小气候实习报告

1、小气候实习报告气象学实习报告小气候实习 北京林业大学水保152庞建壮小气候实习报告庞建壮摘要：小气候中，受到太阳高度角和大气透明度的影响，太阳辐射在时间（1天）上呈先增后减的变化；反射辐射受太阳光谱影响呈先减后增的变化，同时因下垫面湿度与粗糙程度不同而变化。太阳辐射使土壤温度呈相似趋势变化。又因热量传导方向的改变，土壤温度在垂直分布上进行着过渡型、日射型、辐射型的变化，并因为下垫面导热率不同转换速度与持续时间不同。土壤温度影响地面辐射进而与海拔共同作用影响了空气温度。空气温度由于水汽压共同作用影响了空气湿度（U=e/E）。空气湿度又因为下垫面水分含量等因素不同在不同的下垫面上产生差异。小气候是

2、指在小范围内，由于下垫面构造和特性不同，造成热量和水分收支差异，形成了近地气层和土壤上层局部地区的特殊气候。小气候是在具有相同的大气候特点的范围内，在局部地区，由于地形方位，土壤条件和植被不一致，使该地区具有独特的气候状况。局地小气候的特点，主要表现在个别气象要素（温度，湿度和风）变化剧烈以及个别天气现象（雾,露,霜)上的差异。气温铅直梯度折合成100M为超绝热梯度，水平温度梯度在小范围内可达几度。小气候特点影响的水平范围是随下垫面均一性而定的。铅直方向一般是从下垫面到几十米甚至百米高度，愈接近下垫面，小气候特征愈显著，随着远离下垫面，小气候效应就逐渐减弱，到达某一高度以上，小气候现象就完全消

3、失。正如L.J.贝顿( Batten) 所指出，小气候是代表从地面到不受地面影响高度的气候。十几米或者100米的高度。这一层是人类生活或动植物生长的区域和空间。1.实习目的、意义和内容1.1 通过小气候特征观测，了解小气候观测的原理、观测仪器和安装方法。1.2 掌握辐射、空气温度、湿度、土壤温度、风等气象要素垂直梯度观测方法。1.3 学会整理小气候观测资料，分析小气候要素形成的原因，揭示不同下垫面小气候特征，了解不同下垫面产生的小气候效应，以便进一步改善小气候环境。1.4 学会思考小气候研究的意义，学会搜集相关文献，并在正文中引用。2.实习区域概况与方法2.1 测点的概况及描述：北京林业大学气

4、象站，测点位于北纬40°，东经116°19海拔40m2，属于平原区，附近无水体，地面大多较为平坦，土壤周围有水泥地。周围建筑物状况：北面是气象站的楼，南面为高大的居民楼，东面是一些老的平房，西面有花圃及农田，周围是一般的围墙。下垫面状况：水泥地、湿裸地、干裸地植被状况：测点地面周围有一些矮草，距测点0.5米左右。距测点1.5米左右，还有一些低矮植物土壤状况：土壤为棕壤，较干燥，土壤里可见一些碎石2.2 观测项目：直接辐射、散射辐射、反射辐射、总辐射、反射率，20cm、1.5m空气温、湿度，1m风向、风速，020cm土壤温度，0cm地面最高、最低温度，气压2.3 观测仪器及时

5、间：2.3.1.各个小气候要素均为正点每小时观测一次2.3.2利用天空辐射表和直接辐射表观测太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射、总辐射2.3.3通风干湿表观测0.20m和1.5m高度处的气温和空气湿度2.3.4三杯轻便风向风速表观测1m高度的风向、风速2.3.5地面、地面最低、最高温度表及曲管地温表观测地面和土壤温度3.结果与分析3.1 太阳辐射的时间、空间变化3.1.1本测点水平面上直接辐射、散射辐射、总辐射、反射辐射日变化3.1.2水泥地、湿、干裸地反射率日变化对比3.1.3太阳辐射和反射率时间、空间变化及原因太阳辐射总体呈先增强后减弱的变化趋势。其中直接辐射在15时达到最大；散射辐射在10

6、、11时达到最大；反射辐射在14时达到最大；总辐射在12时达到最大。直接辐射的变化主要是由太阳高度角的变化引起的。太阳高度角越小，等量的太阳辐射散布的面积越小，穿过的大气越厚，因此到达地面的直接辐射也就越少。本次试验中太阳高度角由9时至12时逐渐增大，后至17时逐渐减小，因此直接辐射也先增大后减小，但是由于下午有小气压集团过境，使大气透明度明显增大，因此在15时达到最大值。散射辐射的变化也是由太阳高度角引起的。太阳高度角越大，散射辐射越强。但是由于10时云量增加、大气透明度降低，所以在10时达到最大值，下午太阳高度角减小，且大气透明度上升，散射辐射迅速减弱。总辐射由直接辐射与散射辐射组成，并以

