线连接到记录仪的输入端即可测量。观察与记录在太阳直射辐射不被遮蔽的开阔处，安装好TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表，调整使仪器感应面成水平位置。辐射电流表安装在辐射表的北面，其距离应使观测者读数时不遮挡天空辐射表。分别将TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表的2根导线与辐射电流表的(+)、(-)端连接好，待仪器稳定后即可开始测量。测量总辐射照度时，把TBQ-2天空辐射表头部的金属罩取下，经3-5s后即可从电流表上读取数值；测量净辐射照度时，把TBB-1净辐射表头部的两个金属罩取下，经3-5s后即可从电流表上读取数值;分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50(每隔四十分钟)时的太阳总辐射、净辐射。把上述辐射电流表上的数值按仪器使用说明书中的公式换算成辐射照度。二、光照强度的观测(一)ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计原理ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计工作原理：光电池是把光能直接转换成电能的光电元件。当光线射到硒光电池表面时，入射光透过金属薄膜4到达半导体硒层2和金属薄膜4的分界面上，在界面上产生光电效应。产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系。这时如果接上外电路，就会有电流通过，电流值从以勒克斯（Lx）为刻度的微安表上指示出来。光电流的大小取决于入射光的强弱和回路中的电阻。照度计设有自动变档装置，如读数大于1999时，则倍率指示箭头自动上跳一档，如读数小于100时，则下跳一档。ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计使用方法：1）把标有A、B字样的传感器探头，分别插入仪器面板上的INPUT（输入）A、B插孔；2）将照度计面板左上侧的Power开关由OFF位置拨到ON位置，此时仪器电源接通，显示器上出现3个0；3）照度计面板右上侧有一个传感器Select开关，开关置于A时，则对传感器A的照度进行测量，以此类推；4）打开传感器探头的遮光罩；5）读取照度计显示的数值，并乘以显示器右侧箭头指示的倍率，即得实际照度值。（二）观察与记录在太阳直射辐射不被遮蔽的开阔处，安装好ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计，调整使光电池表面向上水平放置。按上述使用方法操作，打开电源-打开盖子-读数-关电源-盖盖子，分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的光照强度。实验结果10:3011:1011:5012:3013:1013:50太阳总辐射（w/m176.3337.5317.6202.9193.4420.92)太阳总辐射=地面净辐射随时间的变化图净辐射120.6206.0203.9129.3121.7252.1(w/m2)光照强191034503280216020504200度(lx)000000衣阳总辐射净辐射45'03501505010:3011:1011:5012:3013:1013:50实验分析图1光照强度随时间的变化图4500040000350003000025000200001500010000500010:3011:1011:5012:3013:1013:501.太阳总辐射、净辐射的日变化图2太阳总辐射、净辐射从10点半到14点大体上呈升高、降低、升高的趋势，且在13点50左右达到最大值。这是由于观测当天的天气原因（云）以及观测时间较短所导致的现象，正确的变化趋势应该是呈先升高后降低的趋势，且在正午达到最大值。由于清晨太阳未完全升起、大气透明度低等因素，辐射比较弱；随着太阳的升起、大气透明度增加，辐射逐渐增强直至太阳高度角最大时，辐射最强；再随时间推移，辐射减弱。总辐射、净辐射与太阳高度角呈正相关。光照强度日变化由实验结果可知，光照强度随时间的变化，先升高后降低又升高，同样是由于观测当天的天气原因（云）以及观测时间较短所导致的，正确的变化趋势应该是呈先升高后降低的趋势，因为光照强度也和太阳高度角呈正相关，而太阳高度角在10点到15点是先增加后降低。实验二、空气温度与湿度的观测实验目的：1．了解温度表与温度计的构造原理；掌握气温与地温的观测方法。