气象学实习报告_小气候综合实习_北京林业大学.

小气候综合实习报告 姓名:王贺崐元 班级:保护区 10 学号:101214112 北京林业大学 摘要(Abstract

本文是对实习过程的总结, 通过对实习方法、 数据分析和实习感受叙述, 更加系统地掌 握了有关小气候方面的知识。

本文分析的数据包括:

◆太阳辐射日变化规律,包括太阳到达地面的直接辐射(Sb 的日变化规律 , 散 射辐射(Sd 的日变化规律 , 反射辐射(Sr 的日变化 , 总辐射(St 的日变化; ◆土壤温度的变化规律,包括不同深度土壤温度的日变化规律 , 土壤温度的垂直 变化规律;

◆不同高度气温的日变化规律;

◆不同高度湿度的日变化规律, 包括不同高度相对湿度 (u 的日变化规律 , 不同 高度水汽压(e 的日变化规律;

◆气压日变化规律;

在本次实习中,通过对空气温度、湿度、土壤温度、太阳辐射、气压、风、降水量和蒸 发量观测,经整理分析,得出太阳辐射日变化,土壤温度日、垂直变化,气温、湿度、气压 日变化并做出相应分析总结;此外,我还进行了与第十组的数据的对比分析。

关键词(Key words

小气候 气候要素 日变化规律

一、前言

1.1小气候(microclimate 的气候概念 1.1.1小气候的概念

小气候是在具有相同的大气候特点的范围内, 在局部地区, 由于地形房屋、 土壤条件和 植被不一致,使该地区具有独特的气候状况。这种在小范围内,由于下垫面 ① 构造和特性不 同,使热量热水分收支不一样,形成近地层与大气候所不同的特殊气候,称为小气候。 1.1.2小气候形成的理论基础

小气候的形成, 主要决定于下垫面的太阳辐射平衡、热量平衡、水分平衡,以及近地层

① 下垫面 又称活动面,是指能借助于辐射作用吸收或放出热量,调节邻近气层和土层湿 度、温度和风等各类气象要素变化的物质表面。如地面、水面和植物表面等等。

的乱流交换,土壤的热交换。形成小气候差异的因素有测点的坡向、坡度、下垫面的特征、 地平面的遮蔽程度和天气条件等。

1.1.2.1下垫面的辐射平衡

辐射平衡是气候形成的重要因素, 也是热量平衡的理论基础。 影响辐射平衡的因素有纬 度、地形和下垫面的性质。

1.1.2.2下垫面的热量平衡

对于不同下垫面,其热量平衡方程的形式是形同的,既有乱流热通量、 蒸发耗热, 又有 土壤热通量等等,但在农田和森林里,各分量的大小与裸地的差异很大

1.1.3小气候的表现

这种局部地区小气候的特点,主要表现在个别气候要素(如温度、 湿度和风 变化剧烈 以及个别天气现象(如雾、露和霜 上的差异。 气温铅直梯度折合成每 100m 为超绝热梯度, 水平温度梯度在小范围内可达几度。

1.1.4小气候的简介

小气候是因下垫面性质不同, 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,小 气候中的温度、湿度、光照、通风等条件,直接影响作物的生长,人类的工作环境,家庭的 生活情趣等。 可通过一定的技术措施在一定的范围内改善小气候, 使其朝着人类的意愿变化, 以便影响作物的产量和品质。

1.1.5人工改造小气候的途径

小气候对人类和自然界的影响很大。 因为人类绝大多数活动都在近地面层内进行, 与人 类生活有密切关系的动物和植物也生长在这一层, 而这里的气候又最容易按照人类需要的方 向变更。例如,绿化、灌溉、改变土壤性状、改造小地形、营造防护林和设置风障等都可以 改变地表附近的水热状况,从而改变当地的小气候,使其符合人类的需要。

由于在近地气层中的小气候, 都是由于下垫面特性和构造不同, 引起热量平衡和水分平 衡各分量的变化而形成的。 所以人工改造小气候的途径, 就是设法改变下垫面的构造特性 (如 粗糙都、辐射特性、热力学特性、湿润状况和微地形等 ,来改变辐射平衡和热量平衡的某 些分量。

通过改变下垫面的辐射特性、改变土壤的热力性质、覆盖土壤、改造小地形、 人工控制 风、 人工控制蒸发和采取适当栽培技术等措施, 都能有效地改造小气候, 让小气候中的温度、 湿度和风等气候要素朝着有利于人类生活和生产的方向改变。

1.1.6小气候对人类的影响

小气候特征影响水平范围是随下垫面均一性而定的, 铅直方向一般是从下垫面几米甚至 百米高度,越接近下垫面,小气候特征越显着,随着远离下垫面,小气候效应就逐渐减弱, 到达某一高度以上,小气候效应就完全消失。

正如 L.J. 贝顿(Batten 所指出的,小气候是代表从地面到不受地面影响高度的气候 (几十米或 100米的高度 。这一层是人类生活和动植物生长的区域和空间 , 人类的生产和 生活活动、 植物的生长和发育都深刻影响着小气候。在某些文献上有“近地层气候” 、 “植物 层气候”等名称,实际上都属于同一概念。

1.1.7研究小气候的意义

因为小气候现象主要发生在近地大气层和近地土壤中, 而该范围正是人类生产生活和社 会活动的空间, 以及动植物生存的主要场所, 所以小气候与人类的生产和生活有着紧密联系, 研究小气候具有很大实用意义。

通过观测小气候现象, 了解不同下垫面所产生的不同小气候效应对环境、 生产和生活的 影响,揭示不同小气候气象特征,以便进一步为改善小气候环境提高各种技术措施的实效。 同时, 我们还可以利用小气候知识为人类服务,例如:在城市中合理种植花卉,绿化庭 院, 由此改善城市下垫面的情况, 可以使城市居民住宅去或工厂区的小气候条件得到相对改 善、减少空气污染。

1.2小气候的特点 1.2.1综述

小气候与大气候相比,具有范围小、 差别大和很稳定这三项主要特点; 另外,小气候现 象也同时具有变化快和日变化剧烈的特点。

这些特点是有小气候现象的特殊性所决定的。 小气候以上特特点的表现程度随时间、 季 节而不同,一般在白天和夏季表现强烈,在夜间和冬季表现弱些。

1.2.1范围小

所谓范围小,是指小气候现象的铅直和水平尺度都很小。 1.2.1.1范围小的表现

在铅直方向上, 它的尺度主要在两米以内, 少数可以达到一百米以内的高度。 也就是在 人类活动和动植物生存的主要空间里。

在水平方向上,它的尺度只有几毫米到几十公里。 1.2.1.2由范围小引起的观测要求

由于小气候范围小, 所以常规气象站网的分布密度和观测项目都不能满足观色小气候工 作的需要, 同时也不能反映小气候差异。 因此,小气候观测属于特殊的观测,要去在对小气 候研究的时候, 必须专门设置密度大, 观测次数多的测点, 同时对仪器精度的要求相对较高 ② 。小气候的观测项目也睡研究目的不同而不统一。

