天氣現(xiàn)象觀測

天氣現(xiàn)象觀測第一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六第9章天氣現(xiàn)象觀測2023/5/2729.1降水(雨水)測量9.2降雪測量9.3

蒸發(fā)量測量9.4能見度測量9.5云的觀測與測量第二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/273序言

本章學習有關天氣現(xiàn)象的觀測及有關儀器。天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中、地面上的一些物理現(xiàn)象，包括降水、凝結、視程障礙、雷電和其他現(xiàn)象等，這些現(xiàn)象都是在一定的天氣條件下產(chǎn)生的，其中的一些天氣現(xiàn)象對人們的生產(chǎn)、生活和交通運輸具有重要影響，有些還會形成嚴重的自然災害。對氣象部門，天氣現(xiàn)象必須按要求進行觀測和記錄，對某些天氣現(xiàn)象所造成的災害，還應及時進行調(diào)查記載。隨著多年科學技術的發(fā)展，多數(shù)天氣現(xiàn)象可以通過儀器進行觀測，本章主要介紹降水、蒸發(fā)、能見度及云的觀測與儀器測量原理和實現(xiàn)。第三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2749.1降水(雨水)測量降水(precipitation)是指從云中降落或從空氣中沉降到達地面(地球表面)的固態(tài)或液態(tài)的水汽凝結物，包括雨(rain)、雪(snow)、雹(hail)、露(dew)、霜(rime)、霧淞(hoarfrost)、霧水(fogprecipitation)等。降水可分為固態(tài)降水和液態(tài)降水，它們最典型的代表分別是雨和雪，雨和雪是最主要的降水形式。據(jù)記載我國在宋朝已有用器具進行雨量測量的記錄，在1424年前后已有全國統(tǒng)一的雨量器，這些雨量器被分發(fā)到全國各地的州府，在公元1442年改為銅制的統(tǒng)一雨量器，并由各地向國家上報雨情。第四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2759.1降水(雨水)測量1、雨水測量：降水測量包括降水量和降水強度，降水量是指在一段時間內(nèi)，從空中降落到地面的降水總量。液態(tài)降水用降水所覆蓋的地球表面的深度來表示，降雪用覆蓋在水平面上雪的深度來表示，也可以用溶化后的水的深度來表示。根據(jù)世界氣象觀測方法指南的規(guī)定，降水量以毫米(mm)為單位(或kg/m2)，取一位小數(shù)。日降水量應致少讀到0.2mm；最好讀到0.1mm。周或月降水量應精確到1mm，日降水量的測量應定時進行。降水強度是指單位時間內(nèi)的降水量，通常測定每5分鐘、10分鐘和1小時內(nèi)的降水量。降水根據(jù)強度大小可分為4類，小雨(0.1~2.5mm/h)、中雨(2.6~8.0mm/h)、大雨(8.1~15.9mm/h)和暴雨(>16mm/h)。第五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/276測量降水的儀器主要有雨量器、虹吸式雨量計、翻斗式雨量計、雙閥容柵式雨量計，此外還有光學雨量計。最早使用的是雨量器，是一種人工測量和讀數(shù)的最簡單雨量測量儀器，只能記錄某一時段內(nèi)的總降水量，而無法得知降雨隨時間的變化情況。虹吸式運雨量計也是一種較早使用的雨量計，它可以測量降雨總量，降雨起訖時間，以及降雨隨時間的分布情況，從而可以換算成降雨強度。1953年，國內(nèi)開始生產(chǎn)傳統(tǒng)的虹吸式雨量計，在上世紀80年代以前，我國氣象臺站主要以虹吸式雨量計為主。第六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2779.1降水(雨水)測量日降水量一般在0~100mm，但也能到數(shù)千mm。我國有記錄的最大降水量出現(xiàn)在臺灣，1967年10月17日，日降雨量達到1672毫米，世界最大降雨量出現(xiàn)在印度洋島嶼上，日降雨量達3240mm。我國大陸有記錄的日最大降水量出現(xiàn)在1967年，達到1062mm。我國將降雨從小雨到特大暴雨分為11個等級，日降水量從0.1mm到大于250mm以上。第七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2789.1降水(雨水)測量2、雨量器雨量器是觀測降水量的儀器，它將自然降水接入一定的容器內(nèi)，然后換算成降水量。雨量器由雨量筒與量杯組成，如圖9.9-1所示。雨量筒用來承接降水物，它包括承水器、儲水瓶和外筒。不同國家承水器的形狀和大小有些差別，我國雨量器/計國家標準規(guī)定，承雨器統(tǒng)一采用內(nèi)徑為200mm的正圓形承水器，誤差不超過0.6mm。承雨器口呈內(nèi)直外斜刀刃結構，刃口銳角為400-450，保證外部雨水不會濺入筒內(nèi)，進人承雨口的降雨也不應濺出承雨口外,其形狀應符合如圖9.9-1所示。承雨口材料應堅實，內(nèi)壁光滑，不得有砂眼、毛刺、碰傷、鍍層脫皮、滲漏等缺陷。承水器有兩種，一種是帶漏斗的承雨器，另一種不帶漏斗的承雪器。承雨器內(nèi)的漏半是活動的，可以拿出，漏斗起到引水作用，重要的是可以防止雨量器中收集的降水發(fā)生蒸發(fā)。外筒內(nèi)放儲水瓶，以收集降水量，儲水瓶是一個有一定容量并方便倒水的玻璃瓶。量杯為一特制的有刻度的專用量杯，其口徑和刻度與雨量筒口徑成一定比例關系，量杯有100分度，每1分度相當雨量器測得的降水量為0.1mm。若用其它量杯則需要經(jīng)過換算后得到實際的雨量。第八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2799.1降水(雨水)測量第九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27109.1降水(雨水)測量儲水瓶是有一定容量并有倒水咀的玻璃瓶雨量杯為特制的玻璃杯，杯上的刻度一般從0.05mm到10.5mm，每一小格代表0.1mm降水量，每一大格為1.0mm降水量，量杯的刻度大小直接表示了降水量，不必要再進行換算第十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2711第十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2712第十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2713雨量器觀測時的注意事項