2．掌握百叶箱通风干湿表、机械式通风干湿表测定空气湿度的原理及方掌握空气湿度的查算方法仪器、设备：1.小百叶箱，干湿球温度表，最高温度表，最低温度表。蒸馏水、纱布；2.地面温度表，地面最高温度表，地面最低温度表，曲管地温表；通风干湿表。实验原理与步骤：、空气温度与湿度的观测一）百叶箱的构造原理与箱内仪器的安装1．百叶箱的构造原理：百叶箱是安置测定温、湿仪器用的防护设备。它的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，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，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。2．百叶箱的安装：百叶箱应水平地固定在一个特制的支架上。支架应牢固地埋入地下，顶端约高出地面125厘米；埋入地下的部分，要涂防腐油。架子可用木材或角铁制成。百叶箱装在架子上，用角铁和螺丝寄固定。多强风的地方，还须在四个箱角上铁丝纤绳。箱门朝正北。3．百叶箱内仪器的安装：干湿球温度表是由两支型号完全一样的温度表组成。温度表是根据水银（酒精）热胀冷缩的特性制成的。分感应球部、毛细管、刻度磁板、外套管四个部分。在小百叶箱的底板中心，安装一个温度表支架，干湿球温度表垂直悬挂在支架两侧的环内，球部向下，干球在东，湿球在西，球部中心距地面1.5米高。湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。杯口距湿球球部约3厘米，杯中盛蒸馏水，供湿润湿球纱布用。湿球包扎纱布时，要把湿球温度表从百叶箱内拿出，先把手洗干净后，再用清洁的水将温度表的感应部分洗净，然后将长约10厘米的新纱布在蒸馏水中浸湿，使上端服贴无绉折地包卷在水银球上（包卷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的纱布扎紧，再把球部下面的纱布紧靠着球部扎好（不要扎得过紧），并剪掉多作的纱线。（二）观测与记录：1．观测程序：分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的观测数据，观测顺序是：干球、湿球温度表，最低温度表酒精柱，最高温度表，最低温度表游标，调整最高、最低温度表，温度计和湿度计读数并作时间记号。2・各种温度表读数要准确到0・1°C。温度在0°C以下时，应加负号“-”，读数记入观测薄相应栏内。3．温度表读数时应注意：1）避免视差观测时必须保持视线和水银柱顶端齐平。2）动作要迅速读数力求敏捷，尽量缩短停留时间，并且勿使头、手和灯接近球部，不要对着温度呼吸。3）注意复读避免发生误读或颠倒零上、零下的差错。二、通风干湿表的观测通风干湿表携带方便，精确度高，是一种常用于野外考察或小气候观测时测定空气温度和湿度的良好仪器。1．构造原理其作用和原理与百叶箱干湿球温度表一样，主要不同之处，也是它的优点，即它利用机械（或电动）通风装置，使流经温度表球部的风速恒定为2~3m/s。仪器表面磨光和全部镀镍或铬，是很好的反射体。温度表的球部有双层辐射防护管保护，能很好地减轻热传导的影响。因此，通风干湿表可以露天装置，也可以在阳光下进行观测。通风干湿表的构造如图所示，干湿球温度表被默写在金属框架上，温度表的球部在双层辐射防护外套管和内套管的里面，内外套管借三通管和中心管与风扇相通。用插入圆顶上特制的钥匙上发条，以开支风扇。空气由内套管进入，经过中心管、再从风扇圆顶下边沿的缝隙排出。仪器的附件有：湿润纱布用的玻璃滴管和铜夹，保护风扇不受外面风影响的防风罩，悬挂仪器用的挂钩。2．安装观测前先把仪器悬挂好，仪器感应部分离地面的高度根据需要而定。观测高度在0・5m以上时，仪器应垂直悬挂；观测高度在0・5m以下时，应与地面平行放置，温度瑶球部向着迎风面。3．观测和记录通风干湿表在正式观测前4分钟必须按下列步骤完成准备工作：湿润湿球纱布用滴管吸满蒸馏水，然后倒置，管口向上，一手放开铜夹，一手轻压橡皮囊，使管中水面恰达玻璃管上端的标志处，用铜夹夹紧橡皮管，再将滴管插入湿球的防护内管，使之湿润湿球纱布，约5秒，即放松铜夹，使玻璃管中的水全部流回橡皮囊内，再小心地抽出滴管。上发条通风上发条时要小心，不要上满，要留一两转余地，以免折断发条。悬挂仪器将仪器仔细地挂在预先旋入木桩的金属杆上。观测仪器安装好后，经过4分钟就可以观测(正点观测)，观测的顺序和注意事项与百叶箱干温度表相同，此外，还应注意以下几点：观测时，观测员不要与仪器找茬靠得太近，不要用手接触仪器；风速＞4m/s时，应将防风罩套在风扇口风向一侧，其开口方向与风扇的旋转方向一致，不影响风扇的正常旋转。