气象学实习报告 小气候综合实习报告

地点：北京林业大学气象站一前言研究目的：通过对单点太阳辐射，空气温度、湿度、土壤温度、气压等气象要素的观察分析理解这些气象要素的日变化规律。同时通过与对比点间这些气象要素的对比分析，理解不同下垫面的气候特性，掌握小气候的研究办法。小气候的气候的概念、特点、分类：小气候是指在小范畴内，由地形、河流、湖泊、植被、土质等影响所形成的特殊气候。根据下垫面类别的不同，可分为农田小气候，森林小气候，湖泊小气候等等。与大范畴气候相比较，小气候有五大特点：(1)范畴小，铅直方向大概在100米以内，重要在2米下列，水平方向能够从几毫米到几十公里，因此，常规气象站网的观察不能反映小气候差别(2)差别大，无论铅直方向或水平方向日照、温度、湿度和风等气象要素的差别都很大，并且越近地面变异越大，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。(3)变化快，在小气候范畴内，温度、湿度或风速随时间的变化都比大气候快，含有脉动性。日变化激烈，越靠近下垫面，温度、湿度、风速的日变化越大。(4)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，它的小气候差别也就不变。因此，可从短期考察理解某种小气候特点。二、材料和办法

2.1测点概况（第二组）=1\*GB3①北京林业大学气象站位于北京市海淀区北京林业大学北部（北纬40°，东经116°19’海拔约40m）。=2\*GB3②气象站地处平原，地势平坦。周边水体不丰富，无河流、泉水、江海等物。=3\*GB3③气象站内下垫面丰富，含有水泥地、裸地及草地，草地内植被丰富并夹杂小面积泥地，植被较多且生长状况良好,中间有两棵松树，东面有一棵大树。=4\*GB3④土壤为壤土，中间夹杂有少量砖块，测点周边有沙土。=5\*GB3⑤气象站周边建筑物为楼房及平房、层次分明、比较密集、北方有一幢2层的气象观察楼，南方大概一百米处有一幢9层大概27米高的楼房，东方有一排样板房，西方是正在施工的高大楼房。2.2测定内容与办法1、测定内容太阳辐射（直接辐射表、天空辐射表）20cm、150cm空气温度（通风干湿球温度表）风(风杯风速表)气压(空盒气压表)不同深度土壤温度(直管地温表、曲管地温表)2、测定环节53′通风表上水，通风，悬挂在20cm高处和150cm处。55′观察地温（０cm、Tmax、5cm、10cm、15cm、20cm)注：Tmin56′观察云量、天气状况。58′读20cm干、湿球温度，持续读三次，读后通风59′将风速表悬挂在1m高处，松开罗盘小套管，按下启动杆。60′读150cm干、湿球温度，持续读三次，读后通风01′读风向及批示风速。02′读20cm干、湿球温度，持续读三次，读后通风。03′读气压。（经三次订正得出气压值）05′观察地温三、成果分析（一）单点分析3.1太阳辐射日变化3.1.1达成地面的直接辐射Sb的日变化规律直接辐射（directradiation)：太阳以平行光线的形式，投射到地面上的那一部分辐射能，称为直接辐射。分析：太阳直接辐射的强弱和许多因子有关，其中最重要的有两个：太阳高度角和大气透明度。=1\*GB3①太阳高度角：太阳高度角不同时，地表面单位面积上所获得的太阳辐射也就不同。太阳高度角越小，等量的太阳辐射散布的面积就越大，因而地表面单位面积上所获得的太阳辐射就越小。太阳辐射穿过的大气层越厚太阳辐射被削弱也较多，达成地面的直接辐射就较小。相反，太阳高度角越大，地面的直接辐射越小。=2\*GB3②大气透明度：大气透明度的特性用大气透明系数（P）表达。大气透明系数：指透过一种大气质量的辐射强度与进入该大气的辐射强度之比。大气透明系数越小，太阳辐射受到的削弱越强，达成地面的太阳辐射也越小。达成地面的直接辐射变化规律如图所示：在12点之前处在上升状态，之后下降，最高值为763.2W/m2。=1\*GB2⑴上午太阳升起，太阳高度角很小，达成地面的直接辐射为0，随着太阳高度角的逐步增大，直接辐射强度不停增强，太阳高度角在中午达成最大，直接辐射最强；日落时太阳高度角最小，直接辐射最弱。=2\*GB2⑵一天大气透明度好，日光状况为⊙2。太阳辐射受到的削弱越弱，达成地面的太阳辐射也越大。