a.雨量器安置在觀測場內(nèi)固定架子上，器口要保持水平，口沿離地面高度為70cm，儀器四周不受障礙物影響，以保證準確收集降水。

b.在冬季積雪較深地區(qū)，應在其附近裝一備份架子。

c.當雨量器安在此架子上時，口沿距地面高度為1.0－1.2m，在雪深超過30mm時，就應該把儀器移至備份架子上進行觀測。

d.冬季降雪時，須將漏斗從承水器內(nèi)取下，并同時取出儲水瓶，直接用外筒接納降水。第十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27143、虹吸式雨量計虹吸式雨量計(Siphonrainfallrecorder

)利用虹吸原理，當水位達到一定量時會自動排出，同時可以自動記錄雨量隨時間的變化。虹吸式雨量計是較早出現(xiàn)的雨量儀器，能夠記錄液體降水量和降水強度的雨量儀器，可以自動完成記錄。第十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量3、虹吸式雨量計目前使用的虹吸式雨量計，記錄紙分度范圍為0.1mm～10mm，記錄誤差為±0.05mm，降水強度記錄范圍為0.01mm/min～4mm/min，承水口內(nèi)徑200mm，自記紙上雨量最小分度0.1mm，全程記錄時間26h。時間最小分度10min。虹吸式雨量計不需要電源，但需要人工定時更換自記紙和人工給鐘筒上弦，類似于機械式鐘表，但是，由于原理上限制，不易將降雨量轉換成可供處理的電信號輸出，因而不能遠距離傳輸，也不能進一步數(shù)據(jù)處理，這是虹吸式雨量計的局限性。第十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量3、虹吸式雨量計第十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27174、翻斗式雨量計

