气象学实习报告

-.z.---考试资料小气候综合实习报告班级：：**：第五小组小组成员：2014年12月2日摘要本组选择的下垫面为干裸地。通过一天对小气候的观察与测量，影响小气候的因素主要有云量，温度，湿度，风，周围植被情况及建筑物情况。选择了下垫面和周围环境的不同测点进展了比照分析。太阳直接辐射根据太阳高度角、大气质量数和大气透明系数的变化而变化；散射辐射随云量增多而增加；反射辐射取决于总辐射以及土壤湿度；反射率大小主要与下垫面的的颜色、湿度、粗糙程度及太阳高度角等因素有关。随着深度增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后；不同高度气温一天中出现了一个最高值和一个最低值，最高值出现在午后两点钟左右，最低值出现在清晨日出前后；水气压与相对湿度在一天中变化皆较大且变化趋势相反；从风的特性上讲，越近地面风速越小，在风速和风向两方面都有阵性，近地面层风速白天最大，早晚变小。关键词：小气候辐射湿度气压日变化比照前言1．1小气候的相关知识因下垫面性质不同，或人类和生物的活动所造成的小范围内的气候。在一个地区的每一块地方(如农田、温室、仓库、车间、庭院等)都要受到该地区气候条件的影响，同时因下垫面性质不同、热状况各异，又有人的活动等，就会形成小范围特有的气候状况，与大范围气候相比拟，小气候有五大特点：⑴.范围小，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。⑵.差异大，无论铅直方向或水平方向气象要素的差异都很大，例如：在靠近地面的贴地层内，温度在铅直方向递减率往往比上层大2～3个量级。⑶.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。⑷.日变化剧烈，越接近下垫面，温度、湿度、风速的日变化越大，例如：夏日地表温度日变化可达40℃，而2米高处只有10℃。⑸.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，可从短期考察了解*种小气候特点。1.2实习目的、意义⑴.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。⑵.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。⑶.学会整理小气候观测资料，分析小气候要素形成的原因，提醒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。⑷通过对单点太阳辐射、空气温度、湿度、土壤温度、气压、风等气象要素的观测分析，了解这些气象要素的日变化规律；同时通过与比照点间这些气象要素的比照分析，了解不同下垫面的小气候特征，掌握小气候的研究方法。⑸发现不同下垫面气温的日变幅不同;不同绿地构造,不同植物种类产生的湿度效果也不同。【1】~【2】二、材料和方法2.1测点概况北京概况：北京位于北纬39°，东经116°。地处华北大平原的西北边缘,山地与平原的过渡带。海拔43.71m。东西宽约160km,南北长约176km,土地面积16410.54km2,平原面积约占38%,山地面积约占62%。北京属于暖温带半湿润大陆性季风气候,四季清楚,春季干旱多风,夏季炎热多雨,秋季晴朗雨少,冬季寒冷枯燥。四季雨量分布很不均匀,年平均降雨量731.7mm,为华北地区降雨最多的地区之一，年平均气温13.1℃,全年无霜期180~200d。【3】测点概况测点位于北纬40°，东经116°19’，海拔40m，北京林业大学气象站东侧，西侧有建筑物遮挡，太阳直接辐射不强烈，通风状态较差，下垫面为少量植物覆盖，测点周围为水泥地围绕，所以湿度较小，日出后温度上升较快。土壤为棕壤，下层土壤较为湿润。2.2观测工程直接辐射、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，0～20cm土壤温度，0cm地面最高、最低温度，气压。2.3观测仪器及时间各个小气候要素均为正点每小时观测一次: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;利用通风干湿表观测0.20m和1.5m高度处的气温和空气湿度;利用三杯轻便风向风速表观测1m高度的风向、风速;利用地面、地面最低、最高温度表及曲管地温表观测地面和土壤温度。2．4观测程序〔08点～19点每小时正点观测，共12次观测〕56′通风干湿表上水、通风〔上发条3圈〕；观测日光情况、云量；57′观测地温〔0、5、10、15、20cm〕。