散射辐射（Sd）的日变化规律太阳辐射在大气中碰到空气分子或微小的质点时，当这些质点的直径不大于构成太阳辐射的电磁波波长时，太阳辐射中的一部分能量就以电磁波的形式从该质点向四周八方传输出去，这种现象称为散射。通过散射形式传输的能量称为散射辐射。分析：影响散射辐射的因素：太阳高度角、大气透明度、海拔高度和云。太阳高度角越大，大气透明度越低，海拔高度越高，散射辐射越大。散射辐射变化规律如图所示：从早上八点二十到午后两点散射辐射波折上升，两点时有最大值为117.9。从早上开始太阳高度角逐步增大，因此散射辐射总体我增加趋势。但十一点到十二点大气透明度较高，其变化对散射辐射影响较大，造成散射辐射临时削弱。两点后来太阳高度角逐步减小，散射辐射削弱。实习地点始终为未变，因此海拔高度无影响。一每天气晴朗，天空无云，因此云也无影响。总辐射（St）的日变化规律总辐射：直接辐射与散射辐射之和称为总辐射。分析：总辐射重要受太阳高度角、大气透明度、云量等因素影响。从早上开始大气透明度较高，且变化较小，云量也始终不多，因此总辐射重要受太阳高度角变化的影响，从早上开始到中午太阳高度角逐步增大，总辐射增强，十二点后太阳高度角逐步减小，总辐射削弱。此成果与直接辐射与散射辐射测量成果相吻合。反射辐射（Sr)的日变化反射辐射：达成地面的总辐射，不能全部为地面吸取，有一部分由于地面反射作用而返回大气或宇宙空间，这一部分辐射为地面反射辐射（Sr)。反射辐射与总辐射之比用反射率表达。分析：反射率重要与下垫面的颜色、湿度、粗糙度、不同植被、土壤性质及太阳高度角等因素有关。其中以颜色、湿度、粗糙度等的影响较大。另外，太阳高度角的变化，使太阳光线的射入角和光谱成分发生变化，反射率也随之变化。由于观察地点始终未变，因此反射辐射重要受太阳高度角影响。早上太阳高度角较小，反射率较大，随着太阳高度角增大，反射率减小。早上的反射率虽大，但总辐射较弱，因此反射辐射弱，而后反射率逐步减小，直接辐射增强且程度较大，因此反射辐射增强；午后反射率逐步增大，直接辐射削弱且程度较大，反射辐射削弱。3.2土壤温度的变化3.2.1不同深度土壤温度的日变化规律土表日间增热和夜间冷却引发土壤温度的昼夜变化，土壤温度在一昼夜内随时间的持续变化，称为土壤温度的日变化。分析：由图可知土壤温度的最大值十四点到十五点左右，比太阳辐射最大值（十二点）稍落后，且土层越深土壤温度最大值越晚出现，土壤最低温度出现在日出前后。土温日差随深度增加而减少。这是由于表层土壤在接受太阳辐射后先升温，并向下层导热，土层越深热量越晚达成。3.2.2土壤温度的垂直变化规律分析：早上（08：50）升起但测量地东方有一株大树挡住了阳光，因此地表接受的辐射极少，温度较低，深层土壤温度较高。而后（13：00、16：00）太阳逐步升起，土壤表面获得太阳辐射增多，温度快速上升，热量由地表向下层传递，土壤温度随深度增加而减少。黄昏时（18：00）地面因辐射冷却温度下降，土壤上层开始出现辐射型，下层仍保持日射型，此型下的温度分布时上层和下层都比较低，中间层温度较高。3.3不同高度气温的日变化规律一天中气温随时间的持续变化称为气温的日变化。分析：日出后，随着太阳辐射的增强，地面净得热量，温度升高。此时地面放出的热量随着温度升高而增强，大气吸取地面放出的热量，气温升高。正午后来，太阳辐射强度即使开始削弱，但地面得到的热量不不大于失去的热量，地面储存的热量仍在增加，因此气温继续升高。午后大概14：00时地面得到的热量因太阳辐射的进一步削弱而少于失去的热量，地温下降，最后造成气温下降。20cm的温度始终高于150cm的因素有两个：一是地面是大气增温的重要和直接热源，距离地面越远，获得的地面长波辐射的热能越少，气温越低；二是距离地面越近水汽和气溶胶粒子越多，它们吸取地面辐射能力强，气温越高。3.4不同高度湿度的日变化规律3.4.1不同高度相对湿度（u）的日变化规律相对湿度：空气中的实际水汽压与同温度下的饱和水汽压的比值（用百分数表达）。即：U=e/E×100%U的大小直接反映空气距离饱和的程度。分析：U的大小决定于大气中的水汽含量和气温。当e不变时，E上升，造成U下降；反之，气温下降，造成U上升。图中显示：8：50以前和13：00-15：00一段时间150cm处的U不不大于20cm外，其它时间都相对较小。