翻斗式雨量計(Tippingbucketraingaug)的原理是利用一個翻斗式機械雙穩(wěn)態(tài)秤重機構。翻斗是用塑料或金屬加工成的兩個三角斗室(也有其它形狀),中間被隔板分開，兩邊容積相等，放在一個水平軸上，構成一個機械雙穩(wěn)態(tài)結構，如圖9.9-4給出了其結構示意圖，其中A、B是兩個分開的等容積三角斗室，D是水平支承軸，C是漏斗的導水管。不同的雨量計，斗室A、B的容積不同，容積大時雨量計的分辯率力較小，相反則較大。我國雨量計標準規(guī)定，翻斗式雨量計斗室容積有4種，分別相當于降水量0.1mm、0.2mm、0.5mm和1mm。第十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27184、翻斗式雨量計1)、單翻斗式雨量計第十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/2719第十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27204、翻斗式雨量計雙翻斗雨量計雙翻斗雨量計是對單翻斗雨量計的改進，由于單翻斗雨量計在翻斗翻倒的過程中雨水繼續(xù)注入該翻斗，同時正常降水時，雨量差別較大，這樣就會帶來誤差，因此產(chǎn)生了雙翻斗雨量計。采用多個翻斗可以將強度不同的自然降水斷續(xù)而均勻地注入到計量翻斗。第二十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27214、翻斗式雨量計雙翻斗雨量計雙翻斗雨量計是對單翻斗雨量計的改進，由于單翻斗雨量計在翻斗翻倒的過程中雨水繼續(xù)注入該翻斗，同時正常降水時，雨量差別較大，這樣就會帶來誤差，因此產(chǎn)生了雙翻斗雨量計。采用多個翻斗可以將強度不同的自然降水斷續(xù)而均勻地注入到計量翻斗。第二十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27224、翻斗式雨量計翻斗式雨量量計的誤差理想情況下翻斗翻動應該很靈活，實際上由于軸承的摩擦力，如果加上斗上的沾水或泥沙影響都會造成雨量測量的誤差。大雨時，由于翻斗的慣性來不及翻轉，造成雨量的流失，使得測定的雨量有較大誤差甚至記錄失真。翻斗雨量傳感器測量的是一個動態(tài)過程，當翻斗稱量已達到預定質(zhì)量時，雨水仍不停地注入翻斗，其增加量隨著降雨強度的加大也隨著增加，這是翻斗式雨量計存在的問題，一般情況下，大雨時翻斗式雨量量計測量的雨量會偏小。此外一次降雨達不到翻斗的翻轉量，則此無法記錄，并且當前一次降雨最后達不到翻斗的翻轉量而殘存在斗內(nèi)，也會影響下次降水的測量，一般翻斗式雨量對小雨測量結果會偏小。對于高分辨率的翻斗(如0.1mm)，翻轉一次誤差雖較小，對于一次降小過程因翻轉次數(shù)增多，使得累積起來誤差則相當大。因此在雨量較大時，若采用分辨率較低的翻斗(如0.5mm或1mm)，相對翻轉次數(shù)較少，使得累積起來的雨量誤差較小。因此低分辨率的翻斗對于降水較強時，較為適用。第二十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量2023/5/27235、雙閥容柵式雨量計雙閥容柵式雨量計由承水器、儲水室、容柵、進水電磁閥門、排水電磁閥門和信號處理電路構成，如圖所示第二十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.1降水(雨水)測量246、光學雨量計光學雨量計的原理是，當雨滴或其它顆粒物(沉降物)降落過程中穿過光束時，由于它們的阻擋，會引起光的閃爍，接收到的信號會產(chǎn)生變化，亮度變化過程反映了沉降物的大小，根據(jù)信號的持續(xù)時間可以推導出下降速度，并可以分辨出雨的強度、雪或雨夾雪等。有些光學雨量計可以測出粒徑分布、降水量、能見度、降水類型等綜合參數(shù)。不同的光學雨量計結構不同，有些稱為雨滴譜儀，如圖是一種光學雨量計的結構，它是由一個光源、透鏡、接收器、處理電路等組成的，光源是一個紅外發(fā)光管，工作波長為880nm，前端裝有一個聚光透鏡，使出射的光成為一個具有很小發(fā)散角的線光源，為了避免自然光干擾，采用50Hz的方波調(diào)制。光通過一個降雨區(qū)后經(jīng)一會聚透鏡，然后通過一水平狹縫后入射到光敏二極管上檢測。檢測部分包括整流單元、自動增益放大器AGC、信號處理電路以及輸出接口。輸出信號的強度與降雨有一定關系，需要通過實驗確定。第二十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.2降雪測量25雪也是降水的一種，大氣里以固態(tài)形式落到地球表面上的降水，稱為固態(tài)降水。雪是大氣固態(tài)降水中的一種主要形式。冬季，我國許多地區(qū)的降水，是以雪的形式出現(xiàn)。對雪的觀測主要包括雪深和雪壓。