气象学与气候学实习教材

1、总论&主要内容气象观测是气象工作的基础。它对一定范围内的气象状况及其变化，进行系统的、连续 的观察和测定，为天气预报、气象情报、气候分析和科学研究提供重要依据。根据观测项目的不同，气象观测分为地面气象观测、高空探测和专业气象观测三类。地 面气象观测是用气象仪器测定近地面层（主要是离地1.5米范围内）的气象要素值，以及用 目力对自由大气中的一些现象如云、光、电等进行观测，为天气预报、气候分析和科学研究 提供气象情报和积累基本资料。地面气象观测的项目有：气压、气温、湿度、风向、风速、 降水、积雪、蒸发、云、天气现象、能见度、日照、地温等。这些项目也称为气象要素。高 空探测是用气球、雷达、火箭、人造

2、卫星等，对自由大气及高层大气的气象情况进行测定。 如果为了某些专业部门的需要而进行的观测，如农业气象观测、海洋水文气象观测等则称专 业气象观测。天气预报和气候分析往往需要广大地区乃至全球的气象资料。这些气象资料是从分散的 气象台站网取的，使用时又是集中起来进行比较分析，这就要求各站的记录不仅能够准确， 而且基本上代表一个地区的气象情况，还要能够相互之间进行比较。因此，气象观测的特点 是：观测记录必须具有代表性、准确性、比较性。同时，气象要素是随时间不断变化的，它 的变化只有通过对大气连续观测，并进行天气学分析才能了解。因此气象观测必须保持连续 性，不能中断或短缺。连续观测记录的年代越长，对预报

3、业务和科研工作价值越大。气象站是气象网点的基层单位。气象站的布局一般分散在各地，从平原到山区，从高山 到沿海，从沙漠到海岛，有些人烟稀少的极其偏僻的地区，为了取得气象资料也要建立气象 站。建立气象站的工作，除规划气象站网的布局外，还包括观测场地的选择，观测场内仪器 的布置，规定观测时间和观测次数，以及观测、发报、记录表报等。地面观测分为定时观测和不定时观测两类。定时观测包括定时气候观测和定时天气观 测，定时气候观测是台站的基本观测，观测的目的是积累资料，了解一地的气候情况，为预 报提供实况。一般说一天内观测次数越多，越能反映出一地的气候要素变化情况，但为了节 约人力、物力，可以在一天中选几个适

4、当的时间进行观测。统计结果表明，每日选适当时间 观测4次与观测24次的日平均值非常接近，所以确定每天进行4次气候观测，基本能满足 要求。目前我国确定每日以北京时02、08、14、20时进行四次气候观测，一部分站、哨仅 负担08、14、20时三次气候观测任务。为了获得各气象要素的连续变化和极值，气象站还配有各种自记仪器，连续记录各种气 象要素的变化，经过和实测值订正，便能在自记记录上得到任意时间的气象要素值，和一天 中出现的极值，这样就弥补了定时气候观测的不足。定时天气观测主要是为了编发天气报告（电报编码按统一规定编成），满足天气预报进行 天气分析的需要而进行的气象观测，由于天气分析预报，必须了

5、解全球各地同一瞬间的气象 要素情况，因此要求全球台站按同一时间进行天气观测。天气系统的移动和变化是相当快的。为了比较全面地掌握天气系统发生、发展和消亡情 况，观测次数不能太少。一般每隔36小时观测一次，基本可以满足要求。目前全球以世 界标准时0、6、12、18时进行基本绘图天气观测，换为北京时是08、14、20、02时四次。 在两次绘图天气观测之间，进行一次补助绘图天气观测，即北京时05、11、17、23时四次。 担负天气观测的气象站，叫国家基本发报站。此外，有些台站根据上级指示和服务单位的需要进行一些定时或不定时的观测。如航空 天气观测、危险天气观测和预约天气观测等。这些观测的次数、项目和时

6、间视需要单位的具 体要求而定。为了使观测记录有比较性，观测程序要尽可能统一。基本原则是短时间变化不大的要素， 如目测项目可先观测。温、湿、压等要素尽可能接近正点观测。发报台站对天气现象的观测 必须固定在4346分进行，气压观测必须固定在5658分进行。每次定时观测，一般应在 正点前30分钟左右巡视观测场及所用仪器，尤其注意湿球温度表球部的湿润状态和冬季湿 球溶冰等准备工作。气象要素均以北京时20时为日界（即从昨天20时一一今天20时为一天），自记记录则 以北京时24时为日界。表1 1观测的时间和项目主要内容实习一空气温度和土壤温度的观测实习二 空气湿度的观测实习三气压观测实习四云的观测实习五风