三、地温的观测(一)观测地段与仪器安装1．地面和浅层地温的观测地段，设在观测场内南面平整出的裸地上，地段面积为2X4平方米，地表疏松、平整、无草，并与观测场整个地面相平。2．地面三支温度表须水平地安放在地段中央偏东的地面，按0厘米、最低、最高的顺序自北向南平行排列，感应部分向东，并使其位于南北向的一条直线上，表间相隔约5厘米；感应部分及表身，一半埋入土中，一半露出地面。埋入土中部分的感应部分与土壤必须密贴，不可留有空隙；露出地面部分的感应部分和表身，要保持干净。3．曲管地温表安置在地面最低温度表的西边约20厘米处，按5，10，15，20厘米度顺序由东向西排列，感应部分向北，表间相隔约10厘米；表身与地面成45度夹角，各表表身应沿东西向排齐。安装时，须按上述要求，先在地面划出安装位置，然后挖沟。表身露出地面的沟壁（称南壁）呈东西向，长约40厘米，沟壁往下向北倾斜，与沟沿成45度坡；沟的北壁呈垂直面，北沿距南沿宽20多厘米；沟底为阶梯形，由东至西逐渐加深，每阶距地面垂直深度分别为5，10，15，20厘米，长约10厘米。沟坡与沟底的土层要压紧。然后安放地温表，使表身背部和感应部分的底部与土层紧贴，各表的深度、角度和距离均符合安装要求，再用土将沟填平。填土时，土层也须适度培紧，使表身与土壤间不留空隙。整个安装过程，动作应轻巧和缓，以免损坏仪器。二）观测和记录1．分别观测记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时5，10，15，20厘米地温表和地面温度表的观测数据；地面最高、最低温度表于13:50时观测一次。各种地温表观测读数要准确要0・1°c,温度在o°c以下时，记录前须加负号“-”2．观测时，按0厘米、最低、最高和5，10，15，20厘米地温的顺序读数。观测地面温度时，应俯视读数，不准把地温表取离地面。读数记入观测簿相应栏。实验结果空气温度和湿度观测表百叶箱时间10:3011:1011:5012:3013:1013:50合计平均计数计数计数计数计数计数百叶箱干球27.929.228.227.227.327.5167.327.9(°C)百叶箱湿球(C)23.224.023.723・123.623.5141.123.5最高温度(C)■■■■■30.0■■最低温度(C)■■■■■25.1■■水汽压24.625.625.624.826.225.8152.625.4相对湿度656367697270—67.7露点温度20.821.521.521.021.821・6——通风干湿表时间10:3011:1011:5012:3013:1013:50合计平均计数计数计数计数计数计数通风干湿表干球(C)28.227.627.427.027.227.0164.427.4通风干湿表湿球(C)25.022.722.423.623.823.8141.323.6水汽压29.524.524.026.927.227.3159.426.6相对湿度776666757577—72.7露点温度23.820.820.422.322.522.6——地温观测表时间10:3011:1011:5012:3013:1013:50合计平均读数读数读数读数读数读数■■地面温度0厘米25.226.627.026.026.527.6158.926.5最高■■■■■27.0■■最低■■■■■25.4■■浅层地温5厘米24.524.925.225.024.724.5148.824.810厘米24.024.424.424.524.524.3146.124.415厘米23.523.423.623.723.923.6141.723・620厘米23.023.023.023.023.223.0138.223.0实验分析图3图51.由实验结果和图1可知，百叶箱干湿表和通风干湿表测得的空气温度和湿度数据近似相等。2.日出后，地面开始吸收辐射热量，地面温度整体呈上升趋势。3.随着深度增加，浅层地温逐渐降低，且浅层地温随时间变化温度变化幅度小；浅层20cm地温随时间变化温度基本不发生变化。实验三降水量与蒸发量的观测实验目的：掌握降水量与蒸发量的观测方法。实验仪器与设备：雨量器、小型蒸发器、量杯。实验内容与步骤：一、雨量器雨量器由承水器（漏斗）、储水筒（外筒）、储水瓶组成，并配有与其口径成比例的专用量杯。（一）安装安置在观测场内固定架子上。器口保持水平，距地面高度70厘米。（二）观测和记录安装后观测最后一次即13:50时的降水量。