1.2.2差别大 1.2.2.1差别大的表现

所谓差别大, 是指小气候现象中温度、 湿度与风等各个气象要素无论铅直方向、 水平方 向或时间变化的差异都很大,具有显着的日变化和脉动现象 ③ ,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。

并且, 在越接近下垫面的位置, 小气候变化的差异越显着。例如, 当离地面 2米处温度 日较差 10℃时,地面温度日较差可达 20℃以上;在沙漠地面,高差几厘米,温差甚至可达 几十度

1.2.2.2由差别大引起的观测要求

因此, 在小气候现象中药进行梯度观测, 同时也要求进行对比观测和日变化观测, 对观 测仪器也有它的特殊要求。

1.2.3很稳定

所谓很稳定,是指小气候规律较稳定。 1.2.3.1很稳定的原因

② 观测小气候现象的仪器要求 为了不破坏产生小气候的环境条件并能反映小气候的微细结构, 所用仪器要 求感应部件小、灵敏度高、能隔测和自记等。

③ 脉动现象 指某种现象的变化规律想脉搏一样地跳动,形象地反应出了小气候变化的规律性。

由于小气候现象的尺度小, 所产生的小气候差异不易被混合, 只要各种作用面的构造特 性存在差异,就会形成不同的小气候特点。因此, 各种小气候现象差异是比较稳定的, 几乎 经常如此。

1.2.3.2由很稳定引起的观测要求

由于小气候具有很稳定的特点, 可以寻找小气候现象的变化规律, 为小气候现象的观测 提供很大的方便。 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, 我们有可能通过短时间的湿地观测来了解解某种小气候特点,而且还可能作适当的外推。 所以, 小气候现象观测总是短期的、 季节性的, 一般不必像气象台站一样成年累月进行 观测。 故小气候现象的观测一般是采取非定位观测 (也称短期流动观测的方法, 只有在某 些特殊的情况下 (例如研究森林生长发育整个过程与小气候的关系、 研究森林的水温气象效 益等问题 ,才采用较长时间的定位观测方法。

1.2.4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。例如: M. N. 戈尔兹曼曾在 5厘米高度上, 25分钟内测得温度最大变幅为 7.1℃。

1.2.5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℃。

1.3小气候的分类

由于下垫面特性和构造多种多样, 形成了各种各样想小气候。 根据下垫面的不同, 将小 气候分为了地形小气候、 森林小气候、防护林小气候、城市小气候、农田小气候和湖泊小气 候等类型。同是森林,有针叶林和阔叶林的差别;树种组成密度、林分结构上也有差别;同 是苗圃,生长不同的苗木,有着不同的土壤条件、耕作和栽培措施, ;同是坡地,有坡向、 坡度和植被状况的差别。这些差别,在小范围内就可以产生不同的小气候类型。

1.3.1地形小气候

地形差异是引起小气候差异的主要原因之一。 由于山区的地形形态、 山脉走向、 坡地方 位和坡度的不同, 不仅影响光照时间和辐射强度, 也容易使气流产生变形, 从而使山顶和谷 地以及不同坡地上获得的热量、水分和风(乱流交换发生差异,造成了不同的伤痛环境, 直接影响到植被分布。 我国海拔 500米以下的平原面积约占国土面积的 16%, 大部分是山区, 所以研究地形小气候,对于开发利用山地气候资源,发展农林牧生产具有实际意义。

1.3.2森林小气候

森林小气候是指由森林以及林冠下灌木丛和草被等形成的一种特殊小气候。 在森林小气 候的形成中,组成森林的树木品种、林龄、结构、郁闭度以及灌木层和草被的特性等,都起 着很大的作用。 由于森林的存在和影响, 在林内表现出太阳辐射减少、 气温日变化缓和、空 气湿度和降水量增大以及风速减小等小气候特征。 此外, 森林小气候还与四周气候条件、 地 形特征和土壤性质等有关。

1.3.3防护林小气候

营造防护林是人工改造小气候的一种有效措施, 它使林网间各种气候要素朝着人们所期 望的方向发展,形成特殊的防护林小气候,能有效地防风固沙,防止吹雪、平流、风砂、霜 冻等恶劣的天气现象和水土流失的危害,以达到改良土壤、净化空气、改善农田生态环境、 促进农业增产的目的。

1.3.4城市小气候

城市下垫面是一个人造的下垫面,其特点是认为的建筑(房屋、道路、工厂、广场等 面积占有绝对优势; 失明的生产、 生活活动排放出的大量废气; 燃烧和生物同化作用释放的 大量认为热。 在这些因素的影响下, 城市出现了与郊区显然不同的局地气候, 称为城市小气 候。

城市气候的主要特征是“城市热岛”现象。 “城市热岛”即城市内部气温比郊区高。城 郊气温差称为热岛强度。城市热岛主要是由大量人为热排放造成的。

除城市热岛现象外,城市气候中还有“干岛” , “雨岛”等现象。城市空气的水汽压比郊 区水汽压平均低 0.3~0.7hPa , 相对湿度低 4%~6%。 由于城市上空存在大量凝结核, 加上 热岛效应以及城市粗糙表面的阻碍作用, 气流作上升运动。 因此, 城市上空的云量和降水均 比郊区多。

1.4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、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;

◆同时通过与不同小组间气象要素的对比分析,了解不同下垫面的小气候特征, 掌握小气候的研究方法。

二、材料和方法 2.1测点概况

2.1.1北京自然地理概况

2.1.1.1北京地理地貌

北京市中心位于北纬 39度,东经 116度。 雄踞华北大平原北端。北京的西、 北和东北, 群山环绕, 东南是缓缓向渤海倾斜的大平原。 北京平原的海拔高度在 20~60米, 山地一般海 拔 1000~1500米,与河北交界的东灵山海拔 2303米,为北京市最高峰。境内贯穿五大河, 主要是东部的潮白河、北运河,西部的永定河和拒马河。北京的地势是西北高、东南低。西 部是太行山余脉的西山, 北部是燕山山脉的军都山, 两山在南口关沟相交, 形成一个向东南 展开的半圆形大山弯, 人们称之为 \" 北京弯 \" , 它所围绕的小平原即为北京小平原。 综观北京 地形,依山襟海,形势雄伟。诚如古人所言:\" 幽州之地,左环沧海,右拥太行,北枕居庸, 南襟河济,诚天府之国。

2.1.1.2北京土地面积

北京全市土地面积 16807.8平方公里。其中平原面积 6390.3平方公里,占 38%。山区 面积 10417.5平方公里,占 62%。城区面积 87.1平方公里。近郊区面积 1282.8平方公里, 远郊区面积 3198平方公里。县的面积 12239.9平方公里。市区规划范围:东至定福庄、西 至石景山,南至南苑,北至清 河,面积 750平方公里。市中心地区(即旧城区,东西以二 环路中心线为界,南北以护 城河中心线为界面积 62.5平方公里。

