氣象學(xué)實習(xí)報告 小氣候綜合實習(xí)報告

地點：北京林業(yè)大學(xué)氣象站一序言研究目的：通過對單點太陽輻射，空氣溫度、濕度、土壤溫度、氣壓等氣象要素的觀測分析理解這些氣象要素的日變化規(guī)律。同步通過與對比點間這些氣象要素的對比分析，理解不一樣下墊面的氣候特性，掌握小氣候的研究措施。小氣候的氣候的概念、特點、分類：小氣候是指在小范圍內(nèi)，由地形、河流、湖泊、植被、土質(zhì)等影響所形成的特殊氣候。根據(jù)下墊面類別的不一樣，可分為農(nóng)田小氣候，森林小氣候，湖泊小氣候等等。與大范圍氣候相比較，小氣候有五大特點：(1)范圍小，鉛直方向大概在100米以內(nèi)，重要在2米如下，水平方向可以從幾毫米到幾十公里，因此，常規(guī)氣象站網(wǎng)的觀測不能反應(yīng)小氣候差異(2)差異大，無論鉛直方向或水平方向日照、溫度、濕度和風(fēng)等氣象要素的差異都很大，并且越近地面變異越大，例如：在靠近地面的貼地層內(nèi)，溫度在鉛直方向遞減率往往比上層大2～3個量級。(3)變化快，在小氣候范圍內(nèi)，溫度、濕度或風(fēng)速隨時間的變化都比大氣候快，具有脈動性。日變化劇烈，越靠近下墊面，溫度、濕度、風(fēng)速的日變化越大。(4)小氣候規(guī)律較穩(wěn)定。只要形成小氣候的下墊面物理性質(zhì)不變，它的小氣候差異也就不變。因此，可從短期考察理解某種小氣候特點。二、材料和措施

2.1測點概況（第二組）=1\*GB3①北京林業(yè)大學(xué)氣象站位于北京市海淀區(qū)北京林業(yè)大學(xué)北部（北緯40°，東經(jīng)116°19’海拔約40m）。=2\*GB3②氣象站地處平原，地勢平坦。周圍水體不豐富，無河流、泉水、江海等物。=3\*GB3③氣象站內(nèi)下墊面豐富，具有水泥地、裸地及草地，草地內(nèi)植被豐富并夾雜小面積泥地，植被較多且生長狀況良好,中間有兩棵松樹，東面有一棵大樹。=4\*GB3④土壤為壤土，中間夾雜有少許磚塊，測點周圍有沙土。=5\*GB3⑤氣象站周圍建筑物為樓房及平房、層次分明、比較密集、北方有一幢2層的氣象觀測樓，南方大概一百米處有一幢9層大概27米高的樓房，東方有一排樣板房，西方是正在施工的高大樓房。2.2測定內(nèi)容與措施1、測定內(nèi)容太陽輻射（直接輻射表、天空輻射表）20cm、150cm空氣溫度（通風(fēng)干濕球溫度表）風(fēng)(風(fēng)杯風(fēng)速表)氣壓(空盒氣壓表)不一樣深度土壤溫度(直管地溫表、曲管地溫表)2、測定環(huán)節(jié)53′通風(fēng)表上水，通風(fēng)，懸掛在20cm高處和150cm處。55′觀測地溫（０cm、Tmax、5cm、10cm、15cm、20cm)注：Tmin56′觀測云量、天氣狀況。58′讀20cm干、濕球溫度，持續(xù)讀三次，讀后通風(fēng)59′將風(fēng)速表懸掛在1m高處，松開羅盤小套管，按下啟動桿。60′讀150cm干、濕球溫度，持續(xù)讀三次，讀后通風(fēng)01′讀風(fēng)向及指示風(fēng)速。02′讀20cm干、濕球溫度，持續(xù)讀三次，讀后通風(fēng)。03′讀氣壓。（經(jīng)三次訂正得出氣壓值）05′觀測地溫三、成果分析（一）單點分析3.1太陽輻射日變化3.1.1抵達(dá)地面的直接輻射Sb的日變化規(guī)律直接輻射（directradiation)：太陽以平行光線的形式，投射到地面上的那一部分輻射能，稱為直接輻射。分析：太陽直接輻射的強弱和許多因子有關(guān)，其中最重要的有兩個：太陽高度角和大氣透明度。=1\*GB3①太陽高度角：太陽高度角不一樣步，地表面單位面積上所獲得的太陽輻射也就不一樣。太陽高度角越小，等量的太陽輻射散布的面積就越大，因而地表面單位面積上所獲得的太陽輻射就越小。