7、的观测实习六日照、降水和天气现象观测实习七分析等值线实习八分析天气图实习九辐射热强度测定实习一空气温度和土壤温度的观测一、实习目的：理解各种气温观测仪器的构造原理，掌握气温观测的方法。二、实习说明：用水银或酒精温度计。注意应在没有辐射热情况下使用。挂于测量地点待温度稳定后再读 数。配备若干套普通温度表、最高温度表、最低温度表、曲管地温表、温度计等仪器。进行定时的气温和地温观测。三、实习与作业：常用的温标有哪几种？它们的换算关系是什么？玻璃液体温度的测温原理是什么？比较水银与酒精温度表的优缺点。最高与最低温度表构造与性能是哪些？曲管、直管地温表与普通温度表构造的不同点是什么，其原因是什么？温度表

8、误差的主要来源有哪些。避免或减小使用上误差的方法有哪些？百叶箱的作用是什么？箱内的仪器如何安置。调整最高、最低温度表的方法有哪些？双金属片温度计的作用原理是什么？ 了解自记仪器的换纸步骤、换纸时间。选择下垫面不同条件、不同高度进行气温观测，并和百叶箱内气温进行比较：时间，地点，气温，百叶箱内气 。时间，地点，气温，百叶箱内气 。以小组为单位，连续三天的气温、地温，及日最高、最低温度观测。并分析气温、地温 日变化特点。实习二 空气湿度的观测一、实习目的：通过湿度观测，掌握根据干湿球温度表的读数查算绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点的方 法。在此基础上，进一步弄清楚有关湿度的一些概念及它们之间的相互

9、关系。二、实习说明：干湿球温度计：原理：利用并列两温度计，在一支的球部用湿润纱布包裹，由于湿纱布上水分蒸发散热，使 湿球上温度比干球的温度低，其相差度数与空气中相对湿度成一定比例（图1）。图1干湿球温度计使用方法：1）将湿球温度计纱布润湿后固定于测定地点约10分钟后，先读湿球温度，再读干球温度， 记下二者的差数。2）转动干湿球温度计上的圆滚筒，在其上端找出干湿球温度差数。3）在实测湿球度数的水平位置作一水平线与中央圆筒旁竖行相交点的读数，即相对湿度百 分数。手摇温湿度计：原理：由两并列温度计构成，原理同干湿球温湿度计，但在使用时要转动造成固定风速（一 般为4m/s），加强了传导对流散热，以抵消

10、辐射热的影响。使用方法：先将湿球上纱布浸湿，测定时摇动仪器，每分钟约120150转（视手摇温度计长度而定）， 测定35分钟，停止后立即读数（先读湿球温度，后读干球温度），结果查实习表。通风温湿度计（aspiration hygrometer）:原理：同手摇温湿度计，将两并列温度计分别将须镀镍的双层金属风筒中（图2），仪器上 端有一带发条的小风扇，开动发条时风扇转动，从温度计球部旁边吸入空气，因此造成温度 计球部的固定风速（一般为4m/s），同时，因金属筒的反射，使辐射热影响被抵消，故可测 得较准确的结果。图2通风温湿度计使用方法：1）先将湿球纱布湿润。2）用钥匙旋转风扇发条，风扇开始转动。将仪

11、器悬挂在测定地点。3）经35分钟，读取湿球及干球温度的读数，结果可查气象常用表。三、查表步骤：观测空气的湿度通常是用安放在百叶箱内的干、湿球温度表进行的，毛发湿度表只是一种 辅助仪器，但在野外，所使用的是通风干湿表。记录湿度连续变化的是湿度计。根据干、湿 球温度读数，求绝对湿度、相对湿度、饱和差和根据不同绝对湿度或相对湿度求露点，可查气象常用表。根据干湿球温度t和t查出n值。根据n值和气压值P，查出湿球温度订正值 t。根据和t算出气压订正后的湿球温度。根据t和订正后的t查出绝对湿度e，相对湿度r，和饱和差d。根据e或r查出露点t。实习三气压观测一、实习目的：通过实习掌握气压观测仪器的构造原理和

12、气压读数订正的理论根据和方法。二、实习说明：气压仪器有两类，即水银气压表和空盒气压表。前者的优点是读数精密，后者的优点是携 带便利，但不如水银气压计准确，必须经常按水银气压计来进行校正。因此，气象台站使用 水银气压表，而野外工作者使用空盒气压表。为取得气压连续变化的记录，则使用气压计。图1杯状气压计图2气压计的游尺水银气压表原理：水银气压表是一个上端封闭，下端开口的真空玻璃管，其下端浸在盛有水 银的杯中（图1）,大气压力作用于水银杯中的水银面上，使水银升入真空玻璃管中，水银 柱就能随大气压的高低而上升或下降，其水银柱的高低，可借玻璃管外面的一个金属套管上 的标尺及游标尺读出mmHg的数值（图2

