氣象儀器實(shí)驗(yàn)報(bào)告完整版教材

1、1711南京信息工程大學(xué) 氣象儀器 實(shí)驗(yàn)(實(shí)習(xí))報(bào)告系 專業(yè) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 一、風(fēng)的測(cè)量1、 測(cè)風(fēng)的儀器有：測(cè)量風(fēng)的儀器主要有EL型電接風(fēng)向風(fēng)速儀、EN型系列測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)處理儀、海島自動(dòng)測(cè)風(fēng)站、輕便風(fēng)向風(fēng)速表、單翼風(fēng)向傳感器和風(fēng)杯風(fēng)速傳感器等（1）測(cè)風(fēng)儀：測(cè)風(fēng)設(shè)備由氣象傳感器、數(shù)據(jù)記錄儀、電源系統(tǒng)、輕型百葉箱、野外防護(hù)箱和不銹鋼支架等部分構(gòu)成。風(fēng)速風(fēng)向等傳感器為氣象專用傳感器，具有高精度高可靠性的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)記錄儀具有風(fēng)能數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、風(fēng)能數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)定、友好的人機(jī)界面和標(biāo)準(zhǔn)通信功能。廣泛應(yīng)用于風(fēng)電、氣象、環(huán)保、機(jī)場(chǎng)、農(nóng)林、水文、軍事、倉(cāng)儲(chǔ)、科學(xué)研究等領(lǐng)域。應(yīng)用范圍：可用于風(fēng)能、氣

2、象，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，水文水利，環(huán)保，高速公路，機(jī)場(chǎng)和港口等風(fēng)杯：測(cè)量風(fēng)的大小利用的原理：風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，天氣預(yù)報(bào)風(fēng)的大小為多個(gè)測(cè)量值的平均值。風(fēng)向標(biāo)：測(cè)量風(fēng)的方向利用的原理：當(dāng)風(fēng)的來(lái)向與風(fēng)向標(biāo)成某一交角時(shí)，風(fēng)對(duì)風(fēng)向標(biāo)產(chǎn)生壓力，這個(gè)力可以分解成平圖為風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)行和垂直于風(fēng)向標(biāo)的兩個(gè)風(fēng)力。由于風(fēng)向標(biāo)頭部受風(fēng)面積比較小，尾翼受風(fēng)面積比較大，因而感受的風(fēng)壓不相等，垂直于尾翼的風(fēng)壓產(chǎn)生風(fēng)壓力矩，使風(fēng)向標(biāo)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，直至風(fēng)向標(biāo)頭部正好對(duì)風(fēng)的來(lái)向時(shí)，由于翼板兩邊受力平衡，風(fēng)向標(biāo)就穩(wěn)定在某一方位。風(fēng)向標(biāo)的箭頭永遠(yuǎn)指向風(fēng)的來(lái)源，其原理其實(shí)非常簡(jiǎn)單：箭尾受風(fēng)面積比箭頭大，若箭頭及箭尾均受風(fēng)，箭尾必會(huì)被風(fēng)推后，使

3、箭頭移往風(fēng)的來(lái)源。風(fēng)向標(biāo)裝置于高桿子上，為使風(fēng)向紀(jì)錄更準(zhǔn)確，必須于桿底用指南針測(cè)定10秒的風(fēng)向(當(dāng)時(shí)風(fēng)向須穩(wěn)定)。（2）測(cè)風(fēng)塔： 測(cè)風(fēng)塔的組成：包括塔底座、塔柱、橫桿、斜桿、風(fēng)速儀支架、避雷針、拉線等。測(cè)風(fēng)塔的主要功能：環(huán)境監(jiān)測(cè)，風(fēng)、氣壓、濕度等資源數(shù)據(jù)采集。為相應(yīng)的儀器設(shè)備的安裝做支撐。優(yōu)點(diǎn)：風(fēng)荷載系數(shù)小，抗風(fēng)能力強(qiáng)。塔身?yè)躏L(fēng)面積小，利于采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確客觀，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)的差距降到最低。采集塔柱采用外法蘭盤連接，螺栓受拉，不易破壞，鋼絞線加固。塔柱正三角型布置,節(jié)約鋼材,跟開小，占地面積小，節(jié)約土地資源，造價(jià)低廉(僅為角鋼自立塔的1/3或更少)，選址便利，塔身自重輕，運(yùn)輸和安裝便捷、建設(shè)