〔注：最高温度下午15点观测，最低温度在气象站早08点观测一次即可〕；58′调整直接辐射表进光筒，使之对准太阳；调整天空辐射表遮光板，使之遮住太阳直接辐射；59′通风〔上发条1圈〕，观测20cm干、湿球温度，连读3个读数；读1.5m干、湿球温度，连读3个读数；第二次观测20cm干、湿球温度，连读3个读数；60′按直接辐射、散射辐射、反射辐射顺序观测辐射，各连读3个读数；01′松开轻便风速表罗盘套管，按下启动杆，读取风向及指示风速；03′第二次观测地温〔0、5、10、15、20cm〕；读取气压和附属温度；04′处理数据，订正、查算、填表。三结果与分析3.1太阳辐射的时间、空间变化图1本测点水平面上直接辐射日变化太阳直接辐射主要与太阳高度角、大气质量数和大气透明系数有关。本组到达地面的直接辐射日变化如图，从八点起，随着太阳高度变大，直接辐射值也随之增大，到11点到达最大值为265.237W/m，12时左右由于大气透明度降低，直接辐射开场下降。12时后略有上升。然后随着太阳高度角的减小，直接辐射持续下降，在15时时，辐射降为0。图二本测点水平面上散射辐射日变化散射辐射的强弱和太阳高度角及大气透明度有关，云对太阳辐射的散射也十分强烈。本组散射辐射日变化规律如图。随着太阳高度角增大，到达近地面层的直接辐射增强，散射辐射也就相应增大。由于正午时分云雾增多，使散射辐射的最大值提前，到11点到达最大值154.622W/m2，之后随着云雾散去，散射辐射降低，太阳高度角的减小，至15点降为0。8时到9时散射辐射量增长快速，之后一直到11时增长速率开场减小，之后又开场增加直至最大时间14时。图三本测点水平面上总辐射日变化总辐射的日变化与直接辐射的日变化根本一致，变化趋势如图，日出之后逐渐增加，由于中午云量突然增多，直接辐射变小，最大值提前，出现于11时，为441.859W/m2。午后逐渐减小，到15时时总辐射变为0。图四本测点水平面上反射辐射日变化反射辐射与总辐射以及土壤湿度有关。变化趋势如图，整体上是先增加再减小。但在15时有大幅下降至17时，接着持续不变直到18时，19时降为0。全天8时至11时增加速率大，11时至13时增长平缓。14时有一个突然下降。根本13时之前处于上升阶段状态，在13时到达最大值为59.15W/m2。图五直接辐射、散射辐射、总辐射日变化比照总辐射为直接辐射与散射辐射之和，比照变化如下图。从图中可看出，总辐射的日变化与直接辐射的日变化根本一致，日出之后逐渐增加，午后又减小，且由于正午时云量增多使最大值提前，出现于11时。从直接辐射与散射辐射的比照中可看出，由9时至13时，由于太阳高度角较大，直接辐射大于散射辐射；而在8时与14时后，由于太阳高度角较小与附近建筑物的遮挡，散射辐射大于直接辐射。图六水泥地、湿、干裸地反射率日变化比照反射率大小主要与下垫面的的颜色、湿度、粗糙程度及太阳高度角等因素有关。当太阳高度角比拟低时，反射率都比拟大。随着太阳高度角的增大，反射率减小。一日中太阳高度有规律的变化，使得反射率在中午前后较小，早、晚较大。三种不同的下垫面中，由于水泥地的颜色最浅，湿度最低，粗糙度最小，所以在三者中反射率最高。在湿裸地与干裸地的比照中，由于湿裸地湿度大，故总体上反射率较小。湿裸地中13时反射率的激增或属于测量误差。3.2地面和土壤温度时间、空间变化图七本测点0cm-20cm土温(℃)日变化比照不同深度土壤温度的日变化规律如图。分析可知，在同一深度的土壤温度变化中，一天中土温的最大值出现于15或16时，虽然直接辐射最大值出现于正午，随后太阳辐射逐渐减弱，但地面热量仍有积累，地温继续上升，使最大值出现于15或16时。白天地表承受辐射后，传入地下的热量随深度增加而减小，故深层土壤变化幅度较表层土壤小。且由于热量向深层传播需要时间，所以相位随深度增加而落后，最大值出现的时间也相应落后。图八本测点09时、13时、17时、19时0cm～20cm土温随深度变化曲线土壤温度的垂直分布变化如下图，分析可得，在九点时，土壤温度的垂直分布属于早上过渡型，日出后地面升温，上层土温变成日射型的分布，但下层仍保持辐射型，此时中间温度最低。13时虽呈晚上过渡型变化，中间层温度最高，是由于13是云雾较多，直接辐射减小，导致此时表层土壤温度没有明显升高，假设无云雾干扰，此时土温的变化分布应为日射型，即表层土壤温度最高，随深度增加依次减小。17与19时表现出晚上过渡型分布，地面因辐射冷却温度下降，土壤上层出现辐射型，下层仍保持着日射型，上层和下层土温都比拟低，土温最高值在中部。图九湿、干裸地地面温度日变化比照不同下垫面地表温度变化如下图。干、湿裸地的地温皆在日出日落前后最低，干落地的地温最大值出现于15时，湿裸地地温最大值出现于13时。