《气象学》实验指导书

《气象学》实验指导书 刘洪生 编

上海海洋大学海洋科学学院 目录 实验一 温度和湿度的观测 实验二 风速和风向的观测 实验三 气压的观测 实验四 云的观测 实验五 能见度的观测 实验六 天气现象的观测

实验一 温度和湿度的观测 1 气温和湿度观测 1．1概述 空气温度（简称气温，下同）是表示空气冷热程度的物理量。 空气湿度（简称湿度，下同）是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。 地面观测中测定的是离地面1.50米高度处的气温和湿度。 需要获取的项目及其单位： 气温有：定时气温，日最高、日最低气温。配有温度计的气象站应作气温的连续记录。以摄氏度（℃）为单位，取一位小数。 湿度有： 水汽压（e）——空气中水汽部分作用在单位面积上的压力。以百帕（hPa）为单位，取一位小数。 相对湿度（U）——空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。以百分数（%）表示，取整数。 露点温度（Td）——空气在水汽含量和气压不变的条件下，降低气温达到饱和时的温度。以摄氏度（℃）为单位，取一位小数。 配有湿度计的气象站应作相对湿度的连续记录，并挑选日最小值。 测量气温和湿度的仪器主要有干球温度表、湿球温度表、最高温度表、最低温度表、毛发湿度表、通风干湿表、温度计和湿度计、铂电阻温度传感器和湿敏电容湿度传感器。 1．2干湿球温度表 干湿球温度表是用于测定空气的温度和湿度的仪器。它由两支型号完全一样的温度表组成，气温由干球温度表测定，湿度是根据热力学原理由干球温度表与湿球温度表的温度差值计算得出。 在小百叶箱的底板中心，安装一个温度表支架，干、湿球温度表垂直悬挂在支架两侧的环内，球部向下，干球在东，湿球在西，球部中心距地面1.5m高。湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。杯口距湿球球部约3cm，杯中盛蒸馏水（只允许用医用蒸馏水），供湿润湿球纱布用。 湿球包扎纱布时，要把湿球温度表从百叶箱内拿出，先把手洗干净，再用清洁的水将温度表的感应部分洗净，然后将长约10cm的新纱布在蒸馏水中浸湿，使上端服贴无绉折地包卷在感应部分上（包卷纱布的重叠部分不要超过球部圆周的1/4）；包好后，用纱线把高出感应部分上面的纱布扎紧，再把感应部分下面的纱布紧靠着球部扎好，但不要扎得过紧，并剪掉多余的纱线。 观测和记录 ⑴ 定时观测程序 干球、湿球温度表，最低温度表酒精柱，毛发湿度表，最高温度表，最低温度表游标，调整最高、最低温度表，温度计和湿度计读数并作时间记号。 ⑵ 正常观测 各种温度表读数要准确到0.1℃。温度在0℃以下时，应加负号（“-”）。读数记入观测簿相应栏内，并按所附检定证进行器差订正。如示度超过检定证范围，则以该检定证所列的最高（或最低）温度值的订正值进行订正。 温度表读数时应注意： ① 观测时必须保持视线和水银柱顶端齐平，以避免视差。 ② 读数动作要迅速，力求敏捷，不要对着温度表呼吸，尽量缩短停留时间，并且勿使头、手和灯接近球部，以避免影响温度示度。 ③ 注意复读，以避免发生误读或颠倒零上、零下的差错。 维护 ⑴ 必须注意保持干湿球温度表的正常状态。如发现温度表内刻度磁板破损,毛细管内有水银滴、黑色沉淀的氧化物或水根柱中断等情况，应同时更换、报废。 ⑵ 干球温度表应经常保持清洁、干燥。观测前巡视设备和仪器时，如发现干球上有灰尘或水，须立即用干净的软布轻轻拭去。 ⑶ 湿球纱布必须经常保持清洁、柔软和湿润，一般应每周换一次。遇有沙尘等天气，湿球纱布上明显沾有灰尘时，应立即更换。 ⑷ 水杯中的蒸馏水要时常添满，保持洁净，一般每周更换一次。