4、工期短,塔型隨風(fēng)荷載曲線變化設(shè)計(jì)，線條流暢，遇罕遇風(fēng)災(zāi)不易倒塌，安全系數(shù)高，設(shè)計(jì)符合國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和塔桅設(shè)計(jì)規(guī)程，結(jié)構(gòu)安全可靠。（3）、EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)是由感應(yīng)器、指示器、記錄器組成的有線遙測(cè)儀器。感應(yīng)器由風(fēng)向和風(fēng)速倆部分組成。風(fēng)向部分由風(fēng)標(biāo)、風(fēng)向方位塊、導(dǎo)電環(huán)、接觸簧片等組成；風(fēng)速部分由風(fēng)杯、交流發(fā)電機(jī)、蝸輪等組成。指示器由電源、瞬時(shí)風(fēng)向指示盤、瞬時(shí)風(fēng)速指示盤等組成。記錄器由8個(gè)風(fēng)向電磁鐵、自記鐘、自計(jì)筆、筆擋、充放電線路等部分組成。EL型電接風(fēng)向風(fēng)速計(jì)2、高空測(cè)風(fēng)的方法測(cè)風(fēng)氣球：測(cè)風(fēng)氣球是測(cè)定高空風(fēng)向風(fēng)速的一種充滿氫氣的氣球，升速有100米/分或200米/分的。從地面施放后，一面上

5、升，一面在水平方向上隨風(fēng)飄行。與此同時(shí)用測(cè)風(fēng)經(jīng)緯儀不斷跟蹤觀測(cè)，并記下它每分鐘的仰角和方位角，然后經(jīng)過(guò)計(jì)算求出氣球經(jīng)過(guò)的空中各層的平均風(fēng)向和風(fēng)速。風(fēng)箏：利用風(fēng)箏上攜帶的各種測(cè)量?jī)x器，獲取不同時(shí)刻，不同位置和高度上的風(fēng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。飛機(jī)：原理與方法與風(fēng)箏類似，但是，其本身造價(jià)較高，因此一般使用量也少。3、 超聲波測(cè)速儀該儀器為目前測(cè)量風(fēng)速較為先進(jìn)的儀器，測(cè)量的風(fēng)為三維，一般儀器測(cè)的風(fēng)為二位。利用的原理：超聲波測(cè)速儀每隔一相等時(shí)間，發(fā)出一超聲脈沖信號(hào)，每隔一段時(shí)間接收到一經(jīng)汽車反射回的該超聲脈沖信號(hào)，若汽車勻速行駛，則間隔時(shí)間相同，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號(hào)間的時(shí)間間隔差和聲速，測(cè)出被測(cè)汽車的速度。（與

6、雷達(dá)測(cè)速相似）優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量誤差小。4、 其他先進(jìn)測(cè)量?jī)x器大氣風(fēng)場(chǎng)測(cè)量的主要手段 目前主要的大氣風(fēng)場(chǎng)測(cè)量手段有聲雷達(dá)、微波雷達(dá)和激光雷達(dá)。 一、多普勒聲雷達(dá) 多普勒聲雷達(dá)是一種測(cè)量大氣對(duì)流層低層常用的遙測(cè)手段，它可以較好地測(cè)量低空由幾十米開始到幾百米乃至一公里范圍內(nèi)地風(fēng)廓線，還可以用于測(cè)量折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等湍流參數(shù)量廓線。 聲雷達(dá)發(fā)射聲波后，接收大氣的后向散射信號(hào)，由于大氣中氣團(tuán)是隨風(fēng)運(yùn)動(dòng)的，因此，接收的信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的頻率之間會(huì)有多普勒頻移。由于發(fā)射波長(zhǎng)是以知的，測(cè)量到多普勒頻率漂移的大小，就可以得到氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)速度。 二、微波雷達(dá) 微波風(fēng)廓

7、線雷達(dá)是目前用來(lái)測(cè)量風(fēng)廓線的一種主要設(shè)備，它通過(guò)發(fā)射微波脈沖，探測(cè)大氣中湍流渦漩對(duì)微波后向散射或待測(cè)大氣中的云、雨、冰或其它降水粒子等運(yùn)動(dòng)粒子的回波信號(hào)的多普勒頻移來(lái)反演大氣風(fēng)廓線，并由它的回波功率可以反演折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的廓線，其波長(zhǎng)較紅外和激光長(zhǎng)許多倍，因而受大氣的影響小得多，是目前主要應(yīng)用的風(fēng)速測(cè)量的系統(tǒng)。 三、測(cè)風(fēng)激光雷達(dá) 測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)是以激光器為光源向大氣發(fā)射激光脈沖，接收大氣（氣溶膠粒子和大氣分子)的后向散射信號(hào)，通過(guò)分析發(fā)射激光的徑向多普勒頻移來(lái)反演風(fēng)速的，從探測(cè)方式上可以分為相干探測(cè)激光雷達(dá)和非相干探測(cè)（直接探測(cè)）激光雷達(dá)。二、 雨的測(cè)量1、 降雨測(cè)量參數(shù)雨量