由于热量向深层传播需要时间，所以相位随深度增加而落后，最大值出现的时间也相应落后。本组11时到14时土温没有发生变化，我认为应该是本组读数有误，因为水的比热容大于土壤颗粒的比热容，故干裸地升温应比湿裸地快，而从实验数据中并没有表达这一点，所以或是读数有错误导致的结果。气温、相对湿度时间、空间变化图十本测点0.2m、1.5m比照气温日变化大气主要依据吸收地面的长波辐射而增热。由图可以看出，0.2m高处的气温总体上高于1.5m处的温度，原因为较靠近地表的大气承受地表的散射辐射较多，故气温高于1.5m处。从一天中气温变化来看，气温最高值出现于14时至15时，最低气温出现于日出前后，这是因为正午以后，太阳辐射强度虽然开场减弱，但地面得到的热量大于失去的热量，地温持续升高，长波辐射继续增强，气温也随着不断升高。午后一定时间后，地温由上升转为下降，气温也逐渐下降。图十一本测点0.2m、1.5m实际水汽压〔e〕日变化水汽压的大小主要取决于当地蒸发量。早晚时刻水气压与气温变化趋势一样，日出日落前后温度低，蒸发量少，水气压也低。在正午时，地面温度上升，蒸发加快，近地面20cm处水汽压逐渐上升，最大值出现于14时；而在近地面1.5m处，随着温度的升高，水气不断向上输送，高处水气压逐渐上升，于13点出现最大值。此后因水汽上传作用大于地面蒸发作用，所以水气压反而减小。当上传水汽大大减少，蒸发使水汽增大的作用又成为主要方面，水气压重新增大又在15时到达最高值。由于15点后温度降低蒸发便慢，因此水气压又开场降低．图十二本测点0.2m、1.5m相对湿度〔u)日变化由图可知，相对湿度的总体变化趋势为早晚较高，中午时分比拟低。原因为在水汽压一定时，相对湿度的大小主要取决于温度。温度增高时，地表蒸发会加强使空气中的实际水汽压增大，但因饱和水汽压为温度的函数，随温度增加的更快，所以温度升高时，相对湿度会减小。温度降低时则相反，相对湿度增大。由于此处风速小，对流平缓。导致低空高于高空。图十三水泥地、湿、干裸地20cm空气温度日变化比照由图可看出，三者的变化趋势一样，皆为早晚温度最低，最大值出现于14或15时。其中，水泥地的变化最明显，湿裸地的变化最温和。原因为湿裸地中含水量最大，水的比热容远大于土壤颗粒的比热容，所以温度变化较小。而水泥地较枯燥，故升温快。图十四水泥地、湿、干裸地20cm水汽压e〔hp〕日变化比照如下图，一天中水气压的变化规律为早晚较低，最大值出现于午后。比照可知，三种不同的下垫面中水汽压较大的为湿裸地，因为湿裸地土壤中含水量最大，故当温度升高时其蒸发量最大，所以水汽压在三者中较大。水气压较低者为水泥地，因为其土壤含水量最低且颜色较浅，升温不如干裸地迅速，所以水气压较低。图十五水泥地、湿、干裸地20cm相对湿度u〔％〕日变化比照由图可得，三种下垫面中湿裸地水气压值较高，变化趋势与水泥地根本一样，皆为早晚时大而中午减小，干裸地变化趋势与其相反。相对湿度的日变化主要决定于气温，本组相对湿度较比照组高，气温增高时，虽然蒸发加快，使水气压增大一些，但因饱和水气压增大的更多，结果相对湿度反而减小。温度降低时则相反，相对湿度增大。由于湿裸地地温最低且变化不剧烈，故湿裸地的水汽压值在三者中较大且变化平缓。3.4风速、气压时间变化图十六本测点风速日变化由图可知，一天中风速都比拟小，这与附近建筑物的分布有关有关，周围楼层皆较为低矮，四周空旷，所以风速较小。且。北京属于暖温带半湿润大陆性季风气候,四季清楚,秋季晴朗雨少【1】。变化总体趋势为白天风速增大，正午时到达最大，随后风速减小，在17时时又有一个小顶峰。这是因为白天地面受热，空气逐渐变得不稳定，湍流得以开展，故风速变大。最大值出现于12时，因为此时云雾较多使温度下降，气压升高，湍流增强，所以风速变化大。图十七本测点本站气压〔P)日变化气压的上下决定于大气柱的长短和大气柱中的空气密度。分体图像可得，其他的变化与温度的变化恰好相反，一天中的最大值出现于早晚，而最小值出现于午后14时。这是因为日出后，气温升高，空气受热膨胀，是大气柱中的空气密度变小，因此气压变小；午后随着气温的降低，空气密度变大，气压也因此变大。4、主要结论通过一天对小气候的观察与测量，影响小气候的因素主要有云量，温度，湿度，风，周围植被情况及建筑物情况。选择了下垫面和周围环境的不同测点和我们组的数据进展了比照分析。发现了一下规律：太阳直接辐射根据天空云量和海拔高度的不同而不同，散射辐射随云量增多而增加。反射辐射与总辐射以及土壤湿度有关，变化趋势整体上是先增加再减小。随着深度增加，土温日较差减小，位相也逐渐落后，白天地表得热后，热量向下传递被层层阻截，因而土壤增热随深度的增加而减小。