太陽輻射穿過的大氣層越厚太陽輻射被減弱也較多，抵達(dá)地面的直接輻射就較小。相反，太陽高度角越大，地面的直接輻射越小。=2\*GB3②大氣透明度：大氣透明度的特性用大氣透明系數(shù)（P）表達(dá)。大氣透明系數(shù)：指透過一種大氣質(zhì)量的輻射強度與進(jìn)入該大氣的輻射強度之比。大氣透明系數(shù)越小，太陽輻射受到的減弱越強，抵達(dá)地面的太陽輻射也越小。抵達(dá)地面的直接輻射變化規(guī)律如圖所示：在12點之前處在上升狀態(tài)，之后下降，最高值為763.2W/m2。=1\*GB2⑴上午太陽升起，太陽高度角很小，抵達(dá)地面的直接輻射為0，伴隨太陽高度角的逐漸增大，直接輻射強度不停增強，太陽高度角在中午到達(dá)最大，直接輻射最強；日落時太陽高度角最小，直接輻射最弱。=2\*GB2⑵一天大氣透明度好，日光狀況為⊙2。太陽輻射受到的減弱越弱，抵達(dá)地面的太陽輻射也越大。散射輻射（Sd）的日變化規(guī)律太陽輻射在大氣中碰到空氣分子或微小的質(zhì)點時，當(dāng)這些質(zhì)點的直徑不不小于構(gòu)成太陽輻射的電磁波波長時，太陽輻射中的一部分能量就以電磁波的形式從該質(zhì)點向四面八方傳播出去，這種現(xiàn)象稱為散射。通過散射形式傳播的能量稱為散射輻射。分析：影響散射輻射的原因：太陽高度角、大氣透明度、海拔高度和云。太陽高度角越大，大氣透明度越低，海拔高度越高，散射輻射越大。散射輻射變化規(guī)律如圖所示：從早上八點二十到午后兩點散射輻射波折上升，兩點時有最大值為117.9。從早上開始太陽高度角逐漸增大，因此散射輻射總體我增長趨勢。但十一點到十二點大氣透明度較高，其變化對散射輻射影響較大，導(dǎo)致散射輻射臨時減弱。兩點后來太陽高度角逐漸減小，散射輻射減弱。實習(xí)地點一直為未變，因此海拔高度無影響。一每天氣晴朗，天空無云，因此云也無影響?？傒椛洌⊿t）的日變化規(guī)律總輻射：直接輻射與散射輻射之和稱為總輻射。分析：總輻射重要受太陽高度角、大氣透明度、云量等原因影響。從早上開始大氣透明度較高，且變化較小，云量也一直不多，因此總輻射重要受太陽高度角變化的影響，從早上開始到中午太陽高度角逐漸增大，總輻射增強，十二點后太陽高度角逐漸減小，總輻射減弱。此成果與直接輻射與散射輻射測量成果相吻合。反射輻射（Sr)的日變化反射輻射：抵達(dá)地面的總輻射，不能所有為地面吸取，有一部分由于地面反射作用而返回大氣或宇宙空間，這一部分輻射為地面反射輻射（Sr)。反射輻射與總輻射之比用反射率表達(dá)。分析：反射率重要與下墊面的顏色、濕度、粗糙度、不一樣植被、土壤性質(zhì)及太陽高度角等原因有關(guān)。其中以顏色、濕度、粗糙度等的影響較大。此外，太陽高度角的變化，使太陽光線的射入角和光譜成分發(fā)生變化，反射率也隨之變化。由于觀測地點一直未變，因此反射輻射重要受太陽高度角影響。早上太陽高度角較小，反射率較大，伴隨太陽高度角增大，反射率減小。早上的反射率雖大，但總輻射較弱，因此反射輻射弱，而后反射率逐漸減小，直接輻射增強且程度較大，因此反射輻射增強；午后反射率逐漸增大，直接輻射減弱且程度較大，反射輻射減弱。3.2土壤溫度的變化3.2.1不一樣深度土壤溫度的日變化規(guī)律土表日間增熱和夜間冷卻引起土壤溫度的晝夜變化，土壤溫度在一晝夜內(nèi)隨時間的持續(xù)變化，稱為土壤溫度的日變化。分析：由圖可知土壤溫度的最大值十四點到十五點左右，比太陽輻射最大值（十二點）稍落后，且土層越深土壤溫度最大值越晚出現(xiàn)，土壤最低溫度出目前日出前后。土溫日差隨深度增長而減少。這是由于表層土壤在接受太陽輻射后先升溫，并向下層導(dǎo)熱，土層越深熱量越晚抵達(dá)。3.2.2土壤溫度的垂直變化規(guī)律分析：早上（08：50）升起但測量地東方有一株大樹擋住了陽光，因此地表接受的輻射很少，溫度較低，深層土壤溫度較高。