8、：一定時(shí)間內(nèi)，降水總量。雨強(qiáng)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，降水量。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：降水雨mm為單位（或kg/m2），取一位小數(shù)。日降水量應(yīng)讀到0.2mm，最好讀到0.1mm.周或月降水量應(yīng)精確到1mm，日降水量的測(cè)量應(yīng)定時(shí)進(jìn)行。 換算方法：據(jù)氣象部門介紹：氣象預(yù)報(bào)把下雨、下雪都叫做降水，降水的多少叫降水量，表示降水量的單位通常用毫米。1毫米的降水量是指單位面積上水深1毫米。 從天空降落到地面上的雨水（或融化后的固體降水）既不流走，也不滲透到地里，同時(shí)也不被蒸發(fā)掉而積聚起來(lái)的一層水的深度，通常以毫米為單位。降雨量可以用雨量器來(lái)測(cè)量，同時(shí)還可以用雨量計(jì)來(lái)自動(dòng)記錄雨勢(shì)的變化和雨量的大小。2、 測(cè)量降水的儀器主要有雨量器，

9、常用的測(cè)量降水的儀器有雨量器、翻斗式雨量器、虹吸式雨量計(jì)和雙閥容柵式雨量傳感器等。 上圖為虹吸式雨量器3、 翻斗式雨量器應(yīng)用：翻斗式雨量計(jì)系列產(chǎn)品用于氣象臺(tái)（站）、水文站、水電站、排澇站、鐵路、公路、國(guó)防、科研等部門用來(lái)測(cè)量液體降水量、降水強(qiáng)度、降水起迄時(shí)間。  單翻斗雨量器     組成：翻斗式雨量計(jì)由翻斗式雨量傳感器系列產(chǎn)品，雨量顯示器（記錄儀）、傳輸三芯信號(hào)屏蔽線（150米以內(nèi)）所組成。 翻斗式雨量傳感器分辯力為0.1，0.2，0.5，1.0mm。弊端：如果雨量大，則雨水會(huì)溢出，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確；如果雨量小，雨水下不到里

10、面去，也會(huì)帶來(lái)很大的誤差。4、 光學(xué)雨量器光學(xué)雨量傳感器主要由光源、光源整合器、采樣空間、接收器、數(shù)據(jù)處理部分組成。當(dāng)雨滴（或雪粒等其他降水粒子）穿越采樣空間時(shí)，雨滴會(huì)遮擋激光，接受傳感器接受到的光信號(hào)和由光信號(hào)轉(zhuǎn)變的電信號(hào)（如電壓或電流）就會(huì)改變，當(dāng)雨滴穿過(guò)采樣空間后，接受傳感器的電信號(hào)又恢復(fù)雨滴進(jìn)入采樣空間之前的狀態(tài)。在雨滴穿越采樣空間時(shí)，對(duì)接受傳感器的電信號(hào)進(jìn)行處理，就可以得到雨滴穿越采樣空間的時(shí)間。原理：利用光的反射，折射測(cè)量雨的大小，強(qiáng)度。特點(diǎn)：光學(xué)雨量傳感器具有免維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)。光學(xué)雨量傳感器在暴雨、山洪、泥石流等災(zāi)害性降水天氣的

11、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、預(yù)警中起著關(guān)鍵作用，具有良好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。同時(shí)，光學(xué)雨量傳感技術(shù)的研究可填補(bǔ)該領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)空白，為氣象儀器的國(guó)產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)。5、 新型雨量器：稱重式雨量器原理：利用下面帶有的傳感器測(cè)量雨的重量，得到雨的大小等。弊端：冬季結(jié)冰，誤差大。組成：雨量計(jì)由承雨筒、智能傳感器、數(shù)據(jù)采集器、GPRS無(wú)線信號(hào)接收器和雙行液晶顯示器以及與之相配套的系統(tǒng)軟件組成6、 虹吸式雨量計(jì)應(yīng)用：用來(lái)連續(xù)記錄液體降水量，降水的起迄時(shí)間和降水強(qiáng)度，適用于氣象臺(tái)(站)、水文站、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等有關(guān)單位。利用虹吸原理排出浮子塞內(nèi)降水,最大優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約能源，降水有記錄，不需要人守候，精度高，但必須定時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)去更換記錄紙。

