氣象學實習報告 小氣候綜合實習報告

地點：北京林業(yè)大學氣象站一前言研究目的：通過對單點太陽輻射，空氣溫度、濕度、土壤溫度、氣壓等氣象要素的觀察分析理解這些氣象要素的日變化規(guī)律。同時通過與對比點間這些氣象要素的對比分析，理解不同下墊面的氣候特性，掌握小氣候的研究辦法。小氣候的氣候的概念、特點、分類：小氣候是指在小范疇內，由地形、河流、湖泊、植被、土質等影響所形成的特殊氣候。根據(jù)下墊面類別的不同，可分為農(nóng)田小氣候，森林小氣候，湖泊小氣候等等。與大范疇氣候相比較，小氣候有五大特點：(1)范疇小，鉛直方向大概在100米以內，重要在2米下列，水平方向能夠從幾毫米到幾十公里，因此，常規(guī)氣象站網(wǎng)的觀察不能反映小氣候差別(2)差別大，無論鉛直方向或水平方向日照、溫度、濕度和風等氣象要素的差別都很大，并且越近地面變異越大，例如：在靠近地面的貼地層內，溫度在鉛直方向遞減率往往比上層大2～3個量級。(3)變化快，在小氣候范疇內，溫度、濕度或風速隨時間的變化都比大氣候快，含有脈動性。日變化激烈，越靠近下墊面，溫度、濕度、風速的日變化越大。(4)小氣候規(guī)律較穩(wěn)定。只要形成小氣候的下墊面物理性質不變，它的小氣候差別也就不變。因此，可從短期考察理解某種小氣候特點。二、材料和辦法

2.1測點概況（第二組）=1\*GB3①北京林業(yè)大學氣象站位于北京市海淀區(qū)北京林業(yè)大學北部（北緯40°，東經(jīng)116°19’海拔約40m）。=2\*GB3②氣象站地處平原，地勢平坦。周邊水體不豐富，無河流、泉水、江海等物。=3\*GB3③氣象站內下墊面豐富，含有水泥地、裸地及草地，草地內植被豐富并夾雜小面積泥地，植被較多且生長狀況良好,中間有兩棵松樹，東面有一棵大樹。=4\*GB3④土壤為壤土，中間夾雜有少量磚塊，測點周邊有沙土。=5\*GB3⑤氣象站周邊建筑物為樓房及平房、層次分明、比較密集、北方有一幢2層的氣象觀察樓，南方大概一百米處有一幢9層大概27米高的樓房，東方有一排樣板房，西方是正在施工的高大樓房。2.2測定內容與辦法1、測定內容太陽輻射（直接輻射表、天空輻射表）20cm、150cm空氣溫度（通風干濕球溫度表）風(風杯風速表)氣壓(空盒氣壓表)不同深度土壤溫度(直管地溫表、曲管地溫表)2、測定環(huán)節(jié)53′通風表上水，通風，懸掛在20cm高處和150cm處。55′觀察地溫（０cm、Tmax、5cm、10cm、15cm、20cm)注：Tmin56′觀察云量、天氣狀況。58′讀20cm干、濕球溫度，持續(xù)讀三次，讀后通風59′將風速表懸掛在1m高處，松開羅盤小套管，按下啟動桿。60′讀150cm干、濕球溫度，持續(xù)讀三次，讀后通風01′讀風向及批示風速。02′讀20cm干、濕球溫度，持續(xù)讀三次，讀后通風。03′讀氣壓。（經(jīng)三次訂正得出氣壓值）05′觀察地溫三、成果分析（一）單點分析3.1太陽輻射日變化3.1.1達成地面的直接輻射Sb的日變化規(guī)律直接輻射（directradiation)：太陽以平行光線的形式，投射到地面上的那一部分輻射能，稱為直接輻射。分析：太陽直接輻射的強弱和許多因子有關，其中最重要的有兩個：太陽高度角和大氣透明度。=1\*GB3①太陽高度角：太陽高度角不同時，地表面單位面積上所獲得的太陽輻射也就不同。太陽高度角越小，等量的太陽輻射散布的面積就越大，因而地表面單位面積上所獲得的太陽輻射就越小。太陽輻射穿過的大氣層越厚太陽輻射被削弱也較多，達成地面的直接輻射就較小。相反，太陽高度角越大，地面的直接輻射越小。=2\*GB3②大氣透明度：大氣透明度的特性用大氣透明系數(shù)（P）表達。大氣透明系數(shù)：指透過一種大氣質量的輻射強度與進入該大氣的輻射強度之比。大氣透明系數(shù)越小，太陽輻射受到的削弱越強，達成地面的太陽輻射也越小。