2.1.1.3北京气候特点

北京的气候为典型的暖温带半湿润性季风气候, 夏季炎热多雨, 冬季寒冷干燥, 春、 秋短促。年平均气温 10~12摄氏度, 1月 -7~-4摄氏度, 7月 25~26摄氏度。极端最低 -27.4摄氏度,极端最高 42摄氏度以上。全年无霜期 180~200天,西部山区较短。年平均降雨量 600多毫米,为华北地区降雨最多的地区之一,山前迎风坡可达 700毫米以上。降水季节分 配很不均匀,全年降水的 75%集中在夏季, 7、 8月常有暴雨。

2.1.2测点概况

观测地点是在北京市海淀区北京林业大学气象站内的 4号测点。地理位置为北纬 39°56′,东经 116°20′ 1、海拔 43.71米。观测地点地势平坦,周围无积水体,地形较 为开阔。 正北面有一幢三层高的小平楼, 西南面是正在建设中的高层建筑, 对光和风无太大 影响。气象站内以草本植物为主,例如覆地菜、紫花地丁、草、早熟禾等,周围有以豆科 和榆课植物为主的乔木。土壤为比较肥沃的棕壤土。

测量当天,太阳辐射强烈,大气透明度较好,风速约在 4级左右,通风状态一般,下垫 面有少许植物覆盖。

2.2测定内容以及仪器

◆太阳辐射 (直接辐射表、 天空辐 射表

◆20cm 、 150cm 空气湿度(通风干 湿表

◆大气温度(通风干湿表

◆ 风(三杯轻便风向风速表 ◆ 气压(空气盒气压表

◆ 不同深度土壤温度 (最高温度表、 最低温度表、 地面温度表、 5cm 曲管地温表、 10cm 曲管地温表、 15cm 曲管地温表、 20cm 曲管地温表

2.3测定步骤

◆ 53′ ④ 通风表上水,通风,悬挂在 20cm 高处和 150cm处。

◆ 55′观测地温(0cm 、 Tmax 、 5cm 、 10cm 、 15cm 、 20cm 注:Tmin 在气象站早 上读一次

◆ 56′观测云量、天气状况。

◆ 58′读 20cm 干、湿球温度,连续读三次,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,连续读三次,读后通风

◆ 01′读风向及指示风速。 ④ 53′ 指操作此项步骤的时间,应在每小时的 53分完成次项步骤。下文的 55′指的是在每小时的 55分 完成此项步骤,以此类推。

插图 1 最高温度

插图 2 最低温度表 插图 3 太阳直接辐射表

插图 4 天空辐射表 插图 5 通风干湿表

◆02′读 20cm 干、湿球温度,连续读三次,读后通风。 ◆03′读气压。 (经三次订正得出气压值

◆05′观测地温 三、结果分析 3.1单点分析

3.1.1 太阳直接辐射日变化

3.1.1.1 太阳直接辐射(Sb 的日变化规律(见图 1

图 1 太阳直接辐射(Sb 日变化折线图 0 100 200 300

4005006008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00时间 /时 辐 射 通 量 /W ·m 2

本组测得的到达地面的太阳直接辐射(Sb 日变化趋势如图 1所示。

随着太阳高度的变大,在 8点到 12点之间,直接辐射值增大,到 12点达到最大值为 530.70W/m2,下午 13点到 18点, 由于大气透明度降低,太阳高度的变小,太阳直接辐射开 始下降,并持续下降直到 18点,辐射降为 48.18 W/m2。

3.1.1.2影响太阳直接辐射(Sb 的因素

由于太阳高度角、大气透明度、 云量和海拔高度等因素的影响,在一天之中,太阳直接 辐射有着较大的变化。各种因素对太阳直接辐射的影响如下:

◆ 太阳高度角的影响

太阳高度角越小, 等量的太阳辐射散布的面积就越大, 因而, 地面单位面积上所获得的 太阳辐射(S 就越小 ;

太阳高度角越小 , 太阳辐射穿过的大气越厚 , 太阳辐射被减弱也较多 , 到达地面的直接辐 射就越小。 (Sb=S*太阳高度角 h 的正弦值 。

◆ 大气透明度的影响

大气透明系数越小,太阳辐射受到的减弱越强,到达地面的太阳直接辐射越小。 (大气透明度的特征用大气透明系数 P 来表示。 系数决定于大气中所含的水汽, 水汽凝 结物和尘粒杂质的多少,这些物质越多,大气透明度越差,透明系数越小。

◆ 云量影响

云是很好的反射体。 云层厚度越大, 就可以使越大部分太阳辐射反射回到宇宙空间, 使 到达地面的太阳直接辐射能越小。

◆ 海拔高度影响

海拔越高, 太阳辐射穿过大气的路程越短, 太阳辐射通量减弱得越多, 地面获得的太阳 直接辐射通量越少。

3.1.1.3实习测得的太阳直接辐射(Sb 的日变化分析

在本次实习中,太阳直接辐射呈“倒 U 字”形的变化。具体原因如下:

◆ 8点到 12点,太阳升起,随之太阳高度角逐渐增大,大气削弱的太阳直接辐 射逐渐减少,所以到达地面的太阳直接辐射逐渐增大。正午 12点左右,太阳高度角最 大,太阳直接辐射由此也最大。

◆ 12点以后,太阳落下,随之太阳高度角逐渐减小,大气所削弱的太阳直接辐 射越多, 12点到 18点之间太阳直接辐射强度减弱,并且在 18点达到最小值。

◆ 由于天空一天基本无云, 大气透明系数较好, 所以云量和大气透明度对太阳直 接辐射的影响很小。

◆ 由于实习地点海拔高度不变,所以不在考虑范围之内。 3.1.2散射辐射(Sd 的日变化

3.1.2.1散射辐射(Sd 的日变化规律(见图 2

图 2 散射辐射日变化折线图 50 100 150 200 250 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00

13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 时间 /时

辐 射 强 度 /W ·m -2

本组测得的到达地面的散射辐射(Sd 日变化趋势如图 2所示

随着太阳高度的变大,在 8点到 12点之间,散射辐射值增大,到 12点达到最大值为 218.14W/m2;下午 13点到 18点, 随着太阳高度角变小,太阳辐射开始下降, 并持续下降直 到 18点,辐射降为 68.W/m2。

3.1.2.2影响散射辐射(Sd 的因素

由于太阳高度角、 大气透明度和云量等因素的影响, 在一天之中, 散射辐射有着较大的 变化。各种因素对太阳直接辐射的影响如下:

◆① 太阳高度角的影响

太阳高度角增大,到达近地面的太阳直接辐射增强,散射辐射也就相应的越强;相反, 太阳高度角减小时,散射辐射也越弱。

◆② 大气透明度的影响

在太阳高度角一定的情况下, 大气透明度小时, 参与散射作用的质点越多, 散射辐射越 强;反之,大气透明度大时,散射辐射减弱。

◆③ 云量的影响

一般散射辐射随卷云,卷积云或者高积云的增多而加强。

当云层很厚时, 由于直接辐射被削弱的太多, 而且被云层上部散射的辐射又不能通过云 层到达地面,所以太阳散射辐射可能反而比晴天时候小。

3.1.2.3实习测得的散射辐射(Sd 的日变化分析

在本次实习中,散射辐射呈“倒 U 字”形的变化。具体原因如下:

◆8点到 12点,太阳升起,随之太阳高度角逐渐增大,大气削弱的太阳直接辐 射逐渐减少, 到达地面的太阳直接辐射增强, 所以到达地面的散射辐射逐渐增大。 正午 12点左右,太阳高度角最大,太阳直接辐射最大,所以散射辐射也最大。

◆12点以后,太阳落下,随之太阳高度角逐渐减小,大气所削弱的太阳直接辐 射越多, 12点到 18点之间太阳直接辐射强度减弱,所以散射辐射也随之减弱,并且在 18点达到最小值。

◆由于天空一天基本无云, 大气透明系数较好, 所以云量和大气透明度对散射辐 射的影响很小。

◆由于实习地点海拔高度不变,所以不在考虑范围之内。 3.1.3 反射辐射(Sr 的日变化

3.1.3.1反射辐射(Sr 的日变化规律(见图 3

图 3 反射辐射日变化规律折线图 0

204060801001201401601808:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00

时间 /时

辐 射 强 度 /W ·m -2

本组测得的到达地面的反射辐射(Sr 日变化趋势如图 3所示

随着太阳高度的变大,在 8点到 12点之间,反射辐射值增大,到 12点达到最大值为 153.61W/m2;随着下午太阳高度的变小,反射辐射下降,并持续下降直到 18点,辐射降为 68.W/m2。

3.1.3.2影响反射辐射(Sr 的因素

反射辐射强度受太阳高度角、云量、地面状况、地面颜色、粗糙程度、植被和土壤的性 质等因素的影响。各种因素对太阳直接辐射的影响具体如下:

◆ ①太阳高度角的影响

一般来说,反射辐射随着太阳高度的增加而增加。

◆ ②云量的影响

一般来说,太阳反射辐射随云量的增多而减少。

◆ ③地面状况影响 雪地的反射率很大, 水面的反射率随水的平静程度和太阳高度角的大小而改变, 水面越 平静,水面的反射率越大;水面的反射率随太阳高度角的减小逐渐增大。

◆ ④地面颜色的影响

深色土比浅色土反射能力要小,即颜色越深的土壤,反射率越大。 ◆ ⑤地面粗糙程度的影响

粗糙土比平滑土反射能力小,即土面越平滑,反射率越大。 ◆ ⑥ 植被的不同影响

裸地的反射率最小,植物的覆盖可使反射率减小。 ◆ ⑦ 土壤的性质的影响

土壤表面的反射率随土壤湿度的增大而减小。 3.1.3.3实习测得的反射辐射(Sr 的日变化分析

◆ 8点到 12点,太阳升起,随之太阳高度角逐渐增大,大气削弱的太阳直接辐 射逐渐减少,到达地面的太阳总辐射增强,所以到地面反射的辐射逐渐增大。正午 12点左右,太阳高度角最大,太阳总辐射最大,所以反射辐射也最大。

◆ 12点以后,太阳落下,随之太阳高度角逐渐减小,大气所削弱的太阳直接辐 射越多, 12点到 18点之间太阳总辐射强度减弱,所以地面反射的辐射也随之减弱,并 且在 18点达到最小值。

◆ 由于天空一天基本无云, 大气透明系数较好, 地面情况没有发生改变, 所以这 几项因素对反射辐射强度没有影响。

3.1.4 总辐射(St 的日变化

3.1.4.1总辐射(St 的日变化规律(见图 4

图 4 总辐射日变化折线图 100200300

4005006007008008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00 时间 /时 辐 射 强 度 /W ·m -2

本组测得的到达地面的总辐射(St 日变化趋势如图 4所示

随着太阳高度的变大,在 8点到 12点之间,总辐射值增大,到 12点达到最大值为 748.84W/m2;随着下午太阳高度的变小,反射辐射下降,并持续下降直到 18点,辐射降为 117.07W/m2。

3.1.4.2影响总辐射(St 的因素

(太阳总辐射量的大小决定于直接辐射和散射辐射,但是,主要决定于直接辐射 总射辐射强度受太阳高度、 大气透明度、 云量等因素的影响。 各种因素对太阳直接辐射 的影响具体如下:

◆ ①太阳高度影响

一般,随着太阳高度的增加,太阳总辐射逐渐增加。 ◆ ②大气透明度影响

大气透明系数越小, 太阳辐射受到的减弱越强, 到达地面的太阳直接辐射越小, 即太阳 总辐射越小。

(大气透明度的特征用大气透明系数 P 来表示。系数决定于大气中所含的水汽,水汽 凝结物和尘粒杂质的多少,这些物质越多,大气透明度越差,透明系数越小。

◆ ③云量影响

在有云的时候,总辐射可以增大,也可以减小。

如果云量不多,并太阳又不为云所遮蔽时,总辐射都大于鼻碧空时候的值。 当全部天空有云的时候,总辐射比碧空时候的值要小得多。

平均来说,云量总是是总辐射减小。 (云状,云量和云厚不同时,总辐射减小的程度是

不一样的。

3.1.4.3实习测得的总辐射(St 的日变化分析

我们小组实习时候的天气基本是属于晴朗, 所以, 总辐射的日变化与太阳直接辐射的日

变化基本应该是一致的。

在本次实习中,太阳总辐射呈“倒 U 字”形的变化。具体原因如下:

◆8点到 12点,太阳升起,随之太阳高度角逐渐增大,大气削弱的太阳直接辐 射逐渐减少,所以到达地面的太阳直接辐射逐渐增大,总辐射随着增大。正午 12点左

右,太阳高度角最大,太阳直接辐射由此也最大,总辐射也达到最大。 ◆12点以后,太阳落下,随之太阳高度角逐渐减小,大气所削弱的太阳直接辐 射越多, 12点到 18点之间太阳直接辐射强度减弱,总辐射随之减弱,并且在 18点达

到最小值。

◆由于天空一天基本无云, 大气透明系数较好, 所以云量和大气透明度对太阳总 辐射的影响很小。

◆由于实习地点海拔高度不变,所以不在考虑范围之内。 3.1.5 不同深度土壤温度的日变化

3.1.5.1 不同深度土壤温度的日变化规律(见图 5

时间 /时 图 5 不同深度土壤温度日变化图

实习中测得的不同深度土壤温度如图 5所示。 上图中各调曲线基本上都呈 “单峰型” 的

变化趋势。

3.1.5.2实习测得的土壤温度数据分析

(1处于 0cm 的土壤温度是变化最大的,处于 20cm 的土壤温度是变化最小的。 ① 由图示可以得出结论 :随着深度的增加 , 土温日较差减小 , 最高温度与最低温度出现 时间也逐渐落后。

② 原因:在白天, 地表的热源主要是太阳直接辐射。 地表获得的正直辐射平衡比较大, 通过乱流交换, 蒸发和土壤交换等方式将热量传递给大气和土壤深层, 比较起来, 蒸发耗热 量最大,乱流热交换量次之,土壤热交换量最小。因为,地表得热后,热量必然向下传递, 热量被土壤层层阻截,使得越到深层的土壤接收到的热量越少,温度