由于降落到地面上的雪花的大小、形狀、以及積雪的疏密程度不同，因此雪深和雪壓并不能真正代表實際的降水多少，因此真正的降水量是以雪溶化后的水的深度來表示，稱為雪降水量。雪深和雪壓雖然不能真實的反映實際降水量的大小，但在一定程度上也反映了降雪的大小，特別是雪深，對人們的生活、生產(chǎn)、交通、作物的生長等都有很大影響，因此也是農(nóng)業(yè)、氣象、水文上觀測的重要氣象指標。一般將降雪分為小雪、中雪、大雪或暴雪。小雪是指12小時內(nèi)雪降水量小于1.0mm或24小時雪降水量小于2.5mm的降雪過程。中雪指12小時內(nèi)雪降水量為1.0～3.0mm或24小時為2.5～5.0mm的降雪過程，相當于降雪深度在3cm左右。大雪指12小時內(nèi)雪降水量為3.0～6.0mm或24小時內(nèi)降雪量5.0～10.0mm的降雪過程，相當降雪深度為5cm左右。暴雪指12小時內(nèi)雪降水量大于6.0mm或24小時內(nèi)降雪量大于10.0mm的降雪過程，相當于降雪深度在8cm左右。降雪測量第二十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.2降雪測量26雪深是從積雪表面到地面的垂直深度，以厘米(cm)為單位，取整數(shù)；雪壓是單位面積上的積雪重量，以克/平方厘米(g／cm2)為單位，取l位小數(shù)。當氣象站四周視野地面被雪(包括米雪、霰、冰粒)覆蓋超過一半時要觀測雪深；在規(guī)定的日期當雪深達到或超過5cm時要觀測雪壓。測定雪深用量雪尺或普通米尺；測定雪壓用體積量雪器或稱雪器。雪深、雪壓的觀測地段，應選擇在觀測場附近乎坦、開闊的地方。入冬前，應將選定的地段平整好．清除雜草，并做上標志。氣象站一般用量雪尺(或普通米尺)來測量雪深。量雪尺是一木制的有厘米刻度的直尺。符合觀測雪深的日子，在規(guī)定時間和選定的觀測地點，將量雪尺垂直地插入雪中到地表為止(勿插入土中)，依據(jù)雪面所遮掩尺上的刻度線，讀取雪深的厘米整數(shù)，小數(shù)四合五入。使用普通米尺時，每次觀測須作3次測量，并求其平均值。3次測量的地點，彼此相距應在10m以上，并做出標記，以免下次在原地重復測量。2、雪深和雪壓的人工觀測第二十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.2降雪測量273、雪深和雪壓的儀器測量雪深的儀器測量目前雪深的儀器測量，主要是利用超聲波測距的原理實現(xiàn)的。測量超聲波在不同界面上的反射時間差來測量雪的深度。由于超聲波的傳播速度受溫度影響較大，因此測量時需要對聲速進行溫度修正。如圖9.9-109是一種超聲波測雪儀及原理圖。另外一種超聲波測雪深的方法是將超聲波收發(fā)裝置放于雪的下面.第二十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.2降雪測量28降水量大小分布，我國由東南向西北逐次降低,降水量等值線基本呈東北-西南走向。長江以南的大部分地區(qū)年降水量在800mm以上,西北大部、西藏西部和內(nèi)蒙基本在400mm以下,東北大部、華北和黃淮地區(qū)基本在400~800mm之間。第二十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/2729蒸發(fā)量定義:蒸發(fā)量（evaporation），水由液態(tài)或固態(tài)轉變成汽態(tài)，逸入大氣中的過程稱為蒸發(fā)。而蒸發(fā)量是指在一定時段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而散布到空中的量。通常用蒸發(fā)掉的水層厚度的毫米數(shù)表示，水面或土壤的水分蒸發(fā)量，分別用不同的蒸發(fā)器測定。氣象學上的蒸發(fā)主要指液態(tài)或固態(tài)水轉變?yōu)樗倪^程。氣象站測定的蒸發(fā)量是水面(含結冰時)蒸發(fā)量，它是指—定口徑的蒸發(fā)器中，在一定時間間隔內(nèi)因蒸發(fā)而失去的水層深度，以毫米(mm)為單位，取l位小數(shù)。用這種方式觀測的蒸發(fā)量通常稱為蒸發(fā)皿蒸發(fā)量。蒸發(fā)器主要是一個開口面積一定的承水容器和測量水面高度的測量裝置，也有通過測量水的重量來換算出水面高度變化。蒸發(fā)器主要有小型蒸發(fā)器(蒸以皿)、E-601B型蒸發(fā)器、超聲波蒸發(fā)器、稱重式蒸發(fā)器、自動探針式蒸發(fā)器等，實際上超聲波、稱重、自動探針等都是測量水位變化的一種工具，可用于小型蒸發(fā)器和E-601B型蒸發(fā)器上。我國在80所代以前主要使用的是一種小型蒸發(fā)器，上世紀80年后陸續(xù)使用直徑為61.8cm的E-601B型蒸發(fā)器，其圓型水面面積為3000cm2，但小型蒸發(fā)器還有大量使用。1、蒸發(fā)量測量第二十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/2730