達成地面的直接輻射變化規(guī)律如圖所示：在12點之前處在上升狀態(tài)，之后下降，最高值為763.2W/m2。=1\*GB2⑴上午太陽升起，太陽高度角很小，達成地面的直接輻射為0，隨著太陽高度角的逐步增大，直接輻射強度不停增強，太陽高度角在中午達成最大，直接輻射最強；日落時太陽高度角最小，直接輻射最弱。=2\*GB2⑵一天大氣透明度好，日光狀況為⊙2。太陽輻射受到的削弱越弱，達成地面的太陽輻射也越大。散射輻射（Sd）的日變化規(guī)律太陽輻射在大氣中碰到空氣分子或微小的質點時，當這些質點的直徑不大于構成太陽輻射的電磁波波長時，太陽輻射中的一部分能量就以電磁波的形式從該質點向四周八方傳輸出去，這種現(xiàn)象稱為散射。通過散射形式傳輸?shù)哪芰糠Q為散射輻射。分析：影響散射輻射的因素：太陽高度角、大氣透明度、海拔高度和云。太陽高度角越大，大氣透明度越低，海拔高度越高，散射輻射越大。散射輻射變化規(guī)律如圖所示：從早上八點二十到午后兩點散射輻射波折上升，兩點時有最大值為117.9。從早上開始太陽高度角逐步增大，因此散射輻射總體我增加趨勢。但十一點到十二點大氣透明度較高，其變化對散射輻射影響較大，造成散射輻射臨時削弱。兩點后來太陽高度角逐步減小，散射輻射削弱。實習地點始終為未變，因此海拔高度無影響。一每天氣晴朗，天空無云，因此云也無影響?？傒椛洌⊿t）的日變化規(guī)律總輻射：直接輻射與散射輻射之和稱為總輻射。分析：總輻射重要受太陽高度角、大氣透明度、云量等因素影響。從早上開始大氣透明度較高，且變化較小，云量也始終不多，因此總輻射重要受太陽高度角變化的影響，從早上開始到中午太陽高度角逐步增大，總輻射增強，十二點后太陽高度角逐步減小，總輻射削弱。此成果與直接輻射與散射輻射測量成果相吻合。反射輻射（Sr)的日變化反射輻射：達成地面的總輻射，不能全部為地面吸取，有一部分由于地面反射作用而返回大氣或宇宙空間，這一部分輻射為地面反射輻射（Sr)。反射輻射與總輻射之比用反射率表達。分析：反射率重要與下墊面的顏色、濕度、粗糙度、不同植被、土壤性質及太陽高度角等因素有關。其中以顏色、濕度、粗糙度等的影響較大。另外，太陽高度角的變化，使太陽光線的射入角和光譜成分發(fā)生變化，反射率也隨之變化。由于觀察地點始終未變，因此反射輻射重要受太陽高度角影響。早上太陽高度角較小，反射率較大，隨著太陽高度角增大，反射率減小。早上的反射率雖大，但總輻射較弱，因此反射輻射弱，而后反射率逐步減小，直接輻射增強且程度較大，因此反射輻射增強；午后反射率逐步增大，直接輻射削弱且程度較大，反射輻射削弱。3.2土壤溫度的變化3.2.1不同深度土壤溫度的日變化規(guī)律土表日間增熱和夜間冷卻引發(fā)土壤溫度的晝夜變化，土壤溫度在一晝夜內隨時間的持續(xù)變化，稱為土壤溫度的日變化。分析：由圖可知土壤溫度的最大值十四點到十五點左右，比太陽輻射最大值（十二點）稍落后，且土層越深土壤溫度最大值越晚出現(xiàn)，土壤最低溫度出現(xiàn)在日出前后。土溫日差隨深度增加而減少。這是由于表層土壤在接受太陽輻射后先升溫，并向下層導熱，土層越深熱量越晚達成。3.2.2土壤溫度的垂直變化規(guī)律分析：早上（08：50）升起但測量地東方有一株大樹擋住了陽光，因此地表接受的輻射極少，溫度較低，深層土壤溫度較高。而后（13：00、16：00）太陽逐步升起，土壤表面獲得太陽輻射增多，溫度快速上升，熱量由地表向下層傳遞，土壤溫度隨深度增加而減少。黃昏時（18：00）地面因輻射冷卻溫度下降，土壤上層開始出現(xiàn)輻射型，下層仍保持日射型，此型下的溫度分布時上層和下層都比較低，中間層溫度較高。3.3不同高度氣溫的日變化規(guī)律一天中氣溫隨時間的持續(xù)變化稱為氣溫的日變化。分析：日出后，隨著太陽輻射的增強，地面凈得熱量，溫度升高。此時地面放出的熱量隨著溫度升高而增強，大氣吸取地面放出的熱量，氣溫升高。正午后來，太陽輻射強度即使開始削弱，但地面得到的熱量不不大于失去的熱量，地面儲存的熱量仍在增加，因此氣溫繼續(xù)升高。