而后（13：00、16：00）太陽逐漸升起，土壤表面獲得太陽輻射增多，溫度迅速上升，熱量由地表向下層傳遞，土壤溫度隨深度增長而減少。傍晚時（18：00）地面因輻射冷卻溫度下降，土壤上層開始出現(xiàn)輻射型，下層仍保持日射型，此型下的溫度分布時上層和下層都比較低，中間層溫度較高。3.3不一樣高度氣溫的日變化規(guī)律一天中氣溫隨時間的持續(xù)變化稱為氣溫的日變化。分析：日出后，伴隨太陽輻射的增強，地面凈得熱量，溫度升高。此時地面放出的熱量伴隨溫度升高而增強，大氣吸取地面放出的熱量，氣溫升高。正午后來，太陽輻射強度雖然開始減弱，但地面得到的熱量不小于失去的熱量，地面儲存的熱量仍在增長，因此氣溫繼續(xù)升高。午后大概14：00時地面得到的熱量因太陽輻射的深入減弱而少于失去的熱量，地溫下降，最終導(dǎo)致氣溫下降。20cm的溫度一直高于150cm的原因有兩個：一是地面是大氣增溫的重要和直接熱源，距離地面越遠(yuǎn)，獲得的地面長波輻射的熱能越少，氣溫越低；二是距離地面越近水汽和氣溶膠粒子越多，它們吸取地面輻射能力強，氣溫越高。3.4不一樣高度濕度的日變化規(guī)律3.4.1不一樣高度相對濕度（u）的日變化規(guī)律相對濕度：空氣中的實際水汽壓與同溫度下的飽和水汽壓的比值（用百分?jǐn)?shù)表達(dá)）。即：U=e/E×100%U的大小直接反應(yīng)空氣距離飽和的程度。分析：U的大小決定于大氣中的水汽含量和氣溫。當(dāng)e不變時，E上升，導(dǎo)致U下降；反之，氣溫下降，導(dǎo)致U上升。圖中顯示：8：50此前和13：00-15：00一段時間150cm處的U不小于20cm外，其他時間都相對較小。20cm處的氣溫雖高，但此處的水汽含量更高，從而導(dǎo)致大段時間內(nèi)150cm處的U不不小于20cm，13：00-15：00時氣溫很高大氣中水汽含量很少，此時U重要受氣溫影響，20cm處氣溫較高，因此150cm處的U不小于20cm。3.4.2不一樣高度水汽壓（e）的日變化規(guī)律大氣中水汽所產(chǎn)生的壓力稱為水汽壓。分析：日出后，溫度升高，土壤中水分開始蒸發(fā)，e逐漸增大。午后氣溫逐漸減少，蒸發(fā)減弱，空氣中的水分減少，e變小。其中20cm距地面較近，溫度較高，水分較多，e較大。14：00左右20cm處溫度過高，水分蒸發(fā)快，e較小。氣壓日變化氣壓：地球表面單位面積上所受到的大氣壓力稱為氣壓。分析：氣壓的大小與海拔高度、大氣溫度、大氣密度等有關(guān)。上午，大氣溫度低，空氣冷卻收縮，大氣密度大，氣壓較大。白天伴隨溫度逐漸升高，低層空氣受熱膨脹上升，升到空氣向四面流散，氣壓逐漸減少。觀測點不變，因此與海拔無影響。3.6風(fēng)的日變化觀測當(dāng)日，本站風(fēng)速較小，風(fēng)向不定。（二）對比分析我組（二組）與四組進(jìn)行比較1、不一樣測點抵達(dá)地面的直接輻射的比較14：00此前兩測點抵達(dá)地面的地面直接輻射隨時間太陽高度角變化規(guī)律基本相似，但由于二組東面有樹木遮擋，因此開始時，直接輻射為零，四組西面有一正在施工的高大建筑，因此14：00時直接輻射忽然下降。2、不一樣測點的散射輻射的比較太陽高度角越大，散射輻射越大。因此兩組的圖像都是先上升后下降。四組據(jù)施工地點較近，大氣透明度低，散射輻射強，且二組周圍樹木較多，空氣濕度較大，因此四組測得的散射輻射明顯強于二組。3、不一樣測點的反射輻射比較二組測點的土地表面植被多，土壤粗糙程度大，反射率明顯小，因此反射輻射也較小。兩個組的總體趨勢都是先增大后減小，這與太陽高度角的變化及受其影響的直接輻射的變化有關(guān)。4、不一樣測點土壤溫度比較無論是0cm還是5cm深的土層，四組測得的土溫都明顯高于二組，這是由于二組測點的植被較多，土壤濕度大，蒸發(fā)作用強，帶走了許多熱量，并且被植被遮擋的地方吸取的直接輻射也比較弱。