測定蒸發(fā)量的主要儀器（1）小型蒸發(fā)器（2）E-601型蒸發(fā)器（3）超聲波蒸發(fā)傳感器第三十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27312、小型蒸發(fā)量器小型蒸發(fā)器(蒸以皿)

小型蒸發(fā)器為口徑20cm，高約10cm的金屬圓盆，口緣鑲有角度為40-45度的內(nèi)直外斜的刀刃形銅圈，器旁有一倒水小咀到底面高度距離為6.8cm，俯角10-15度。為防止鳥獸飲水，器口附有一個上端向外張開成喇叭狀的金屬絲網(wǎng)圈,如圖所示。小型蒸發(fā)器安裝在一豎直圓柱上，蒸發(fā)器口緣保持水平，距地面高度為70cm。第三十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27322、小型蒸發(fā)量器第三十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/2733

一般情況下蒸發(fā)器安裝在口緣距地面70cm高處，每天20時進行觀測，測量前一天20時注入的20mm清水（即今日原量）經(jīng)24小時蒸發(fā)剩余的水量，蒸發(fā)量計算公式如下：蒸發(fā)量＝原量＋降水量－余量

蒸發(fā)器內(nèi)的水量全部蒸發(fā)完時，記為﹥20.0，此種情況應避免發(fā)生，平時要注意蒸發(fā)情況，增加原量。結冰時用稱量法測量，其它季節(jié)用杯量法或稱量法均可。有降水時，應取下金屬絲網(wǎng)圈；有強烈降水時，應隨時注意從器內(nèi)取出一定的水量，以防止溢出。第三十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27343、E-601B型蒸發(fā)器E-601B型蒸發(fā)器由蒸發(fā)桶、水圈、溢流桶和測針等組成（見圖1）。蒸發(fā)桶是由白色玻璃鋼制作，器口面積為3000cm2，有圓錐底的圓柱形桶，器口正圓，口緣為內(nèi)直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上設置測針座，座上裝有水面指示針，用以指示蒸發(fā)桶中水面高度。在桶壁上開有溢流孔，孔的外側裝有溢流嘴，用膠管與溢流桶相連通，以承接因降水較大時從蒸發(fā)桶內(nèi)溢出的水量。水圈是安裝在蒸發(fā)桶外圍的環(huán)套，材料也是玻璃鋼。用以減少太陽輻射及濺水對蒸發(fā)的影響。它由四個相同的弧形水槽組成。內(nèi)外壁高度分別為13.7cm和15.0cm。每個水槽的壁上開有排水孔。為防止水槽變形，在內(nèi)外壁之間的上緣設有撐檔。水圈內(nèi)的水面應與蒸發(fā)桶內(nèi)的水面接近。溢流桶是承接因降水較大時而由蒸發(fā)桶溢出的水量的圓柱形盛水器，可用鍍鋅鐵皮或其它不吸水的材料組成。桶的橫截面以300cm2為宜，溢流桶應放置在帶蓋的套箱內(nèi)。第三十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27353、E-601B型蒸發(fā)器測針是專用于測量蒸發(fā)器內(nèi)水面高度的部件，應用螺旋測微器的原理制成。讀數(shù)精確到0.1mm。測針插桿的桿徑與蒸發(fā)器上測針座插孔孔徑相吻合。測量時使針尖上下移動，對準水面。測針針尖外圍還設有靜水器，上下調(diào)節(jié)靜水器位置，使底部沒入水中。E-601B型蒸發(fā)器需要埋設安裝，安裝時力求少挖動原土，蒸發(fā)桶放入坑內(nèi)，必須使器口離地30cm，并保持水平。桶外壁與坑壁間的空隙，應用原土填回搗實。水圈與蒸發(fā)桶必須密合。水圈與地面之間，應取與坑中土壤相接近的土料填筑土圈，其高度應低于蒸發(fā)桶口緣約7.5cm。在土圈外圍，還應有防塌設施，可用預制弧形混凝土塊拼成，或水泥砌成外圍。第三十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27363、E-601B型蒸發(fā)器第三十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六

E-601型蒸發(fā)器主要由蒸發(fā)桶、水圈、溢水桶和測針四部分組成。工作環(huán)境溫度要求是0－±50℃。（2）E-601型蒸發(fā)器第三十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六（2）E-601型蒸發(fā)器第三十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六第三十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六（2）E-601型蒸發(fā)器

蒸發(fā)桶是一個器口面積為3000平方厘米、有圓錐底的圓柱形桶，器口要求正圓，口緣為內(nèi)直外斜的刀刃形。桶底中心裝有一根直管，在直管的中部有三根支撐與桶壁連接，以固定直管的位置并使之垂直。直管的上端裝有測針座，座上裝有器內(nèi)水面批示針，用以指示針，用以指示蒸發(fā)桶中水面高度。在桶壁上開有溢流孔，孔的外側裝有溢流嘴，用膠管與溢流桶相連通，以承接因降水從蒸發(fā)桶內(nèi)溢出的水量。桶身的外露部分和桶內(nèi)側涂上白漆，以減少太陽輻射的影響。