7、直接辐射为主，因此总体趋势与直接辐射相似，受散射辐射影响，在12时达到最高。反射辐射是地面反射的太阳辐射，在时间上的变化也是由太阳高度角引起的，反射辐射量随着太阳高度角增加而增加，并因为下午大气透明度上升而在14时达到最大值。但是在分析反射辐射的时候我们关注的一般是反射率。太阳高度角的变化使太阳光线的入射角和光谱成分发生变化，反射率也随之改变。当太阳高度角比较低时，反射率较大、随着太阳高度角的增大，反射率减小。因此反射率整体呈中午前后较小，早、晚较大。反射辐射在空间上总体呈水泥地最高、湿裸地次之、干裸地最低的变化。造成这种变化的原因主要与土壤湿度和下垫面粗糙度有关。土壤湿度越高，反射率越低；下

8、垫面越粗糙，反射率减小。本次试验中三种下垫面湿度由干裸地、水泥地、湿裸地依次减弱；粗糙程度由干裸地、湿裸地、水泥地依次减弱。因此反射率水泥地最高，湿裸地次之、干裸地最低。3.2 地面和土壤温度时间、空间变化3.2.1本测点0cm20cm土温日变化3.2.2本测点09时、13时、17时、19时0cm20cm土温随深度变化3.2.3湿、干裸地地面温度日变化对比3.2.4土温的时间、空间变化及原因土温的变化总体呈现先增大后减小的变化趋势。9时左右太阳辐射逐渐增强，地面温度上升并向下层土壤传递热量，导致下层温度上升。0厘米最高温度出现在午后13时左右，比太阳辐射最大值稍落后。1时左右太阳辐射逐渐减弱，

9、地表温度上升减弱，各层温度上升都开减弱，随后又继续以不同的速度开始下降。与太阳刚出现时大概基本相同。温度随着深度的增加其传递有一定的滞后性，所以决定在不同深度达到峰值时间不同，随深度增加依次推后。5时左右，地表温度较低，此时下层土壤向上传递热量，导致下层温度下降。处于0cm的土壤温度是变化最大的，处于20cm的土壤温度是变化最小的。这是由于深层土壤的保温作用。9时土壤温度的垂直分布属于早上过渡型，上层温度最高，下层次之，中层最低。这是由于日出后太阳辐射增强，地面升温，想下层土壤传递热量，同时下层土壤仍呈现辐射型向上传递热量，导致中层土壤温度最低。13时和17时土壤温度的垂直分布属于日射型，土壤

10、温度随深度增加而降低。这是由于地表土壤获得太阳辐射后首先增温，并向下层土壤传递热量，使下层土壤逐渐增温。19时土壤温度的垂直分布属于晚上过渡型，上层与下层土壤温度较低，中层土壤温度最高。这是由于19时地面因辐射冷却温度下降，而中层土壤还在由吸收热量向释放热量过渡，下层土壤还处于日射型，温度较中层土壤低。总体上干裸地的温度比湿裸地高，且变化快。这是因为干裸地土壤湿度小，热容量小，吸收相同的太阳辐射，温度变化与湿裸地相比较大。3.3 气温、相对湿度时间、空间变化3.3.1本测点0.2m、1.5m气温日变化3.3.2本测点0.2m、1.5m实际水汽压（e）相对湿度（u)日变化3.3.3水泥地、湿、干

11、裸地20cm空气湿度日变化对比3.3.4气温、实际水汽压、相对湿度时空变化及原因测点气温整体上呈现先增大后减小趋势并在15时左右达到最高。对流层大气的热量主要来源与地面，即温度主要受地面辐射影响，因而受到地温的影响，变化趋势与地温的变化相似，但因为地面温度13时开始下降后大气收的的辐射仍比逆辐射高，因此最高温度略有滞后。本次实验中，20cm处和150cm处温度相差不大，但是150cm温度基本上高于20cm处，这与对流层大气越靠近下垫面温度越高的结论不符，造成这种现象的原因主要是20cm处受到地面水汽蒸发的影响，水蒸发吸热，使20cm处温度较低。20cm处水汽压均呈现先上升后下降的趋势，在13时

12、达到最大值；而150cm处水汽压的变化呈双峰曲线分别在13时和16时去的最值。水汽压与水汽的蒸发有关，受温度影响，因此水汽压的变化与温度相似。但是15时后150cm水汽压迅速上升，而20cm处水汽压则有所下降，并在一段时间后分别下降和上升。这是因为15时左右有小气压集团过境，对流发展旺盛，地面蒸发的水汽被上传给上层大气，使下层水汽减少；而相对湿度在一天中整体的变化呈双峰曲线。相对湿度受水汽压和温度的影响（U=e/E*100%，温度越高E越高）。8时至10时水汽压上升较快，因此相对湿度略有上升达到一个峰值，后直至15时都以温度升高为主，因此相对湿度持续降低。其中20cm处13时因为水汽压的突然上