幅度变化越小。因此, 土壤增热随深度的增加而减小,大概到 1米左右深度,土壤无日变化。

(2 出现土壤温度最高值(0厘米的点及其滞后原因 ① 土壤温度最高值出现点

我们从图可以得知,不同深度的土壤温度其最高温度出现在“地表” ,即 0CM 的地 表土壤中,为 22.6℃左右。

② 最高温度出现滞后的原因

地表温度最高值大概出现在午后 13点左右,比太阳辐射最大值出现的时间稍落后。 落后的原因是最高温度出现时间是地面积累热量最多的时候,中午虽然太阳辐射最强, 但地面热量积累并未达到最大值。 午后, 太阳辐射逐渐减弱, 但地面仍有热量积累温度继续 上升, 约 13h 左右热量积累达到最大值, 此时地面温度达到最高值。以后, 地面得到的太阳 辐射继续减少, 土壤失热多于收入热量, 地面温度开始降低, 直至次日日出前后, 地面因失 热含热最少,出现地面最低温度。

(3实习测定结果分析(如上图所示

由于深层土壤具有一定的保温作用,所以在太阳强度很弱时,土壤越深温度越高。 9时左右太阳强度逐渐增强。 20厘米深处土壤保温作用很强, 温度依然比较高。 而 10厘米, 15厘米深度是无法直接吸收太阳辐射的热量,只能通过土壤来传递热量。

一般来说, 0厘米土壤直接吸收太阳辐射的热量温度应该上升很快,但是在 10点左右 某一个点一方面有少量云出现另一方面气压有些下降, 导致土壤从整体看来温度下降, 且因 为气温的原因影响较大,下降的幅度也较大。 0厘米最高温度出现在午后 13时左右,比太 阳辐射最大值稍落后(原因已解释 。随后太阳辐射继续增强,各个层温度都开始上升。地 表吸收的热量多, 所以 0厘米温度上升快, 离地表较近的 5厘米的土壤也在不断吸收着大量 的热量,曲线不断上升, 10厘米的土壤相对于 15厘

米的土壤吸收的热量相对多些,所以也 在不断上升,而 15厘米土壤无法吸收大量热量,导致温度上升很慢。随深度的增加,吸收 的能量越来越少,而 20厘米土壤保温作用比较强,所以,整体上温度比 15 厘米温度高。 随着太阳辐射的减弱, 各层温度都开减弱, 随后又继续以不同的速度开始下降。 与太阳刚出 现时大概基本相同。 温度随着深度的增加其传递有一定的滞后性, 所以决定在不同深度达到 峰值时间不同,随深度增加依次推后。

到了傍晚, 17点左右,由于太阳高度角逐渐降低,太阳辐射强度减弱,使得大气温度 降低,地面开始冷却,地面放热,所以,地表的温度开始快速下降。而由于土壤具有很好的 保温作用, 土壤内部的温度基本上没有什么变化, 只是 5CM 处受地表影响相对下较大, 所以, 有比较明显的下降,其他深度的温度基本保持不变。

(由于深层土壤具有一定的保温作用,所以在太阳强度很弱时,土壤越深温度越高。 20cm , 15cm 深处土壤保温作用很强, 温度依然最高。 0cm 土壤直接吸收太阳辐射的热量温度 上升很快。 0cm 处 13点达到最高值并一直持续到 17点。地表吸收的热量多,向下传递所以 各深度的温度上升快,由于是晴天,太阳幅射多,导致温度上升较快,随深度的增加,吸收 的能量很少, 在一整天的时间内 15cm,20cm 的温度几乎没有发生变化, 呈直线分布, 5厘米, 10厘米深度的温度由于受地表吸收太阳辐射的影响比较大,所以出现的波动较大。

3.1.6土壤温度的垂直变化

3.1.6.1土壤温度的垂直变化规律(见图 6

图6 土壤温度垂直变化折线图 0.0

5.010.015.020.025.030.035.040.00cm 5cm 10cm 15cm 20cm 深度/cm 温 度 /℃

本次实习测到的土壤温度垂直变化的数据如图 6所示。 3.1.6.2实习测得的土壤垂直温度分析

◆ 9点的土壤温度铅直变化规律

9点的太阳辐射逐渐增强, 地表的温度经过一昼夜的释放热量, 处于的土温已经很低了。 日出后地面急剧升温, 上层土温迅速变成日射型分布, 但深层土壤具有保温作用, 保存着前 一天吸收的能量,所以,温度相对之下较高, 9点的土壤温度牵制变化规律是“早上过渡性 型” 。

早上过度型是夜间辐射型向白天日射型的过渡型。 日出后地面升温, 上层土温迅速变成 日射型分布,但下层仍保持辐射型。此时,中间层温度低,所以,早上过渡型是土壤上层日 射型下层辐射型的土温铅直分布。

◆ 13点的土壤温度铅直变化规律

经过一上午的的太阳照射, 日间地面获得大量太阳辐射热, 温度上升, 热量由上向下传 递。 此时, 土温铅直分布为由地表向下温度递减, 相对来说, 减低的速度较快。 由此推断出, 13点的土壤温度铅直变化规律是“日射型” 。

日射型是日间地面获得大量太阳辐射热, 温度急剧上升, 热量由上向下传递。此时,土 温铅直温度分布为由地表向下温度递减,而且减低的速度很快。

◆ 18点的土壤温度铅直变化规律

傍晚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 , 此型的土壤 温度分布为上层和下层温度低 , 中间层的温度高。

3.1.7不同高度气温的日变化规律 3.1.7.1不同高度气温的日变化规律(见图 7

图7 不同高度气温日变化折线图 0.0

5.010.015.020.025.030.08点 9点 10点 11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点 时间/时 温 度 /摄 氏 度

本次实习测到的气温变化的数据如图 7所示。

总地来说, 20cm 处的气温大体上都高于 150cm 处的气温,大致可归纳出,不同高度的 气温的日变化的大致规律是:在对流层大气中, 平均情况下, 大气温度随高度的增加而降低 的。

在 8点到 15点, 20cm 处的气温持续在上升, 15点后,气温开始下降。 在 8点到 16点, 150cm 处的气温持续在上升, 16点后,气温开始下降。 3.1.7.2实习测得的气温数据分析

这两条图线较好地反映了气温在指一天内气的周期性变化。这种变化离地面愈近愈明 显。最高气温一般出现在 15时左右,最低气温一般在早晨。

正午以前,太阳辐射逐渐加强,气温不断上升。 正午以后, 太阳辐射虽开始减弱, 但地面获得的太阳辐射热量仍比地面辐射失去的热量 多, 地面储存的热量继续增多, 气温任然上升, 直到太阳辐射热量开始少于地面辐射失去的 热量时, 即由盈余转为亏损的时刻, 地面温度达最高值。 地面将热量传给空气还需一定时间, 故最高气温出现在了 15时左右。