水圈是裝置在蒸發(fā)桶外圍的環(huán)套，用以減少太陽輻射及濺水對蒸發(fā)的影響。它由四個相同的、其周邊稍小于四分之一的圓周的弧形水槽組成。水槽用較厚的白鐵皮制成，寬20厘米，內(nèi)外壁高度分別為13.7厘米和15.0厘米。每個水槽的外壁上開有排水孔，孔口下緣離水槽均應按蒸發(fā)桶的同樣要求涂上白漆。水圈內(nèi)的水面應與蒸發(fā)桶內(nèi)的水面接近。第四十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六溢水桶用金屬或其它不吸水的材料制成。它用來承接因暴雨從蒸發(fā)桶溢出的水量。用量尺直接觀測桶內(nèi)水深的溢流桶，應做成口面積為300平方厘米的圓柱桶；不用量尺觀測的，所用的溢流桶的形式不拘，其大小以能容得下溢出的水量為原則。放置溢流桶內(nèi)的箱要求耐久、干燥和有蓋。須注意防止降落在膠管上的雨水順著膠管流入溢流桶內(nèi)。不出現(xiàn)暴雨的地方，可以不設置溢流桶。

測針用于測量蒸發(fā)器內(nèi)水面高度。使用時將測針的插桿插在蒸發(fā)桶中的測針座上，插桿下部的圓盤與座口相接。測什所對方向，全站應統(tǒng)一。插桿上面用金屬支架把測桿平等地固定地插桿旁側。測桿上附有游標尺，可使讀數(shù)精確到0.1毫米。測桿下端有一針尖，用磨擦輪升降測桿，可使什尖上下移動，對準水面。針尖的外圍水面上套一杯形靜水器，器底有孔，使水內(nèi)外相通。靜水器用固定螺絲與插桿相連，可以上下調(diào)整其位置，恰使靜水器底沒入水中。第四十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六（2）E-601型蒸發(fā)器的測針第四十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27434、超聲波蒸發(fā)傳感器超聲波蒸發(fā)傳感器是在小型蒸發(fā)器或E-601B型蒸發(fā)器的基礎上，增加超聲波傳感器來測量水位變化，從而實現(xiàn)自動測量和遙測。一種小型超聲波蒸發(fā)器是由超聲波測距儀和不銹鋼圓筒組成，如圖是一種超聲波蒸發(fā)傳感器。超聲波探頭放置在水中，向上發(fā)射超聲波脈沖，根據(jù)超聲波測距原理，發(fā)射的聲波遇到水面后被反射，測量出聲波的往返時間t，則探頭到水面的距離為其中c為水中的聲速。由于聲速與溫度有關，因此需要同時設計溫度測量電路，通過測溫對聲速進行校正。其測量范圍為0~100mm，分辨率為0.1mm，測量精度為為1.5%，使用溫度為0~50oC。第四十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六超聲蒸發(fā)傳感器超聲蒸發(fā)傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒組成。根據(jù)超聲波測距原理，選用高精度超聲波探頭，對E601B型蒸發(fā)器內(nèi)水面高度變化進行檢測，Ct/2，C水中聲速、t超聲波脈沖往返于水面高度H經(jīng)歷的時間，轉換成電信號輸出。并配置溫度校正部分，以保證在使用溫度范圍內(nèi)的測量精度。它的測量范圍為0-100mm，分辨率0.1mm，測量準確度±1.5%，在氣溫0～+50℃范圍使用。第四十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27454、超聲波蒸發(fā)傳感器測量范圍:0~100mm

分辨率:0.1mm

精度:±1.5%（0~+50℃）

供電:0~15VDC

耗電:10V，<200mA15V,<100mA

輸入阻抗:<500Ω

最高水位輸出:4mA，0V

最低水位輸出:20mA，5V，10V

第四十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/27464、稱重式蒸發(fā)器稱重式蒸發(fā)器的原理是，在原有小型蒸發(fā)器的下面安裝高精度的電子稱重傳感器，測量蒸發(fā)皿內(nèi)液體重量的變化，再換算成液面高度。可以在結冰情況下使用，因此可用于觀測全年的蒸發(fā)量。如圖是一種稱重式蒸發(fā)器，精度為±1％，測量范圍為0～100mm，工作溫度為－40℃～＋60℃。第四十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/2747蒸發(fā)皿蒸發(fā)量:不同地區(qū)蒸發(fā)量差別較大。第四十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/2748蒸發(fā)皿蒸發(fā)量:不同地區(qū)蒸發(fā)量差別較大?；春恿饔蚰暾舭l(fā)量最大值接近1300mm左右,最小值在750mm左右。蒸發(fā)量極端最大值出現(xiàn)在1966年,約為1276mm;極端最小值出現(xiàn)在2003年,僅為778mm,極端最大最小值相差約500mm。第四十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.3蒸發(fā)量測量2023/5/2749蒸發(fā)皿蒸發(fā)量:不同地區(qū)蒸發(fā)量差別較大。1960-2009年新疆渭干河流域蒸發(fā)皿蒸發(fā)量第四十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六氣象應用