四組測得的5cm深的成果中，15：時溫度較低，是由于其測點西方有高大建筑物，影響了該點的直接輻射，繼而影響了該點的土溫（見不一樣測點抵達(dá)地面的直接輻射的比較圖像）。5、不一樣測點（20cm、150cm）氣溫比較二測點的東方有一高大樹木且周圍植被較多，早上太陽出來時，被樹木遮擋，直接輻射較小，最終導(dǎo)致氣溫減少，但由于兩測點距離較近，且空氣是流動的，因此兩組測得的成果十分相近。6、不一樣測點相對濕度（u）比較20、150cm)相對濕度與溫度有關(guān)和蒸發(fā)面物態(tài)性質(zhì)有關(guān)。二測點的東方有一高大樹木且周圍植被較多，早上太陽出來時，被樹木遮擋，直接輻射較小，土溫較低，因此蒸發(fā)作用較弱，水汽壓較小，相對濕度較低。后來二組的直接輻射逐漸增強并超過四組，并且二組測點處植被較多，土壤濕度較高，因此蒸發(fā)作用較強，水汽壓較大，相對濕度較大。7、不一樣測點絕對濕度（e)比較（20、150cm)相對濕度與溫度有關(guān)和蒸發(fā)面物態(tài)性質(zhì)有關(guān)。二測點的東方有一高大樹木且周圍植被較多，早上太陽出來時，被樹木遮擋，直接輻射較小，土溫較低，因此蒸發(fā)作用較弱，絕對濕度較低。后來二組的直接輻射逐漸增強并超過四組，并且二組測點處植被較多，土壤濕度較高，因此蒸發(fā)作用較強，決對濕度較大。四、結(jié)論（測點小氣候總結(jié)）概括得出的重要結(jié)論：太陽輻射、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度各分量的時間、空間變化趨勢及原因直接輻射、散射輻射、總輻射、反射輻射大體上都伴隨太陽高度的升高而增大，伴隨太陽高度的減少而減小。但也有大氣透明度、日照時間等其他因子來影響太陽輻射，使太陽輻射在一定范圍內(nèi)有波動。地面土壤溫度大體上伴隨太陽輻射的變化而變化，但其最大值稍稍錯后于太陽輻射的最值，這是由于太陽輻射在14：00左右積聚到最大，而土壤在此時吸取的熱量也最多。伴隨土壤深度的增長，地溫振幅伴隨地深度增長而減少，這是由于土壤能吸取的輻射在逐漸較少，受太陽輻射影響也越來越小，因而20cm處的日土壤溫度變化趨于緩和。土壤溫度在空間垂直變化顯現(xiàn)出三種特性：日射型、輻射型和過渡型。在一天中，三種特性均顯現(xiàn)出來。這與所處的時間、環(huán)境有很大關(guān)系?？諝鉁囟纫彩前殡S太陽輻射的變化而變化，展現(xiàn)拋物線形態(tài)。但其最大值也稍稍錯后于太陽輻射的最值，在14：00左右積聚到最大；但伴隨地面高度的增長，有某些其他原因，如亂流互換作用，也會影響到空氣溫度，使其出現(xiàn)一定變化。水汽壓在亂流作用比較旺盛的地方日變化曲線展現(xiàn)雙波形，即早晚時刻與氣溫變化趨勢相似，而中午前后，水汽壓與氣溫變化趨勢相反。這是由于中午溫度高，水汽壓伴隨溫度升高而增大，飽和水汽壓也增大，但飽和水氣壓增大的速度不小于水汽壓的速度，使近地面水汽壓減小，因而出現(xiàn)兩個高值和兩個低值的現(xiàn)象。相對濕度的日變化一般與氣溫日變化相反，即隨氣溫增大而減小，最氣溫減小而增大。一天中，相對濕度最大值出目前清晨氣溫最低的時候，最小值出目前其高氣溫出現(xiàn)的時刻。這是由于伴隨氣溫升高，水汽壓增大，飽和氣壓也增大，但飽和氣壓增大的速度要快于水汽壓，因而出現(xiàn)之前所說的狀況。改善小氣候環(huán)境應(yīng)采用的重要措施合適栽培植物以改善空氣中氧氣、二氧化碳的濃度，并且植物能吸取一定的有害氣體，改善空氣質(zhì)量。改造當(dāng)?shù)氐牡匦?，使其環(huán)境更趨于大自然的感覺，防止單一地形對不一樣氣候的不適應(yīng)性，減少其對其他環(huán)境也許導(dǎo)致的不利影響（例如沙地有也許產(chǎn)生沙塵暴，會影響人的生活）。