20cm处的气温虽高，但此处的水汽含量更高，从而造成大段时间内150cm处的U不大于20cm，13：00-15：00时气温很高大气中水汽含量极少，此时U重要受气温影响，20cm处气温较高，因此150cm处的U不不大于20cm。3.4.2不同高度水汽压（e）的日变化规律大气中水汽所产生的压力称为水汽压。分析：日出后，温度升高，土壤中水分开始蒸发，e逐步增大。午后气温逐步减少，蒸发削弱，空气中的水分减少，e变小。其中20cm距地面较近，温度较高，水分较多，e较大。14：00左右20cm处温度过高，水分蒸发快，e较小。气压日变化气压：地球表面单位面积上所受到的大气压力称为气压。分析：气压的大小与海拔高度、大气温度、大气密度等有关。上午，大气温度低，空气冷却收缩，大气密度大，气压较大。白天随着温度逐步升高，低层空气受热膨胀上升，升到空气向四周流散，气压逐步减少。观察点不变，因此与海拔无影响。3.6风的日变化观察当天，本站风速较小，风向不定。（二）对比分析我组（二组）与四组进行比较1、不同测点达成地面的直接辐射的比较14：00以前两测点达成地面的地面直接辐射随时间太阳高度角变化规律基本相似，但由于二组东面有树木遮挡，因此开始时，直接辐射为零，四组西面有一正在施工的高大建筑，因此14：00时直接辐射忽然下降。2、不同测点的散射辐射的比较太阳高度角越大，散射辐射越大。因此两组的图像都是先上升后下降。四组据施工地点较近，大气透明度低，散射辐射强，且二组周边树木较多，空气湿度较大，因此四组测得的散射辐射明显强于二组。3、不同测点的反射辐射比较二组测点的土地表面植被多，土壤粗糙程度大，反射率明显小，因此反射辐射也较小。两个组的总体趋势都是先增大后减小，这与太阳高度角的变化及受其影响的直接辐射的变化有关。4、不同测点土壤温度比较无论是0cm还是5cm深的土层，四组测得的土温都明显高于二组，这是由于二组测点的植被较多，土壤湿度大，蒸发作用强，带走了许多热量，并且被植被遮挡的地方吸取的直接辐射也比较弱。四组测得的5cm深的成果中，15：时温度较低，是由于其测点西方有高大建筑物，影响了该点的直接辐射，继而影响了该点的土温（见不同测点达成地面的直接辐射的比较图像）。5、不同测点（20cm、150cm）气温比较二测点的东方有一高大树木且周边植被较多，早上太阳出来时，被树木遮挡，直接辐射较小，最后造成气温减少，但由于两测点距离较近，且空气是流动的，因此两组测得的成果十分相近。6、不同测点相对湿度（u）比较20、150cm)相对湿度与温度有关和蒸发面物态性质有关。二测点的东方有一高大树木且周边植被较多，早上太阳出来时，被树木遮挡，直接辐射较小，土温较低，因此蒸发作用较弱，水汽压较小，相对湿度较低。后来二组的直接辐射逐步增强并超出四组，并且二组测点处植被较多，土壤湿度较高，因此蒸发作用较强，水汽压较大，相对湿度较大。7、不同测点绝对湿度（e)比较（20、150cm)相对湿度与温度有关和蒸发面物态性质有关。二测点的东方有一高大树木且周边植被较多，早上太阳出来时，被树木遮挡，直接辐射较小，土温较低，因此蒸发作用较弱，绝对湿度较低。后来二组的直接辐射逐步增强并超出四组，并且二组测点处植被较多，土壤湿度较高，因此蒸发作用较强，决对湿度较大。四、结论（测点小气候总结）概括得出的重要结论：太阳辐射、土壤温度、空气温度、空气湿度各分量的时间、空间变化趋势及因素直接辐射、散射辐射、总辐射、反射辐射大致上都随着太阳高度的升高而增大，随着太阳高度的减少而减小。但也有大气透明度、日照时间等其它因子来影响太阳辐射，使太阳辐射在一定范畴内有波动。地面土壤温度大致上随着太阳辐射的变化而变化，但其最大值稍稍错后于太阳辐射的最值，这是由于太阳辐射在14：00左右积聚到最大，而土壤在此时吸取的热量也最多。随着土壤深度的增加，地温振幅随着地深度增加而减少，这是由于土壤能吸取的辐射在逐步较少，受太阳辐射影响也越来越小，因而20cm处的日土壤温度变化趋于缓和。土壤温度在空间垂直变化显现出三种特性：日射型、辐射型和过渡型。在一天中，三种特性均显现出来。这与所处的时间、环境有很大关系。空气温度也是随着太阳辐射的变化而变化，呈现抛物线形态。但其最大值也稍稍错后于太阳辐射的最值，在14：00左右积聚到最大；但随着地面高度的增加，有某些其它因素，如乱流交换作用，也会影响到空气温度，使其出现一定变化。