農(nóng)諺說：“清明要明，谷雨要雨”。這說明適時適量的降水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能提供有利的條件，是人類生存發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)得以維系的淡水資源供應源。而反常降水則會帶來災害。我國大部分地區(qū)降水都集中在下半年，而這時正是農(nóng)作物的生長季節(jié)，大型降水的多少能造成大面積的澇旱。尤其是時間長、面積大的暴雨，還能引起洪水泛濫，不僅對生產(chǎn)建設造成極大的危害，而且對人民的生命財產(chǎn)也帶來巨大的威脅。因此，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、水利建設、防澇抗旱等都需要及時準確的降水觀測資料。降水在軍事上也有很重要的影響，比如降水對艦艇艙面人員的健康力和戰(zhàn)斗力影響較大，對武器裝備也會產(chǎn)生一定的不良影響；降雪會迅速改變海岸目標的偽裝條件，使艦艇目力通信和利用天體及沿岸目標定位的工作受到限制。蒸發(fā)在地球的水表面、土壤以及雪和冰表面不停的發(fā)生，植被也總是以最大速度蒸騰水汽。蒸發(fā)也是地氣間水分循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一，它不僅以水汽的形式進入大氣，而且還在地面與大氣間傳遞熱量，蒸發(fā)對農(nóng)業(yè)、氣象和水文氣象研究都具有重要意義。第五十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27511、概述能見度(visibility)是一個重要的氣象觀測要素，能見度值的測報不僅用于氣象部門的天氣分析，更廣泛用于航空、航海、高速公路等交通運輸部門、軍事以及環(huán)境監(jiān)測等領域，準確及時地測量能見度具有重要意義。能見度就是能夠看到周圍物體的遠近程度，通常用最大可見距離來表示，也就是指觀測目標物體時，能從背景中分辨出目標物的最大距離，能見度反映了大氣透明的程度。能見度的測量是比較復雜的，因為影響能見度的因子有很多，對于正常人的眼睛而言，則有目標物的光學特性，背景的光學特性，自然界的照明和大氣透明度等。氣象上的能見度是這樣定義的，標準視力的眼睛，觀察水平方向以天空為背景的黑體目標物(視角在0.55°)時,能從背景上分辨出目標物輪廓的最大水平距離稱為氣象能見距離，用Rm來表示。上述定義的能見度，需要用目測確定，顯然會受到許多主觀和物理因素的影響,為了客觀地定義不以人的視覺而變化的大氣光學特性，引入氣象光學視程(MOR，meteorologicalopticalrange)這一概念，氣象光學視程是指自熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量，在大氣中削弱至初始值的5％所通過的路徑長度，用MOR表示。第五十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27521、概述能見度分白天能見度和夜間能見度。白天能見度是指視力正常的人，在當時天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認的目標物(黑色、大小適度)的最大水平距離，實際上也是氣象光學視程。夜間能見度是指：(1)假定總體照明增加到正常白天水平，適當大小的黑色目標物能被看到和辨認出的最大水平距離。(2)中等強度的發(fā)光體能被看到和識別的最大水平距離。所謂“能見”，在白天是指能看到和辨認出目標物的輪廓和形體；在夜間是指能清楚看到目標燈的發(fā)光點。凡是看不清目標物的輪廓，認不清其形體，或者所見目標燈的發(fā)光點模糊，燈光散亂，都不能算“能見”。人工觀測能見度，一般指有效水平能見度。有效水平能見度是指四周視野中看到的目標物的最大水平距離。能見度觀測儀測定的是一定基線范圍內(nèi)的能見度。能見度觀測記錄以千米(km)為單位，取一位小數(shù)，第二位小數(shù)舍去，不足0.1km記0.0。第五十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27532、影響能見度的要素亮度對比度(luminancecontrast)眼睛的視覺性能第五十三頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27543、能見度的人工觀測白天能見度的觀測。目標物的選擇，在四周不同方向、不同距離上選擇若干固定能見度目標物，標物的顏色應當越深越好，而且亮度要一年四季不變或少變的為目標物。目標物在背景的襯托下，輪廓清晰，且與背景的距離盡可能遠一些。目標物大小要適度。近的目標物可以小一些，遠的目標物則應適當大一些，并繪制出目標物分布圖，觀測時必須選擇在視野開闊，能看到所有目標物的固定地點作為能見度的觀測點。觀測四周事先測定的各目標物，根據(jù)“能見”的最遠目標物和“不能見”的最近目標物，從而判定當時的能見距離。如某一目標物輪廓清晰，但沒有更遠的或看不到更遠的目標物時，還需要根據(jù)一定的比例進行調(diào)整。