變化下墊面的輻射特性，使其在合適時間有益于人的生活。例如下雪后在雪表面撒煤粉等以加緊冰雪融化。地面覆蓋變化使近地氣層的熱狀況和水分狀況。例如可以在田地中用塑料薄膜覆蓋大棚表面，使日均氣溫提高，加緊農(nóng)作物生長速率。人工控制風(fēng)速使其在不影響人們的生活。例如為了減少農(nóng)田風(fēng)速，可以營造防風(fēng)林。人工控制蒸發(fā)可以使下墊面濕潤，增長水分蒸發(fā)，提高空氣濕度，緩和溫度變化。如中耕松土可以減少旱地蒸發(fā)。五.實習(xí)體會通過這次實習(xí)，我掌握了諸多東西。首先，我通過這次實習(xí)，初步掌握了觀測太陽輻射、地溫、風(fēng)速風(fēng)向及干濕度的測量措施，對數(shù)據(jù)處理并畫圖，分析得出了該小氣候中太陽輻射等多種量的變化規(guī)律。還通過對比分析理解了不一樣下墊面的小氣候特性。這次實習(xí)，不僅使我增長了有關(guān)北京的地理知識，還學(xué)會了科學(xué)合理的氣象觀測措施，并初步學(xué)習(xí)了對比分析的基本措施。另一方面，雖然實習(xí)當(dāng)每天氣很好，但入夜后（5點至7點）比較寒冷，露珠很大，可是我們還是堅持在外值守并準(zhǔn)時地外出觀測做記錄。這讓我想起了辛勤的科學(xué)工作者，他們也是常常要深入到惡劣的環(huán)境，在這樣的環(huán)境中風(fēng)餐露宿只是為了得到科學(xué)的數(shù)據(jù)。他們尋求真理的精神實是值得我們學(xué)習(xí)的。并且，有關(guān)氣象學(xué)的實習(xí)可以使我們更好的在此后的工作中，尤其是在設(shè)計工作中有更好的理論基礎(chǔ)。使我們的設(shè)計更完美化。附表1第二小組（本組）小氣候觀測數(shù)據(jù)項目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00地溫(℃)0cm最低溫度最高溫度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溫、濕度20cmt干(℃)4.87.610.615.315.620.1521.018.516.411.412.0t濕(℃)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濕(℃)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輻射通量(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(大氣透明系數(shù))00.120.740.650.660.670.730.690.78氣壓(mb)10201020102010201020101810171017101710171016風(fēng)速(m/s)0.40.30.60.70.70.40.40.60.70.4風(fēng)向無西西西北北南西南西無云量1010101010101010101010日光狀況⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙2⊙專業(yè)：園林10-4小組組員：趙丹、王一蘭、解瑩然、郭磊、卓嘉琪、鄒寓、吳峰、夏宇測點：北京林業(yè)大學(xué)氣象站對比組數(shù)據(jù)項目8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00地溫(℃)0cm最低溫度最高溫度5cm10cm15cm20cm-1.6911.51422.125.118.121.118.11210-5-5-5-5-5-5101015.5710191615.55.515131234.55.5691112.512.5131312.55668