13、升，相对湿度也上升了，达到峰值。15时后，由于气温下降，150cm处水汽压上升所以相对湿度增加，于17时再次达到峰值，而20cm处水汽压也下降，故相对湿度变化不明显。在空间上，20cm处相对湿度由干裸地、湿裸地到水泥地的顺序依次减弱。三种下垫面处的温度几乎相同。因为水泥的水分含量远低于湿裸地。因此蒸发出来的水汽很少，相对湿度也就相应的低。而干裸地虽然水分含量略低于湿裸地（可能源于湿地未撒足够水）但是土壤温度远高于湿裸地，因此蒸发出的水汽比较多，所以相对湿度较大。3.4 风速、气压时间变化3.4.1本测点风速日变化3.4.2本测点本站气压（P)日变化3.4.3风速与气压时间变化及原因本次试验中，

14、气压先是无明显变化，后迅速下降，之后又迅速上升，这是由于11时左右开始有小气压集团过境，导致了气压的变化。风速度变化为先速度低且几乎不变，后迅速增大两次。这是由于气压的变化引起的，气压变化越快，风速也越快，因此在气压的下降和上升过程中都出现了风速快速上升的现象。4.主要结论4.1概括得出的主要结论：太阳辐射、土壤温度、空气温度、空气湿度各分量的时间、空间变化趋势及原因时间上，太阳辐射中直接、散射、总辐射都呈先增大后减小的变化趋势。它们主要受太阳高度角影响，随太阳高度角的增大而增大；同时它们还受大气透明度的影响，大气透明度越高，直接辐射越强，散射辐射越弱。而大气透明系数是用来反映空气污染程度的。

15、气压的变化引起的风速改变可以减轻空气污染。反射辐射（反射率）呈先减小后增大的趋势。这是由于反射辐射受到了太阳光谱的影响。而在空间上，反射率由水泥地、湿裸地和干裸地的顺序依次减弱。反射率主要受土壤湿度和下垫面粗糙程度影响。土壤湿度越高，下垫面越粗糙反射率越低。太阳辐射的强弱影响了土壤温度。辐射越强温度越高。一天中土壤温度呈先增大后减小的趋势。但是由于深层土壤的保温作用，下层土壤温度变化很小。空间上，由于比热容的不同，导致干裸地的温度高于湿裸地。比热容越大，收到同等热量，温度变化越少。比热容受湿度影响，湿度越大，比热容越大。在垂直空间上，由于地表温度不同导致热量传递方向不同，一天（日出开始）中依次

16、呈早上过渡型（上层下层高，中层低）、日射型（上中下层依次降低）、晚上过渡型（中层高，上下层低），辐射型（下中上层依次降低）。又由于导热率不同，辐射型转变的速度由干裸地、湿裸地、水泥地依次增大。导热率有土壤中空气和水分的含量多少决定，随着孔隙度的增大，湿度的减小而减小。空气温度在一天中的变化为先增加后减少。空气温度由地面辐射决定，地面辐射越强，温度越高；地面辐射由土壤温度和海拔决定，土壤温度越高，海拔越低，吸收的地面辐射越强。但由于20cm处受到较强的地面水汽蒸发的影响，温度略低于150cm处。由于热量的传导和大气的逆辐射，空气温度的变化略滞后于土壤温度。空气的湿度在一天中呈双峰型曲线，由相对湿

17、度反映。相对湿度由水汽压和空气温度决定，与水汽压呈正相关，与温度呈负相关。空间上，相对湿度主要受下垫面性质的影响，呈现为干裸地、湿裸地、水泥地依次减弱的趋势。下垫面性质影响了水汽的含量。主要影响的下垫面性质有水分含量和导热率。水分含量越高蒸发出的水汽越多，导热率越大，水汽变化越快。同时土壤温度影响蒸发也会对水汽含量造成影响。4.2与其他类型相比，我们观测小气候类型的特点有哪些？与其他类型气候相比较，小气候有五大特点：1)范围小，是指小气候现象的铅直和水平尺度都很小。铅直方向大概在100米以内，主要在2米以下，水平方向可以从几毫米到几十公里。 2)差别大，是指小气候现象中各个气象要素无论铅直方向或水平方向相差都很大，具有更显著的日变化和脉动现象。3)变化快，在小气候范围内，温度、湿度或风速随时间的变化都比大气候快，具有脉动性。4)日变化剧烈，越接近下垫面，温度、湿度、风速的日变化越大。5)小气候规律较稳定。只要形成小气候的下垫面物理性质不变，它的小气候差异也就不变。因此，可从短