午后大概14：00時地面得到的熱量因太陽輻射的進一步削弱而少于失去的熱量，地溫下降，最后造成氣溫下降。20cm的溫度始終高于150cm的因素有兩個：一是地面是大氣增溫的重要和直接熱源，距離地面越遠，獲得的地面長波輻射的熱能越少，氣溫越低；二是距離地面越近水汽和氣溶膠粒子越多，它們吸取地面輻射能力強，氣溫越高。3.4不同高度濕度的日變化規(guī)律3.4.1不同高度相對濕度（u）的日變化規(guī)律相對濕度：空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分數(shù)表達）。即：U=e/E×100%U的大小直接反映空氣距離飽和的程度。分析：U的大小決定于大氣中的水汽含量和氣溫。當e不變時，E上升，造成U下降；反之，氣溫下降，造成U上升。圖中顯示：8：50以前和13：00-15：00一段時間150cm處的U不不大于20cm外，其它時間都相對較小。20cm處的氣溫雖高，但此處的水汽含量更高，從而造成大段時間內150cm處的U不大于20cm，13：00-15：00時氣溫很高大氣中水汽含量極少，此時U重要受氣溫影響，20cm處氣溫較高，因此150cm處的U不不大于20cm。3.4.2不同高度水汽壓（e）的日變化規(guī)律大氣中水汽所產(chǎn)生的壓力稱為水汽壓。分析：日出后，溫度升高，土壤中水分開始蒸發(fā)，e逐步增大。午后氣溫逐步減少，蒸發(fā)削弱，空氣中的水分減少，e變小。其中20cm距地面較近，溫度較高，水分較多，e較大。14：00左右20cm處溫度過高，水分蒸發(fā)快，e較小。氣壓日變化氣壓：地球表面單位面積上所受到的大氣壓力稱為氣壓。分析：氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度、大氣密度等有關。上午，大氣溫度低，空氣冷卻收縮，大氣密度大，氣壓較大。白天隨著溫度逐步升高，低層空氣受熱膨脹上升，升到空氣向四周流散，氣壓逐步減少。觀察點不變，因此與海拔無影響。3.6風的日變化觀察當天，本站風速較小，風向不定。（二）對比分析我組（二組）與四組進行比較1、不同測點達成地面的直接輻射的比較14：00以前兩測點達成地面的地面直接輻射隨時間太陽高度角變化規(guī)律基本相似，但由于二組東面有樹木遮擋，因此開始時，直接輻射為零，四組西面有一正在施工的高大建筑，因此14：00時直接輻射忽然下降。2、不同測點的散射輻射的比較太陽高度角越大，散射輻射越大。因此兩組的圖像都是先上升后下降。四組據(jù)施工地點較近，大氣透明度低，散射輻射強，且二組周邊樹木較多，空氣濕度較大，因此四組測得的散射輻射明顯強于二組。3、不同測點的反射輻射比較二組測點的土地表面植被多，土壤粗糙程度大，反射率明顯小，因此反射輻射也較小。兩個組的總體趨勢都是先增大后減小，這與太陽高度角的變化及受其影響的直接輻射的變化有關。4、不同測點土壤溫度比較無論是0cm還是5cm深的土層，四組測得的土溫都明顯高于二組，這是由于二組測點的植被較多，土壤濕度大，蒸發(fā)作用強，帶走了許多熱量，并且被植被遮擋的地方吸取的直接輻射也比較弱。四組測得的5cm深的成果中，15：時溫度較低，是由于其測點西方有高大建筑物，影響了該點的直接輻射，繼而影響了該點的土溫（見不同測點達成地面的直接輻射的比較圖像）。5、不同測點（20cm、150cm）氣溫比較二測點的東方有一高大樹木且周邊植被較多，早上太陽出來時，被樹木遮擋，直接輻射較小，最后造成氣溫減少，但由于兩測點距離較近，且空氣是流動的，因此兩組測得的成果十分相近。6、不同測點相對濕度（u）比較20、150cm)相對濕度與溫度有關和蒸發(fā)面物態(tài)性質有關。二測點的東方有一高大樹木且周邊植被較多，早上太陽出來時，被樹木遮擋，直接輻射較小，土溫較低，因此蒸發(fā)作用較弱，水汽壓較小，相對濕度較低。后來二組的直接輻射逐步增強并超出四組，并且二組測點處植被較多，土壤濕度較高，因此蒸發(fā)作用較強，水汽壓較大，相對濕度較大。