13、），测量单位为mmHg。再换算为kPa1mmHg=0.133kPa水银气压表的观测步骤为：第一步：观测附属温度，读数精确到小数一位；第二步：动槽式调整水银槽内水银面，转动水银槽底部的螺旋，使水银面与指未刻度零 点的指标尖端刚刚接触，校正零点。定槽式用手指轻击表身（轻击部位以刻度标尺下部附温 表上部之间为宜），使水银商凸面处于正常状态。第三步：调整游尺与读数记录。气压表的刻度不论是毫巴现己用百帕）还是毫米均取一 位小数。定时观测时，在水银气压表观测完后；便读气压计，将读数记入观测簿相应栏中，并作时 间记号。三、实习与作业：为什么能根据水银气压表水银柱高度测出大气压？内管粗细不同的两支气压表同一时

14、间水 银枉是否相同？为什么？动槽式与定槽式水银气压表的构造有何不同?定槽式气压表为何要进行标尺补偿？试述水银气压表仪器差、温度差，重力差订正的物理意义，并确定下列三个站的温度差、 重力差的正负。表中Ci是温度差订正值，Cj是纬度重力差订正值，Ch为高度重力差订正值。观察气压计，特别注意它的感应部分、传动部分和自记笔，以及它们之间的关系。画一个 示意图，表示它们之间的关系。气压计作时间记号的方法是什么？5为什么要进行海平面气压订正?高度重力订正和高度差订正是否相同？为什么？试查算下列各题的本站气压与海平面气压。空盒气压表测压原理及观测步骤为哪些？进行定时的气压观测并求算本站气压和海平面气压。实习

15、四云的观测一、实习目的：进一步了解各云层及其类别的特征，掌握云状判别、云量、云高和云的观测记录方法。二、实习说明：云的观测包括判定云状、估计云量和测定云高。云是经常变化的，所以除了定时观测 记录外，还必须在两次定时观测之间注意云的生成、发展和变化。云状应根据云的特征并参考云图来判定，还应利用云的演变过程和伴见的天气现象来 判定云是那一类，对云状的记载，要用简写符号。云的观测应尽量选择在能看到全部天空及地平线的开阔地点或平台上进行，如阳光较 强时，须戴黑色（或暗色）眼镜。三、实习与作业：熟记并写出各种云状类别及其国际缩写符号。高云族，中云族、低云族各有何特征？说明下列各类云之间的异同之处，并绘草

16、图说明各类云的特征：1）卷积云与高积云；高积云与层积云。2）卷层云与高层云；高层云与雨层云；雨层云和层云。3）碎积云、碎层云、碎雨云在外形与成因上的不同点。4）淡积云、浓积云、秃积雨云，鬃积雨云的区别界限是什么？如何正确估计云量及提高目测云高的准确性?云状，云量记录练习：实习五风的观测一、实习目的：了解测风仪器的原理，并掌握风向，风速的观测方法。二、实习说明：风是一个向量，所以风的观测包括风向、风速两项。风向是指风的来向。风向观测用十六 方位法，以拉丁文缩写记录。风速是指空气质点在单位时间内所移动的水平距离。以m/s 为单位，定时观测取整数，自记记录取一位小数。测定风向风速的仪器有电接风向风速

17、计，轻便风向风速表等，也可用目测风向、风力。对 于电接风向风速计的观测和记录要求掌握指示器的观测，自计纸的更换、自记纸的整理等方 法。杯状风速计（cup anemometer）:原理：利用风力使风杯转动，从指针转动的周数及所用时间算出空气流动的速度。使用方法：1）使用前先记下风速计的原始读数。2）将风速计放置测定地点，纵轴与空气流动方向垂直，等风杯转动后开动启动开关，并同 时用秒表记录时间。3）经100秒，将风速及秒表同时关闭。记录指针读数和时间，算出风速：风速（m/s）=测定后读数（m）原始读数（m） / 测定总时间（s）翼状风速计（deflecting vane anemometer）:原