由于热量向深层传播需要时间所以位相随深度的增加而落后。土壤温度的垂直变化规律是日出后地面升温，上层土温变成日射型的分布，但下层仍保持辐射型，此时中间温度最低，黄昏地面因辐射冷区温度下降土壤上层出现辐射型，下层仍保持着日射型，土温分布为上层和下层温度低中间层温度高。不同高度气温日变化规律：一天中出现了一个最高值和一个最低值，最高值出现在午后两点钟左右，最低值出现在清晨日出前后。水气压的变化趋势与相对湿度相反，日出后地面温度上升，蒸发加快水气压逐渐上升，当水汽上传作用大于地面蒸发作用因而水气压反而减小。蒸发速率与饱和差成正比。气压在一天中有一个最高值和一个最低值，水平气流辐射引起气压降低，水平气流辐合引起气压升高，不同密度的气团如果移到*地气团密度比原来的大，气压就随之升高，气压还与温度有关，气压的变化是以上几种情况的综合结果。从温度变化上讲，由于一般的土温日变化都比拟大，贴地空气层受到这些活动的影响，气温的昼夜变化也很强，越近地面气温的日较差越大。从风的特性上讲，越近地面风速越小，在风速和风向两方面都有阵性。从其他文献的资料来看，气温日变化规律根本一样,其气温日变化曲线在白天呈单峰形,并且在下午14：00~16：00气温达最高值,之后逐渐降低。而本组实验数据也是一样情况。10月份的相对湿度的日变化则出现了两个低谷,时间分别是下午16：0和凌晨4：00。通过这次实习初步掌握了观测太阳辐射、地温及干湿度的测量方法，对数据处理并画图，分析得出了该小气候太阳辐射等各种量的变化规律。还通过比照分析了解了不同下垫面的小气候特征参考文献【1】城市不同绿地类型降温增湿效应的研究[J]。康博文,王得祥,刘建军等。西北林学院学报,2005,20(2):54-56。【2】城市庭院绿地的生态气候效应初探[J]。徐宇,张一平。贵州气象,2003,27(增刊):28~33【3】不同绿地类型对城市小气候的影响马秀梅,李吉跃【4】不同下垫面对校园小气候的影响[J]。德永军,聂琴,,王志刚等。内蒙古农业大学学报,2005,26(4):1-4。小气候观测数据汇总表〔2014年10月28日08：00~10月28日19：00〕工程8:009:0010:0011:0012：0013：0014：0015:00地温(℃)0cm最低温度最高温度5cm10cm15cm20cm7.010.411.311.911.911.911.920.9-1.121.07.48.09.511.312.013.511.815.07.38.39.09.810.011.512.512.87.89.010.511.011.111.512.012.011.011.111.612.411.611.611.612.1温、湿度20cmt干(℃)7.810.411.812.312.414.015.615.6t湿(℃)6.48.110.811.610.010.713.511.5e(hp)8.79.312.313.210.710.713.910.8u(%)82％73％89％93％67％67％78％68％td(℃)4.95.91011.27.97.911.918.1d1.93.41.50.15.25.23.95.1150cmt干(℃)8.69.410.810.511.313.614.615.8t湿(℃)7.08.810.710.010.012.811.113.6e(hp)8.910.99.811.912.914.210.914.1u(%)80％93％76％94％97％91％65％75％td(℃)5.48.36.79.610.812.28.212.1d2.20.83.10.80.41.45.95.3辐射通量(W•m-2)Sb22.057136.391184.017265.237152.164176.36086.0240Sd40.05761.688114.564154.622122.576130.587106.5530Sr20.03432.04650.47264.09229.64256.08056.0800St62.114198.079298.581419.859274.74306.947192.5770R地面反射率(%)32.25%16.18%16.90%15.27%10.79%18.27%29.12%P(大气透明系数)0.820.800.710.720.640.690.330气压(mb)1019.41019.71019.71019.21015.21018.11017.91006.0风速(m/s)00.20.20.150.800.20.18风向无东偏南67.5°东偏南45°南偏西22.5°西偏南45°无东偏北45°西偏南45°云量11333346日光情况⊙2⊙2⊙1⊙1⊙1⊙1⊙1/