第五十四頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27553、能見度的人工觀測夜間能見度的觀測。燈光目標物的選擇，有條件的地方，均應在各個方向選擇一些固定的目標燈或?qū)ｉT設置的目標燈作為觀測能見度的依據(jù)。但應注意：應選擇孤立的點光源作為目標燈，不宜選擇成群、成帶、重疊的燈光；目標燈的燈光強度應固定不變；應是不帶顏色、沒有燈罩的白色光源(除白熾燈外，碘鎢燈、汞燈等均不適宜)；應位于開闊地帶，不受地方性煙霧的影響。選擇和專設目標燈后，應測定目標燈至觀測點的距離，了解其功率，再按給定的表格查出其相當?shù)陌滋炷芤娋嚯x，制成登記表，并繪制成燈光目標物圖，作為觀測的依據(jù)。觀測時，觀測者應先在黑暗處停留5—15分鐘，待眼睛適應環(huán)境后進行觀測，根據(jù)最遠目標燈能見與仔確定能見距離，在無條件利用目標燈進行觀測的情況下，需要根據(jù)天黑前能見度的實況和變化趨勢，結合觀測時天氣現(xiàn)象、濕度、風等氣象要素的變化情況，以及實踐經(jīng)驗加以判定。月光較明亮時，可根據(jù)目標物的能見與否來判定能見度，由于光照條件差，不可能能象白天那樣清楚地看清目標物的形體、輪廓，因而只要能隱約地分辨出比較高大的目標物的輪廓．該目標物距離就可定為能見距離，如能清楚分辨時，能見距離可定為大于該目標物的距離。第五十五頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27564、能見度的儀器測量原理

氣象光學視程測量氣象光學視程測量的基本方程是布格爾-朗伯(Bouguer-Lambert)定律，假定光傳輸路徑上大氣均勻分布，一束平行光在坐標為0的位置光通量為，在通過基線長度后的光通量為其中為消光系數(shù)(單位為km-1)，大氣透明程度不同時，的值不同。對上式微分可以得到根據(jù)氣象光學視程的定義，T=0.05，于是氣象光學視程與消光系數(shù)的關系為第五十六頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27574、能見度的儀器測量原理

氣象能見距離測量第五十七頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27585、能見度測量儀器的實現(xiàn)能見度測量儀器有兩種，即透射式和散射式。(1)透射式能見度儀透射式能見度儀是通過測量大氣的消光系數(shù)來間接測量氣象光學視程的儀器。透射式能見度測量時，需設置一個人工光源，在一定距離處檢測光的衰減程度，計算大氣的消光系數(shù)，然后換算出能見距離。根據(jù)式(9.4.5)，氣象光學視程MOR寫成大氣透射率T的函數(shù)，即選擇兩點間距離為L的長度作為測量基線，測出兩點間的透射率T，即可計算出氣象光學視程。第五十八頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27595、能見度測量儀器的實現(xiàn)

(2)透射式能見度儀的類型與工作過程有兩種類型的透射儀：(a)雙端透射式，發(fā)射器和接收器處于兩個單元內(nèi)，它們間的距離是基線的長度L，L是已知的，如圖第五十九頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27605、能見度測量儀器的實現(xiàn)

(2)透射式能見度儀的類型與工作過程

(b)單端透射式，發(fā)射器和接收器在同一單元內(nèi)，發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)過相隔一定距離后經(jīng)反器反射后，又射回射端，通過一個半反射鏡后入射到一個接收單元上，如圖所示。第六十頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27615、能見度測量儀器的實現(xiàn)

(2)散射式能見度儀散射式能見度儀是通過測量散射系數(shù)來間接測量氣象光學視程的儀器。大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，但是在一般情況下吸收因子可以忽略，認為光的衰減是由散射引起的，散射引起了能見度的降低。因此可以認為消光系數(shù)和散射系數(shù)相等，從而測量散射系數(shù)來估計MOR。通過把一束光匯聚在小體積空氣中，通過測量散射光的強弱變化從而間接測量出散射系數(shù)，若把來自其它光源的干擾完全屏蔽掉，則這種類型的儀器在白天和夜晚都能使用。(a)后向散射式在這種儀器中，把一束光線聚集在發(fā)射器前面一小塊體積空氣中，接收器裝置在同一相殼內(nèi)且位于光源下面，接收取樣空氣塊的后向散射的光。如圖所示。第六十一頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27625、能見度測量儀器的實現(xiàn)(b)前向散射式如圖所示是前向散射儀的示意圖，接收器和發(fā)射器分開放置，接收器接收取樣空氣對光的前向散射部分的光。第六十二頁，共六十八頁，編輯于2023年，星期六9.4能見度測量2023/5/27635、能見度測量儀器的實現(xiàn)透射儀的發(fā)射器和接收器分開安裝，而且相距較遠，還需要對準