15时以后,太阳辐射热量少于地面辐射失去的热量,因此气温开始下降。 就图中 150cm 处了 16点的时候出现了“逆温”现象,我们小组的解释如下。此时,太 阳高度角逐渐减小,太阳辐射逐渐减弱,大气温度开始下降,因为地面是大气的主要热源, 在这个时候,地面开始向大气放热,地面温度降低极快。 150CM 的大气温度主要受太阳辐射 的影响,此时,也是在降低,但是其降低的幅度较慢,所以,曲线出现了“逆温”现象。然 后, 20CM 和 150CM 的大气温度在逆温的情况下,逐渐降低。

3.1.8不同高度湿度的日变化

3.1.8.1不同高度相对湿度(u 的日变化规律(如图 8 图8 相对湿度日变化折线图

102030

4050607080908点 9点 10点 11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点

时间/时 相 对 湿 度 /%

实习所测出的不同高度相对湿度(u 的日变化如图 8所示。

对比两条曲线, 20cm 处的相对湿度远远高于 150cm 处的相对湿度。 20cm 处的相对湿度 多在 60%左右,而 150cm 处的相对湿度多在 20%左右,前者几乎是后者的三倍。

在变化趋势上, 两条曲线在整体上的变化趋势是相似的。 两条曲线的变化规律都是从早 上 8点到 11点,相对湿度不断上升,在 20cm 处从 49%上涨到了 81%; 11点到 15点,相对 湿度不断下降; 15点之后趋于稳定。

就一条曲线来看, 在 20cm 处的相对湿度变化比 150厘米出的更为明显。 前者的振幅 32%, 后者的这幅为 13%。

3.1.8.2不同高度水汽压(e 的日变化规律(如图 9 图9 水汽压日变化折线图

0.0 5.0 10.015.0 20.0 25.030.0 8点 9点 10点

11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点 时间/时 水 汽 压 /m b

实习所测出的不同高度水汽压(e 的日变化如图 9所示。 就总体趋势而言,水汽压的变化和相对湿度的变化曲线相似。 对比两条曲线, 20cm 处的水汽压远远高于 150cm 处的水汽压。 20cm 处的水汽压多在 20mb 左右,而 150cm 处的水汽压多在 4mb 左右,前者几乎是后者的五倍。

在变化趋势上, 两条曲线在整体上的变化趋势是相似的。 两条曲线的变化规律都是从早 上 8点到 11点,相对湿度不断上升,在 20cm 处从 12.0mb 上涨到了 24.0mb ,上升了 100%; 11点到 13点,相对湿度不断下降; 15点之后趋于稳定,稳定在 17.5mb 左右。

就一条曲线来看,在 20cm 处的相对湿度变化比 150厘米出的更为明显。前者的振幅 12mb ,后者几乎趋于平稳。 3.1.8.3实习测得的湿度的数据分析

由于我们小组的地面上有包括覆地菜、 紫花地丁、 草和早熟禾等在内的许多草本植物, 由于植物的保水作用,近地面较为湿润,蒸发出的水分较少。由此, 20cm 处的湿度远远高 于 150cm 处的相对湿度。

就总体的变化趋势分析,早上 8点到 11点湿度不断上升,因为在这 3小时里,土壤较 为湿润, 空气从土壤中不断得到水分, 然后再被阳光所蒸发散失掉水分。 得到水分的速度大 于散失水分的速度,由此空气湿度不断上升。相同的道理,在 11点以后,随着太阳辐射和 气温的升高,土壤中的水分不断减少,蒸发量不断增大, 得到的水分小于散失的水分, 空气 湿度开始了一定程度的下降。在快到傍晚时, 太阳辐射减弱, 气温下降,从而蒸发量大大下 降,与空气中得到水分的速度保持着动态平衡,因此在这一段时间里空气湿度大致不变。

就变化幅度这一问题, 这是高度的原因。 150CM 处离地面较远, 当水汽蒸发上升的时候, 它几乎不会感应到地面水分的蒸发,所以地面的水分蒸发对较高位置的空气湿度影响不断。 而 20cm 出的近地面,直接受地面水分蒸发的影响,在一天之中空气湿度的波动较大。

3.1.9气压的日变化

3.1.9.1气压的日变化规律(如图 10

图10 气压日变化折线图 1004.00

1005.001006.001007.00 1008.00 1009.001010.00 1011.00 8点 9点 10点 11点 12点 13点

14点 15点 16点 17点 18点 时间/时 气 压 /m b

实习中所测得的气压如图 10所示。

就变化趋势而言,早上 8点到 12点的气压变化趋势较为平稳,大致稳定在 1010.50mb 左右。 12点过后,气压大幅度下降了 4mb ,然后在 16点的时候稳定在 1006.40mb ,最后在 18点的时候小幅度上升。 3.1.9.2影响气压的因素

气压的大小与海拔高度、 大气温度 、 大气密度等有关, 一般随高度升高按指数律递减。 气压变化也与风、天气的好坏等关系密切。

导致大气压日变化的原因主要有三点。 一是大气的运动; 二是大气温度的变化; 三是大 气湿度的变化。

气温日变化的原因比较复杂, 现在还没有公认的解释。 一般认为同气温日变化和大气潮 汐密切相关。 比如气压单峰型同气温的日变化关系很大。 当白天气温最高时, 低层空气受热 膨胀上升,升到高空向四周扩散,引起地面减压;清晨气温最低时,空气冷却收缩。气压相 应升到最高值。 只是由于气温对气压的影响作用需要经历一段过程, 以致气压极值出现的相 时落后于气温。 同时气压日变化的振幅同气压一样随海陆, 季节和地形有所区别, 表现出陆 地大于海洋, 夏季大于冬季, 山谷大于平原。 气压的双峰型可能同一日间增温和降温的交替 所产生的整个大气半日振动周

期, 以及有日月引起的大气潮相关。 至于三峰型气压波似应于 一日波,半日波以及局部地形条件等综合作用有关。 3.1.9.3实习测得的气压数据分析

由于气压测量的地点不变,故海拔高度对气压没有影响。

早上 8点到 12点的时候,云量变化不大,气温缓慢上升,湿度缓慢上升。气温上升会 使得气压降低, 相反地, 湿度上升使得气压下降, 由于气温上升不快, 两者对气压的影响效 果相抵消, 气压处于动态平衡之中。 到了下午 12点到 15点, 由于太阳辐射的影响, 气温继

续上升,而湿度保持稳定,因此气压大幅下降。在傍晚的时候,太阳辐射减弱,气温下降, 因而气压缓慢回升。

这条曲线是很典型的气压日变化曲线,据了解,一天中, 气压有一个最高值、一个最低 值,分别出现在 9~10时和 15~16时。

3.1.10风的日变化

3.1.10.1风的日变化规律(图 11

图11 风速日变化折线图 0.0

1.02.03.04.05.06.07.08.08点

9点 10点 11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点 时间/时 风 速 /m ·s -1