7、不同測點絕對濕度（e)比較（20、150cm)相對濕度與溫度有關和蒸發(fā)面物態(tài)性質有關。二測點的東方有一高大樹木且周邊植被較多，早上太陽出來時，被樹木遮擋，直接輻射較小，土溫較低，因此蒸發(fā)作用較弱，絕對濕度較低。后來二組的直接輻射逐步增強并超出四組，并且二組測點處植被較多，土壤濕度較高，因此蒸發(fā)作用較強，決對濕度較大。四、結論（測點小氣候總結）概括得出的重要結論：太陽輻射、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度各分量的時間、空間變化趨勢及因素直接輻射、散射輻射、總輻射、反射輻射大致上都隨著太陽高度的升高而增大，隨著太陽高度的減少而減小。但也有大氣透明度、日照時間等其它因子來影響太陽輻射，使太陽輻射在一定范疇內有波動。地面土壤溫度大致上隨著太陽輻射的變化而變化，但其最大值稍稍錯后于太陽輻射的最值，這是由于太陽輻射在14：00左右積聚到最大，而土壤在此時吸取的熱量也最多。隨著土壤深度的增加，地溫振幅隨著地深度增加而減少，這是由于土壤能吸取的輻射在逐步較少，受太陽輻射影響也越來越小，因而20cm處的日土壤溫度變化趨于緩和。土壤溫度在空間垂直變化顯現(xiàn)出三種特性：日射型、輻射型和過渡型。在一天中，三種特性均顯現(xiàn)出來。這與所處的時間、環(huán)境有很大關系?？諝鉁囟纫彩请S著太陽輻射的變化而變化，呈現(xiàn)拋物線形態(tài)。但其最大值也稍稍錯后于太陽輻射的最值，在14：00左右積聚到最大；但隨著地面高度的增加，有某些其它因素，如亂流交換作用，也會影響到空氣溫度，使其出現(xiàn)一定變化。水汽壓在亂流作用比較旺盛的地方日變化曲線呈現(xiàn)雙波形，即早晚時刻與氣溫變化趨勢相似，而中午前后，水汽壓與氣溫變化趨勢相反。這是由于中午溫度高，水汽壓隨著溫度升高而增大，飽和水汽壓也增大，但飽和水氣壓增大的速度不不大于水汽壓的速度，使近地面水汽壓減小，因而出現(xiàn)兩個高值和兩個低值的現(xiàn)象。相對濕度的日變化普通與氣溫日變化相反，即隨氣溫增大而減小，最氣溫減小而增大。一天中，相對濕度最大值出現(xiàn)在清晨氣溫最低的時候，最小值出現(xiàn)在其高氣溫出現(xiàn)的時刻。這是由于隨著氣溫升高，水汽壓增大，飽和氣壓也增大，但飽和氣壓增大的速度要快于水汽壓，因而出現(xiàn)之前所說的狀況。改善小氣候環(huán)境應采用的重要方法適宜栽培植物以改善空氣中氧氣、二氧化碳的濃度，并且植物能吸取一定的有害氣體，改善空氣質量。改造本地的地形，使其環(huán)境更趨于大自然的感覺，避免單一地形對不同氣候的不適應性，減少其對其它環(huán)境可能造成的不利影響（例如沙地有可能產(chǎn)生沙塵暴，會影響人的生活）。變化下墊面的輻射特性，使其在適宜時間有益于人的生活。例以下雪后在雪表面撒煤粉等以加緊冰雪融化。地面覆蓋變化使近地氣層的熱狀況和水分狀況。例如能夠在田地中用塑料薄膜覆蓋大棚表面，使日均氣溫提高，加緊農(nóng)作物生長速率。人工控制風速使其在不影響人們的生活。例如為了減少農(nóng)田風速，能夠營造防風林。人工控制蒸發(fā)能夠使下墊面濕潤，增加水分蒸發(fā)，提高空氣濕度，緩和溫度變化。如中耕松土能夠減少旱地蒸發(fā)。五.實習體會通過這次實習，我掌握了諸多東西。首先，我通過這次實習，初步掌握了觀察太陽輻射、地溫、風速風向及干濕度的測量辦法，對數(shù)據(jù)解決并畫圖，分析得出了該小氣候中太陽輻射等多個量的變化規(guī)律。還通過對比分析理解了不同下墊面的小氣候特性。這次實習，不僅使我增加了有關北京的地理知識，還學會了科學合理的氣象觀察辦法，并初步學習了對比分析的基本辦法。另首先，即使實習當每天氣較好，但入夜后（5點至7點）比較嚴寒，露水很大，可是我們還是堅持在外值守并準時地外出觀察做統(tǒng)計。