在观测时要换取储水瓶，把换下的储水瓶取回室内（降水很小或已停止时，也可在观测场内），将水倒入量杯（注意倒净）。然后，用食指和姆指夹住量杯上端，使其自由下垂（或将量杯放在水平的桌面上），视线与水面平齐，以水凹面最低入为准，读得的刻度数即为降水量，记入观测簿中该时降水量定时栏。二、小型蒸发器（一）构造与安置小型蒸发器为一口径20厘米、高约10厘米的金属圆盆。在观测场内的安置地点竖一圆柱，柱顶安一圈架，将蒸发器安放其中。蒸发器口缘保持水平，距地面高度为70厘米。（二）观测和记录1．测量当天10:30注入的20毫米清水（即今日原量）经200分钟蒸发剩余的水量记入观测簿余量栏。蒸发量=原量+降水量-余量2．蒸发器内的水量全部蒸发完时，记为＞20.0（如原量为30.0毫米，记为＞30.0）。此种情况应避免发生，平时要注意蒸发状况，增加原量。3．因降水或其它原因，致使蒸发量测定值成负值时，记为0.0。实验结果降水量13:50合计（mm）00蒸发量（小型）原量（mm）余量（mm）降水量（mm）蒸发量（mm）2019・200.8实验分析实验当天无降雨，天气多云，顾蒸发量较小1实验四、气压和风的观测实验目的1．学会用空盒气压表观测气压的方法；2．学会轻便风向风速表的观测方法。仪器、设备空盒气压表、DJ-8轻便风向风速表。实验内容与步骤一、气压的测定1．空盒气压表的构造原理空盒气压表由感应部分、传动放大部分和指示部分组成。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，盒的两面都有波纹，用以增大空盒的弹性。空盒组的一端与传动放大部分联接，另一端则固定在金属板上。大气压力作用于空盒上时，空盒压缩。当空盒弹力与大气压力相平衡时，空盒就保持一定的形状，指针指出相应的气压值。当大气压力发生变化时，空盒就发生形变，指针位置也相应发生移动。传动放大部分：由传动杆、水平轴，短杠杆、长杠杆和指针轴组成。感应部分的微小变化，经过这一装置可以放大一百倍以上，以带动指针指示出气压值。指示部分：由指针、刻度盘和附属温度麦组成。刻度盘示度一般为600—800mm,最小分度为o・5mm。气压增大时，空盒被压缩，经过传动部分带动指针，向右偏转，气压示度升高，气压减小时，空盒向外扩张，带动指针向左偏转，气压示度降低。为读取仪器温度，有的空盒气压表还付装了温度表。2・观测与记录仪器放置水平后打开盒盖，先读附属温度，准确到0・1°C,然后轻敲盒面(克服机械摩擦)，待指针静止后再读数。读数时视线必须与刻度盘平面垂直，精确到小数一位，复读后关好盒盖。二、风的测定风的观测包括风向与风速。由于风向和风速随时间的变化很大，瞬时值缺乏代表性，所以取两分钟的平均值和最多风向值。风向用十六方位法表示，通常用符号记录。风速单位用米／秒。测定风向风速的仪器很多，气象台站一般都用EL型电接风向风速计。野外流动观测时，常用DJ-8轻便风向风速表。1．构造原理：仪器由风向仪(包括风向标、方向盘，制动小套管)、风速表(包括十字架，风杯、风速表主机体)和手柄三部分组成。当压下风速按钮，启动风速表后，风杯随风转动，带动风速表主机体内的齿轮组，指针即在刻度盘上指示出风速。同时，时间控制系统也开始工作，经过一分钟后自动停止计时，风速指针也停止转动。指示风向的方位盘，为一磁罗盘，当制动小套管打开后，罗盘按地磁子午线的方向稳定下来，风向标随风向摆动，其指针即指出当时风向。2．观测与记录观测时，应将仪器带至空旷处，由观测者手持仪器，高出头部并保持垂直，风速表刻度盘与当时风向平行，观测者应站在仪器的背风向。然后，将方位盘的制动小套管向下拉，并向右转一定的角度，启动方位盘，使其能自由旋转，按地磁子午线的方向稳定下来。注视风向标约1分钟，记录其最多风向。在观测风向时，待风杯旋转1分钟后，从风速表上读出风速。实验结果时间10:3011:1011:5012:3013:1013:50合计平均气压(hpa)957.2957.8957.5957.5957.1956.4—957.3风向CNESESESESE——风速(m/s)0.00.70.60.90.61・03.80.6实验分析天中气压的变化在同一地点不明显。同一地点短时间内的风向、风速具有不确定性空盒式气压表精确度不够高，但有方便携带的优点。由于四川是盆地地形，四周的山地起到阻碍的作用，它受到风的影响比较小，风向也不定。冬季副热带西风气流被青藏高高原所阻出现南北分支。四川省处在高原东侧两支西风的辐合区内，低层是北支冷气流，上层是南支暖流。盆地区接地层受北支西风下沉气流控制，风力微弱、天气稳定。在这层厚度不大的冷空气上有南海高压送来的较暖湿空气滑行，使四川盆地多阴沉天气、日照少