风速的日变化曲线如图 11所示

在这一天中,风速的变化几乎没有规律可言,时大时小。 15点出现了最高值 7.3米每 秒, 18点出现了最低风速 1.5m/s。

3.2对比分析

本小组 :第五小组——裸地 对比小组 : 第十小组——水泥地 3.2.1直接辐射 3.2.1.1 不 同 测 点 到 达 地 面

的 直 接 辐 射 对 比

3.2.1.2不同测点到达地面的直接辐射差异分析: (1不同小组实习地点的概况

本小组 (第五小组 :下垫面——裸地,但是有几枝小幼苗。 对比小组(第十小组 :下垫面——水泥地,受气象站遮挡偏严重

(2图示分析

由图示可知,对比小组第 10组的太阳直接辐射 Sb 比我们组的各点数值都偏大。 首先 ,8时第十小组的数据就比我们组的大 , 我认为, 主要原因是由于我们所在的实习地 点东边, 南边和西边都有小二楼等建筑物的遮挡, 并且, 我们所在的实习地点障碍物也比较 多, 即我们首次所得到的太阳的直接照射时间要推迟与第十小组获得太阳光的时间, 这样积 累的太阳直接辐射能就要少于第十小组的。

第十小组的实习地点离建筑物比较远,其所接受的阳光被阻挡的要小。在相同条件下, 他们组早上接受日光照射的时间也比我们组长些。 这种差距一直持续, 从早 8时一直持续到 晚 16时。其间,两者都在中午 12:00出现了最大值,随着太阳高度角的减小,我们组的数 值在 16时就为 0了,而对比小组的数值在 18时才为 0。原因主要是我们所在测点受建筑物 遮挡程度较大, 受太阳直接辐射的时间叫他们组的少很多, 还有, 我们实习地点由于午后对 流的发展, 把水汽和灰尘带到上空, 并且,北京傍晚的天空会出现雾气,雾气的反射作用也 会使大气透明系数变小,导致出现最小值的时间提前和午后太阳直接辐射减小速率的加快。

3.2.2散射辐射

3.2.2.1不 同 测 点 的 散 射 射 辐 对 比

从图示上我们可以总结出:我们两个组的曲线基本上是从早到晚太阳散射辐射呈先升高 后降低趋势。由于我们这个小组在 14时左右受到了空中薄雾的影响,曲线略有所上升,但 随后恢复正常后,仍然符合规律(其他因素是比较统一的 。但是,相比较之下,对比小组 第十小组的数据总体上要比我们的数据要高。

对比小组第十小组的峰值出现在 13时左右, 而我们组的峰值出现在 12时左右。 我们两 个小组出现最小值的时间基本一致,大概在 18时。我们两个小组的太阳散射值均达到了最 小。

3.2.2.2不同测点的散射射辐差异分析

我们两组下垫面的不同, 我认为这是造成我们两个组数据不同的一个主要因素。 太阳散 射辐射主要受太阳高度角,大气透明度, 海拔高度和云量的影响, 但是,我们所实习的地点 海拔高度是一样的, 主要原因是受阳光照射程度不同, 其实也可以把它归纳为太阳高度角不 同, 造成其差别的就归于我们两组的实习的地理位置的不同, 我们组距离建筑物较近, 而且 受建筑物影响较大,我们实习地点周围障碍物也较多 ,并且是在裸地上,而第十小组相对 于受障碍物影响较小,受阳光遮挡小,地面为水泥地。

首先,在 8时到 9时左右,我们两个组的数值都随着太阳高度角的增大而增加,但是, 9时到 10时左右,对比小组的数值直线上升,上升速率极快,我觉得原因是由于对比小组 的实习地点出现了云量增多的现象, 致使其的太阳散射辐射值上升得快。 但是, 云量消失后, 对比小组的数值变化情况又恢复到了正常。 12时左右,我们两个小组的散射辐射数值达到 了最高值(除去对比小组出现异常的数值外 。然后的曲线变化形式,基本上都是随着太阳 高度角的减小而数值减小,直至 18时的数值减小到为 0。 (我们小组在 14点左右到 15点这 段时间因为出现了一些薄雾, 这个因素对太阳散射的影响远远小于薄雾对于它的影响, 总体 来说, 薄雾的影响最大, 使太阳散射辐射稍有所加强,薄雾散退后,我们数值的变化规律基 本一致。

3.2.3土壤温度

3.2.3.1不同测点土壤(0cm 、 5cm 温度对比

由图示可以总结出:四条曲线基本呈现的基本情况都是先增加后减小的规律。 (排除一 些因为客观元素引起的不正常的点的出现,如我们小组的 0CM 土壤温度的 10点的温度值得 突降, 原因是因为当时天空出现了一些云量而且气压还有所下降, 所以, 导致了此时的温度 的急剧降低,但是,其它的点还是比较符合规律的。 。

3.2.3.2不同测点土壤(0cm 、 5cm 温度差异分析

0cm 土壤温度变化差异的原因:从图示可以看出,我们小组的土壤温度变化规律较为缓 慢(除了因为客观原因造成的点除外,例如:10时的数值点 。而对比小组的土壤温度变化 很快, 我认为原因是由于我们实习地点的下垫面的情况是主要因素, 因为我们的下垫面是 “裸 地” , 而对比小组的下垫面是 “水泥地” , 根据物理学知识知, 水泥地的温度变化快, 吸热快, 放热也快,而裸地则相反,吸热慢,放热慢,而且保温效果要比水泥地要好。所以,图示显 示的是对比小组的土壤温度变化极大, 而我们小组的变化比较缓慢。 我们分别出现的最高值 时间基本上是一致的为 13时,但是,对比小组由于水泥地的原因,散热较快,曲线立即开 始下降,而我们小组由于下垫面是裸地, 散热比较缓慢, 所以温度变化幅度很小, 基本上到 17时变化为 0, 17时后开始放热,然后两个曲线分别随着太阳辐射的减小,树枝逐渐减小。 5cm 土壤温度变化差异的原因:从图示可以看出,对比小组的数值基本上该于我们小组 的数值。 并且还是对比小组数值变化的幅度快, 我们小组变化的幅度缓慢 (上面一解释过原 因 。这次我们达到的峰值有所不同,我们小组对比于对比小组的峰值推迟一个小时左右。 主要原因是

由于我们两个小组的地面性质不一样,即不同植被对太阳辐射的吸收情况就有所不同。 我们小组的是裸地, 而对比小组第十小组的实习地是水泥地。 根据土壤热特性, 裸地温度大 于水泥地, 分别对于各个不同深度的曲线比较看来, 一般来说, 水泥地温度变化要比裸地的 温度变化快, 主要原因还是由于我们两组的下垫面不同, 水泥地传导增温快, 而裸地相比水 泥地较慢, 所以我们组 5cm 处峰值的出现时间较十组推迟大概一个小时左右。 然后, 曲线变 化基本一致并符合规律。

3.2.4气温

3.2.4.1不同测点气温(20cm 对比

两条曲线基本上是呈现先增大后降低的趋势, 但是, 对比小组在 14时有曲线开始下降, 至 15点后浅显又下降至正常,而后,我们两个小组的曲线变化规律基本是一致的。

3.2.4.2不同测点气温(20cm 差异分析

我认为对比小组出现的不规律的曲线变化是由于当时的空气乱流引起的, 由于乱流现象, 出 现反常, 应该是客观的变化。 这两条曲线其实这主要说明下垫面的不同对于土壤深度的温度 影响不大。 下垫面为水泥地测出的气温大体比裸地的温度要高, 这是因为水泥地地温变化剧 烈,传到增热快,但是,我们两个小组的变化曲线所达到的最大值基本上可以算是接近的。 这也就说明:随着土壤的深度的增加,其土壤温度的变化基本上就不受外界因素所干扰了。