实验二 风速和风向的观测 ２．１概述 空气运动产生的气流，称为风。它是由许多在时空上随机变化的小尺度脉动叠加在大尺度规则气流上的一种三维矢量。 地面气象观测中测量的风是两维矢量(水平运动)，用风向和风速表示。 风向是指风的来向，最多风向是指在规定时间段内出现频数最多的风向。人工观测，风向用十六方位法；自动观测，风向以度(°)为单位。 风速是指单位时间内空气移动的水平距离。风速以米/秒（m/s）为单位，取一位小数。最大风速是指在某个时段内出现的最大十分钟平均风速值。极大风速(阵风)是指某个时段内出现的最大瞬时风速值。瞬时风速是指三秒钟的平均风速。 风的平均量是指在规定时间段的平均值，有三秒钟、二分钟和十分钟的平均值。 人工观测时，测量平均风速和最多风向。配有自记仪器的要作风向风速的连续记录并进行整理。 自动观测时，测量平均风速、平均风向、最大风速、极大风速。 测量风的仪器主要有EL型电接风向风速计、EN型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、单翼风向传感器和风杯风速传感器等。 ２．２轻便风向风速表 轻便风向风速表，是测量风向和一分钟内平均风速的仪器，它用于野外考察或气象站仪器损坏时的备份。 仪器由风向部分（包括风向标、方位盘、制动小套）、风速部分（包括十字护架、风杯、风速表主机体）和手柄三部分组成（见图9-4）。 观测和记录 ⑴ 观测时应将仪器带至空旷处，由观测者手持仪器，高出头部并保持垂直，风速表刻度盘与当时风向平行；然后，将方位盘的制动小套向右转一角度，使方位盘按地磁子午线的方向稳定下来，注视风向标约二分钟，记录其摆动范围的中间位置。 ⑵ 在观测风向时，待风杯转动约半分钟后，按下风速按钮，启动仪器，又待指针自动停转后，读出风速示值（m/s）；将此值从该仪器订正曲线上查出实际风速，取一位小数。 ⑶ 观测完毕，将方位盘制动小套向左转一角度，固定好方位盘。 维护 ⑴ 保持仪器清洁、干燥。若仪器被雨、雪打湿，使用后须用软布擦拭干净。 ⑵ 仪器应避免碰撞和震动。非观测时间，仪器要放在盒内，切勿用手摸风杯。 ⑶ 平时不要随便按风速按钮，计时机构在运转过程中亦不得再按该按钮。 ⑷ 轴承和螺帽不得随意松动。 ⑸ 仪器使用120小时后，须重新检定。