18、理：同杯状风速计，只是以翼代替风杯而已。使用方法：1）按下风速计上方的“回零”键，使指针回复到零。2）将风速计置于测定地点，翼轴对准气流方向。3）揿下风速计下方的“计时启动键”，30秒钟后，指针开始走动，60秒钟后，当风速指针 停止走动时，即可直接读数（m/min），再换算成m/s。注意事项：1）勿用手拨杯（翼），或强迫停止转动。2）避免在腐蚀性气体或粉尘多的地方使用，并注意保持清洁。3）测定气流时，注意勿使身体或其他物体阻挡气流。热球式电风速计：原理：本仪器的探头部装有热电偶的热端，另一端暴露于空气中，在不同风速下热电偶的热 端散热量不同，因而其温度下降的程度不同，风速小时，下降的程度小，反

19、之程度大。下降 程度的大小通过热电偶在电表上指示出来。经校正后，即可自电表读数，表示风速，该仪器 测定范围0.0510m/s。使用方法：1）校正开关置于“断”的位置。2）将插杆插头插在插座上，使杆呈垂直位，螺塞压紧使探头密封。“校正开关”置于“满度” 位置，慢慢调整“满度调节”旋钮，使电表指在零点位置。3）将“校正开关”置于“零位”的位置，慢慢调整“粗调”、“细调”两个旋钮，使电表指在零点置。然后，轻轻拉动螺塞使测杆探头露出，将测头上的红点面对风向。此时，可从电表上 读数，再查阅校正曲线，得出被测风速。三、实习与作业：试述电接风向风速计测定风向风速的原理。如何进行目测风力和风向?填写下表中与风

20、力等级相应的地物征象及相当风速。电接风自记纸如何整理？为什么整理出来的是十分钟平均风速和最多风向？风速小数部分 为什么只是0，3，7？进行风向、风速观测：实习六日照、降水和天气现象观测一、实习目的：理解日照、降水观测仪器的构造原理，掌握日照、降水和天气现象的观测记录方法。二、实习说明：日照观测就是测定地面日照时数。测定日照时数的仪器有暗筒式和聚焦式两种日照计。日 照时数以小时为单位，取一位小数。降水量观测以毫米为单位，取一位小数，配有自记仪器的，作降水量的连续记录并进行资 料整理。测定降水量的仪器有雨量器、翻斗式遥测雨量计或虹吸式雨量计。天气现象观测是指观测记录对当地天气变化具有明显的前期征兆

21、或为当地服务直接需要 的天气现象。三、实习与作业：试述暗筒式日照计的涂药、换纸与记录处理方法。试比较暗筒式日照计与聚焦式日照计的优缺点。3.20厘米雨量器专用量杯损坏，用普通量杯量得水量为219. 8立方厘米（克），其降水量是 多少？试述虹吸雨量计的作用原理。正常情况下，雨量自记纸上的曲线型式如何？为什么？写出下列天气现象的符号：将下列情况记入天气现象栏中：1）3月15日，1845下雨，1920转为雨夹雪，2030全部转为雪，2122雪止。15/3天气观象栏记为：16/3天气观象栏记为：2）7月19日，1619降阵雨；20时终止；1756闻雷，1908止，雷声自东方经北方在西南方 消失。从20

22、时整开始测站出现闪电。19/7天气现象栏记为：20/7天气现象栏记为：3）8月5日，1628风把地面尘土吹起，水平能见度降为5.0千米；1630到1644风力断续达 到8级，1701又达到8级，但不是1分钟；1745开始下阵雨；1807闻雷一声，方向未能辨 别；1821阵雨止，1929又下阵雨，20时夹降冰雹，2018冰雹止，阵雨一直持续到24时转 为间歇性雨，于056止；阵性降水期间，又在1948天顶闻雷，接着于1950 （天顶）、1958（天 顶）、2009（东南方）、2015 （东南方）、2027（东方）又分别闻雷。5/8记为：6/8记为：实习七分析等值线、实习目的：通过实习使学生熟悉分

23、析等值线的原则、方法和技能。二、实习说明：等值线（等压线、等高线，等温线等）是天气图上最基本的线条，是表现天气系统位置、 范围，形状、强度，温度特性的主要形式，是认识天气图的必须基础知识，每个学生应该熟 悉和掌握。本次实习分析两幅天气图上的等值线：一是在地面图上根据各站填写的气压、风向、风 速值，分析等压线；另一是在500百帕等压面图上，根据位势高度、风向、风速、气温资料， 分析等高线和等温线。三、实习与作业：分析地面天气图底图等压线。图上有几个高压和低压？高、低压中心的气压值各是多 少？分析高空（500百帕）天气图底图的等高线和等温线。图上的高、低压中心在什么位 置（经、纬度）？高、低压中心的位势、高度值是多少？图上等压线、等高线、等温线的排列顺序有什么规律？它反映出什么问题？实习