水汽压在乱流作用比较旺盛的地方日变化曲线呈现双波形，即早晚时刻与气温变化趋势相似，而中午前后，水汽压与气温变化趋势相反。这是由于中午温度高，水汽压随着温度升高而增大，饱和水汽压也增大，但饱和水气压增大的速度不不大于水汽压的速度，使近地面水汽压减小，因而出现两个高值和两个低值的现象。相对湿度的日变化普通与气温日变化相反，即随气温增大而减小，最气温减小而增大。一天中，相对湿度最大值出现在清晨气温最低的时候，最小值出现在其高气温出现的时刻。这是由于随着气温升高，水汽压增大，饱和气压也增大，但饱和气压增大的速度要快于水汽压，因而出现之前所说的状况。改善小气候环境应采用的重要方法适宜栽培植物以改善空气中氧气、二氧化碳的浓度，并且植物能吸取一定的有害气体，改善空气质量。改造本地的地形，使其环境更趋于大自然的感觉，避免单一地形对不同气候的不适应性，减少其对其它环境可能造成的不利影响（例如沙地有可能产生沙尘暴，会影响人的生活）。变化下垫面的辐射特性，使其在适宜时间有益于人的生活。例以下雪后在雪表面撒煤粉等以加紧冰雪融化。地面覆盖变化使近地气层的热状况和水分状况。例如能够在田地中用塑料薄膜覆盖大棚表面，使日均气温提高，加紧农作物生长速率。人工控制风速使其在不影响人们的生活。例如为了减少农田风速，能够营造防风林。人工控制蒸发能够使下垫面湿润，增加水分蒸发，提高空气湿度，缓和温度变化。如中耕松土能够减少旱地蒸发。五.实习体会通过这次实习，我掌握了诸多东西。首先，我通过这次实习，初步掌握了观察太阳辐射、地温、风速风向及干湿度的测量办法，对数据解决并画图，分析得出了该小气候中太阳辐射等多个量的变化规律。还通过对比分析理解了不同下垫面的小气候特性。这次实习，不仅使我增加了有关北京的地理知识，还学会了科学合理的气象观察办法，并初步学习了对比分析的基本办法。另首先，即使实习当每天气较好，但入夜后（5点至7点）比较严寒，露水很大，可是我们还是坚持在外值守并准时地外出观察做统计。这让我想起了辛勤的科学工作者，他们也是经常要进一步到恶劣的环境，在这样的环境中风餐露宿只是为了得到科学的数据。他们谋求真理的精神实是值得我们学习的。并且，有关气象学的实习能够使我们更加好的在此后的工作中，特别是在设计工作中有更加好的理论基础。使我们的设计更完美化。附表1第二小组（本组）小气候观察数据项目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00地温(℃)0cm最低温度最高温度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温、湿度20cmt干(℃)4.87.610.615.315.620.1521.018.516.411.412.0t湿(℃)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湿(℃)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辐射通量(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(大气透明系数)00.120.740.650.660.670.730.690.78气压(mb)10201020102010201020101810171017101710171016风速(m/s)0.40.30.60.70.70.40.40.60.70.4风向无西西西北北南西南西无云量1010101010101010101010日光状况⊙²⊙²⊙²⊙²⊙²⊙²⊙²⊙²⊙²⊙²⊙专业：园林10-4小构组员：赵丹、王一兰、解莹然、郭磊、卓嘉琪、邹寓、吴峰、夏宇测点：北京林业大学气象站对比组数据项目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00地温(℃)0cm最低温度最高温度5cm10cm15cm20cm-1.6911.51422.125.118.121.118.11210-5-5-5-5-5-5101015.5710191615.55.515131234.55.5691112.512.5131312.55668.5