实验三 气压的观测 3．1概述 气压是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压以百帕（hPa）为单位，取一位小数。 人工观测时，定时观测要计算本站气压，编发天气报告的时次还须计算海平面气压。测定气压主要用动槽式和定槽式水银气压表。配有气压计的，应作气压连续记录，并挑选气压的日极值（最高、最低）。 自动观测时，测定气压的仪器用电测气压传感器，自动测定本站气压、挑选本站气压的日极值(最高、最低)、计算海平面气压。 3．2 水银气压表 气象站常用的仪器有动槽式水银气压表和定槽式水银气压表两种。它是利用作用在水银面上的大气压力，与以之相通、顶端封闭且抽成真空的玻璃管中的水银柱对水银面产生的压力相平衡的原理而制成的。现场气压观测常用空盒气压表观测。 3．２．１动槽式水银气压表 动槽式（又名福丁式）水银气压表由内管、外套管与水银槽三部分组成（见图7-1），在水银槽的上部有一象牙针，针尖位置即为度标尺的零点。每次观测必须按要求将槽内水银面调至象牙针尖的位置上。 安装 气压表应安装在温度少变、光线充足、既通风又无太大空气流动的气压室内。气压表应牢固、垂直地悬挂在墙壁、水泥柱或坚固的木柱上，切勿安装在热源(暖气管、火炉)和门窗、空调器旁边，以及阳光直接照射的地方。气压室内不得堆放杂物。 安装前，应将挂板牢固地固定在准备悬挂气压表的地方。再小心地从木盒(皮套)中取出气压表，槽部向上，稍稍拧紧槽底调整螺旋约1—2圈，慢慢地将气压表倒转过来，使表直立，槽部在下。然后先将槽的下端插入挂板的固定环里，再把表顶悬环套入挂钩中，使气压表自然下垂后，慢慢旋紧固定环上的三个螺丝(注意不能改变气压表的自然垂直状态)，将气压表固定。最后旋转槽底调整螺旋，使槽内水银面下降到象牙针尖稍下的位置为止。安装后要稳定4个小时，方能观测使用。 移运 移运气压表的步骤与安装相反。先旋动槽底调整螺旋，使内管中水银柱恰达外套管窗孔的顶部为止，切勿旋转过度。然后松开固定环的螺丝，将表从挂钩上取下，两手分持表身的上部和下部，徐徐倾斜45°左右，就可以听到水银与管顶的轻击声音(如声音清脆，则表明内管真空良好；若声音混浊，则表明内管真空不良)，继续缓慢地倒转气压表，使之完全倒立，槽部在上。将气压表装入特制的木盒(皮套)内，旋松调整螺旋1—2圈(使水银有膨胀的余地)。在运输过程中，始终要按木盒(皮套)箭头所示的方向，使气压表槽部在上进行移运，并防止震动。 观测和记录 ① 观测附属温度表(简称“附温表”)，读数精确到0.1℃。当温度低于附温表最低刻度时，应在紧贴气压表外套管壁旁，另挂一支有更低刻度的温度表作为附温表，进行读数。 ② 调整水银槽内水银面，使之与象牙针尖恰恰相接。调整时，旋动槽底调整螺旋，使槽内内水银面自下而上地升高，动作要轻而慢，直到象牙针尖与水银面恰好相接(水银面上既无小涡，也无空隙)为止。如果出现了小涡，则须重新进行调整，直至达到要求为止。 ③ 调整游尺与读数。先使游尺稍高于水银柱顶，并使视线与游尺环的前后下缘在同一水平线上，再慢慢下降游尺，直到游尺环的前后下缘与水银柱凸面顶点刚刚相切。此时，通过游尺下缘零线所对标尺的刻度即可读出整数。再从游尺刻度线上找出一根与标尺上某一刻度相吻合的刻度线，则游尺上这根刻度线的数字就是小数读数。 ④ 读数复验后，降下水银面。旋转槽底调整螺旋，使水银面离开象牙针尖约2—3mm。 观测时如光线不足，可用手电筒或加遮光罩的电灯(15—40W)照明。采光时，灯光要从气压表侧后方照亮气压表挂板上的白磁板，而不能直接照在水银柱顶或象牙针上，以免影响调整的正确性。 维护 ① 应经常保持气压表的清洁。 ② 动槽式水银气压表槽内水银面产生氧化物时，应及时清除。对有过滤板装置的气压表，可以慢慢旋松槽底调整螺旋，使水银面缓缓下降到“过滤板”之下(动作要轻缓，使水银面刚好流入板下为止，切忌再向下降，以免内管逸入空气)，然后再逐渐旋紧槽底调整螺旋，使水银面升高至象牙针附近。用此方法重复几次，直到水银面洁净为止。无“过滤板”装置的气压表，若水银面严重氧化时，应报请上级业务主管部门处理。 ③ 气压表必须垂直悬挂，应定期用铅垂线在相互成直角的两个位置上检查校正。 ④ 气压表水银柱凸面突然变平并不再恢复，或其示值显著不正常时，应报请上级业务主管部门处理。 3．２．２定槽式水银气压表 定槽式(又名寇乌式)水银气压表的构造与动槽式水银气压表大体相同，也分为内管、外套管、水银槽三个部分(见图7-2)。所不同的是刻度尺零点位置不固定，槽部无水银面调整装置。因此采用补偿标尺刻度的办法，以解决零点位置的变动。 安装 安装要求同动槽式水银气压表。安装步骤也基本相同。不同点是当气压表倒转挂好后，要拧松水银槽部上的气孔螺丝，表身应处在自然垂直状态，槽部不必固定。 移运 先将气孔螺丝拧紧，从挂钩上取下气压表，将气压表绕自身轴线缓缓旋转，同时徐徐倒转使槽部在上，装入木盒(皮套)内。运输过程中的要求同动槽式水银气压表。 观测和记录 ① 观测附温表。 ② 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)。 ③ 调整游尺与读数记录。 维护 定槽式水银气压表的水银是定量的，所以要特别防止漏失水银。其余同动槽式水银气压表维护中①、③、④条。