12、雨量器SL3-1型雨量傳感器7、 測(cè)雨雷達(dá)：組成部分測(cè)雨雷達(dá)是利用物體對(duì)電磁波的散射作用來(lái)對(duì)云、雨、雪、雹等進(jìn)行觀測(cè)的.當(dāng)雷達(dá)天線發(fā)射出去的電磁波在空間傳播時(shí)，若遇到云、雨、雪、雹等目標(biāo)物，就有一部分輻射能會(huì)被反射回來(lái)，并被雷達(dá)天線接收，這時(shí)在顯示器上就會(huì)出現(xiàn)許多亮度不等的區(qū)域，即云、雨、雪、雹等的回波圖像，簡(jiǎn)稱氣象回波。所以，用測(cè)雨雷達(dá)可似隨時(shí)提供幾百公里范圍內(nèi)的降水分布和結(jié)構(gòu)等氣象情報(bào).與氣象衛(wèi)星云圖相比，測(cè)雨雷達(dá)提供中尺度的降水信息，對(duì)于補(bǔ)充地面站的不足十分有效.利用雷達(dá)回波可以測(cè)定降雨云團(tuán)的方位、高度、距離等三維信息，通過(guò)紀(jì)錄還可以測(cè)定降雨的歷時(shí)和變化過(guò)程，配合地面雨量站的實(shí)時(shí)校正，雷

13、達(dá)測(cè)雨的精度很高三、蒸發(fā)測(cè)量蒸發(fā)傳感器1用途FFZ-01型數(shù)字式水面蒸發(fā)傳感器是用于觀測(cè)水面蒸發(fā)在不同時(shí)間段變化規(guī)律的儀器，它是依據(jù)中華人民共和國(guó)水利電力部標(biāo)準(zhǔn)水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范SD265-88要求制造，可直接與618mm的蒸發(fā)桶或與20m2標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)池配套使用，用以監(jiān)測(cè)水面蒸發(fā)量的測(cè)量?jī)x器。它的量測(cè)精度、穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于超聲波型及其它類型的水面蒸發(fā)傳感器，又能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)傳，適于裝備各地區(qū)、各種類型的蒸發(fā)站、氣象站。2特點(diǎn)·數(shù)字化傳感器無(wú)溫漂、時(shí)漂，性能長(zhǎng)期穩(wěn)定；·高分辨力、高精度；·在風(fēng)浪和降雨氣候條件下也能正常觀測(cè)，不失準(zhǔn)確度；·抗電磁干擾，即使停電后再通電，

14、輸出數(shù)據(jù)依然正確；·能與蒸發(fā)桶、水圈、自動(dòng)加水裝置、采集記錄裝置配套使用，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)過(guò)程自動(dòng)監(jiān)控。3功能、使用范圍· 與自動(dòng)補(bǔ)水控制裝置配合使用，組成簡(jiǎn)易型自動(dòng)遙測(cè)蒸發(fā)站；· 與蒸發(fā)數(shù)據(jù)記錄器配套組成數(shù)字記錄式蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)過(guò)程的自動(dòng)記錄；· 與JFZ-01型數(shù)字式雨量計(jì)、數(shù)字式溢流量計(jì)配套，組成全自動(dòng)蒸發(fā)雨量測(cè)站，裝備基本蒸發(fā)站網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)、降雨過(guò)程的自動(dòng)觀測(cè)、記錄和遠(yuǎn)傳。液位傳感器：測(cè)量水面的高度液位傳感器（靜壓液位計(jì)/液位變送器/液位傳感器/水位傳感器）是一種測(cè)量液位的壓力傳感器靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的

15、原理，采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為420mA/15VDC）原理：超聲波測(cè)距原理。通常將超聲波傳感器放置在百葉箱中，原因是其容易受光照，溫度等影響。4、 輻射測(cè)量組成部分：由輻射表（傳感器）與采集器組成原理：輻射表安裝在專用的架子上，采集器要求每分鐘輸出一次采樣值（實(shí)際為1min均勻才六次加以平均），儀器的形式較多。輻射表電信號(hào)輸入采集器的功能：自動(dòng)采集各輻射表電壓mV值，計(jì)算各輻射量的輻射度，時(shí)曝輻量，日曝輻量；并挑戰(zhàn)個(gè)極大值及出現(xiàn)的時(shí)間。歐拉角：用來(lái)確定定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體位置的3個(gè)一組獨(dú)立角參量，由章動(dòng)角、旋進(jìn)角（即進(jìn)動(dòng)角）和自轉(zhuǎn)角j組成，為歐拉首先提出而得名。五、地溫傳感器測(cè)量地表和地下的溫度。地溫傳感器利用鉑電阻進(jìn)程測(cè)量。鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時(shí)自身電阻值也隨之改變的特性來(lái)測(cè)量溫度的，顯示儀表將會(huì)指示出鉑電阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)中存在溫度梯度時(shí)，所測(cè)量的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度六、天空成像儀測(cè)量云的覆蓋量。云高儀：測(cè)量運(yùn)動(dòng)過(guò)來(lái)的云的云底高度。目前，還很難測(cè)量云的厚度。特點(diǎn)：天空成像儀在進(jìn)行圖象分析時(shí)會(huì)模糊化遮擋