這讓我想起了辛勤的科學工作者，他們也是經(jīng)常要進一步到惡劣的環(huán)境，在這樣的環(huán)境中風餐露宿只是為了得到科學的數(shù)據(jù)。他們謀求真理的精神實是值得我們學習的。并且，有關氣象學的實習能夠使我們更加好的在此后的工作中，特別是在設計工作中有更加好的理論基礎。使我們的設計更完美化。附表1第二小組（本組）小氣候觀察數(shù)據(jù)項目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00地溫(℃)0cm最低溫度最高溫度5cm10cm15cm20cm1.52.04.46.315.417.723.921.914.311.09.0-5223.63.94.15.17.411.312.514.512.511.011.03.64.14.85.46.18.49.910.911.111.011.03.44.65.56.06.57.57.99.09.510.110.53.36.17.17.68.18.88.69.19.610.110.0溫、濕度20cmt干(℃)4.87.610.615.315.620.1521.018.516.411.412.0t濕(℃)3.85.58.611.612.018.517.01515.310.49.5e(mb)7.17.69.711.211.620.016.714.716.611.910.2u(%)8473766466856769898973td(℃)2.33.16.58.69.217.614.712.714.69.47.3d1.402.833.076.066.113.668.167.592.041.574.00150cmt干(℃)5.26.910.513.515.418.818.617.215.611.010.9t濕(℃)3.74.97.18.810.615.617.713.611.39.88.4e(mb)7.67.37.88.29.615.619.613.210.511.39.3u(%)7974625355729267598672td(℃)1.82.53.44.16.413.617.211.17.78.86.0d1.842.644.897.267.8913.871.826.417.211.823.73輻射通量(W?m-2)Sb040.4380.3716.6763.2623.4832.8201.9107.4Sd54.476.076.087.076.097.8117.976.054.3Sr10.943.554.376.076.065.254.321.710.9St54.4116.4456.3803.6839.3721.3500.7278.0161.7Sgr(%)20.0037.4011.99.509.079.0410.847.806.72P(大氣透明系數(shù))00.120.740.650.660.670.730.690.78氣壓(mb)10201020102010201020101810171017101710171016風速(m/s)0.40.30.60.70.70.40.40.60.70.4風向無西西西北北南西南西無云量1010101010101010101010日光狀況⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙專業(yè)：園林10-4小構組員：趙丹、王一蘭、解瑩然、郭磊、卓嘉琪、鄒寓、吳峰、夏宇測點：北京林業(yè)大學氣象站對比組數(shù)據(jù)項目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00地溫(℃)0cm最低溫度最高溫度5cm10cm15cm20cm-1.6911.51422.125.118.121.118.11210-5-5-5-5-5-5101015.5710191615.55.515131234.55.5691112.512.5131312.55668.5