3.2.5水汽压(e

3.2.5.1不同测点水汽压(e 对比

两条曲线基本上是都符合于“双峰型”曲线,先增加后降低,然后又增加在降低的趋势 变化的。

3.2.5.2不同测点水汽压(e 差异分析

由于大气中所含水汽的分压力成为水汽压。 水汽压的大小主要与温度有关, 它随着温度 的升高而迅速增大。但还与蒸发面的物态、形状以及蒸发面的溶液浓度等因子有关。

通过对比我们两个小组的数据发现,我们组在高度为 20cm 处的数据上达到第一个峰值 的时间要比对比小组的时间快而且峰值也较他们高些, 达到第一个低点的时候, 对比小组的 时间提前于我们的, 低点数值我们几乎差不多, 原因是在由于大气温度逐渐升高, 地面蒸腾 作用开始明显起来, 地面水分开始蒸发, 因为我们小组的是裸地, 蒸发的水汽比较多, 所以 我们出现的第一个峰值要提前于对比小组的。 第二个峰期的变化是对比小组先达到峰值, 主 要原因是,由于气温的降低,蒸发的时期要减少,由于,在温度降低以前,裸地的水分蒸发 得较快,水汽多,而水泥地得蒸发较慢,在温度降低后,水泥地还有余温,使得剩余的水分 继续蒸发, 这时候蒸发出来的水汽就相对于裸地的要多了, 所以, 出现峰值的趋势提前于我 们。

四、结论(测点小气候总结

4.1太阳直接辐射

太阳直接辐射的大小和许多因子有关, 其中最主要的有两个, 我总结为太阳高度角和大 气透明度。

虽然, 在前期测定时候, 又极少量云出现,但是对测定没有造成很大的影响。在还没有 到日落时候就出现了最小值, 并且, 直接辐射对正午而言出现不对称。 这由于实习地点午后 对流的发展,把水汽和灰尘带到上空,并且, 北京傍晚的天空会出现雾气, 雾气的反射作用 也会使大气透明系数变小,导致出现最小值的时间提前和午后太阳直接辐射减小速率的加 快。

4.2太阳散射辐射

散射辐射的强弱也与太阳高度角及大气透明度有关, 太阳高度角增大时, 到达地面的直 接辐射增强,散射辐射也相应的增强。

在实习地点, 有一些云量和薄雾出现, 薄雾的出现对于太阳散射影响比较大, 所以可以 推断,气象站出现薄雾的几率很大,可以推断出,气象站的站点比较凹。

4.3太阳反射辐射

太阳散射符合也和大气透明度和太阳高度角有关。 大气中云层和较大颗粒的埃尘能将太 阳辐射中的一部分能量反射到宇宙空间去。 其中反射最明显的是云。 不同的云量, 不同的云 状,云的不同厚度所发生的反射是不同的。

基本上在气象站点大气透明度的影响较大,出现薄雾多, 影响了透明度。所以,太阳反 射辐射有时候也会违反规律的。

4.4总辐射(St 的日变化

太阳总辐射量有时空的差异性, 这要从影响它的主要因素分析。 到达地面的太阳辐射有 两部分:一是太阳以平行光线的形式直接投射到地面上 , 称为太阳直射辐

射。二是太阳辐射 的一部分能量在遇到空气分子或微小尘埃时便以这些质点为中心向四面八方散射出去, 经过

散射后的一部分能量自天空投射到地面的,称为散射辐射 , 两者之和称为总辐射,就是到达 地面的太阳辐射,其中直接辐射占主要部分。

太阳总辐射量的大小决定于直接辐射和散射辐射,但是,主要决定于直接辐射 , 影响总 辐射的因素主要有太阳高度 , 大气透明度 , 云量。

根据总辐射的图式表明, 在气象站很容易出现雾气, 很影响当地的辐射变化, 使总辐射 的变化率非常的大。

4.5不同深度土壤温度的日变化

我们所在的实习地点是裸地, 由于裸地的深层土壤具有一定的保温作用, 所以在太阳强 度很弱时,土壤越深温度越高。

地表吸收的热量多, 向下传递所以各深度的温度上升快, 由于是晴天, 太阳幅射多,导 致温度上升较快, 随深度的增加, 吸收的能量很少, 在一整天的时间内 15cm,20cm 的温度几 乎没有发生变化, 呈直线分布, 5厘米, 10厘米深度的温度由于受地表吸收太阳辐射的影响 比较大,所以出现的波动较大。

4.6土壤温度的垂直变化

土壤铅直变化, 有两种基本类型和两种过渡类型, 基本类型有日射型和辐射型; 过渡型 有早上过渡型和傍晚过渡性。

在我们实习结果中测定的是“日射型”较多。

气象站的土壤垂直变化规律是比较符合规律的。 但是, 我们的裸地变化是比较小的, 因 为裸地的吸热,放热比较缓慢。

4.7不同高度气温的日变化

大气边界层的温度主要受地表面增热与冷却作用的影响而变化。 其趋势总是呈现为先减 小后增大。 此外大气的水平运动与垂直运动都会引起局地气温的变化。 大气温度具有明显的 日变化和年变化规律。由于地面辐射冷却,空气平流冷却,空气下沉增温, 空气湍流混合等 作用,还会有逆温现象的出现。

下垫面的类型也将影响大气温度, 如水泥地和草地变化平缓, 裸地较为剧烈, 可能是由 于裸地无覆盖物且性质不同于水泥地造成的。 温度的峰值出现在 13时, 大气升温需要时间。

4.8不同高度相对湿度的日变化

空气中实际所含水蒸汽密度和同温度下饱和水蒸汽密度的百分比值, 叫做空气的 “相对 湿度” 。

通过我们的数据,曲线可以知道,相对湿度的日变化主要取决于气温。气温增高时候, 虽然蒸发加快, 水汽压增大,但饱和水汽压增大的更多, 反使相对湿度减小。温度降低时候 则相反,相对湿度增大。

因此,相对湿度的日变化与温度日变化相反,其最高值基本出现在清晨温度最低时候, 最低温度出现在午后温度最高时。

4.9不同高度水汽压(e 的日变化

大气中水汽的含量虽然不多, 却是大气中极其活跃的成分。 气象上对水汽含量有很多种 测量方法,日常生活中人们最关心的是水汽压和相对湿度。

水汽压直接反应出蒸发的快慢。 白天温度高, 蒸发快, 进入大气的水汽多, 水汽压就大; 夜间出现相反的情况, 基本上由温度决定。 每天有一个最高值出现在午后, 一个最低值出现 在清晨。 在气象站的时候, 由于太阳出来后对流开始发展, 地面蒸发的水汽被上传给上层大 气,容易使下层水汽减少。

4.10气压

根据我们的数据曲线可知, 气象站很容易出现乱流现象的, 所以, 有时候容易使气压出 现很反常的情况,很且, 还有大气辐合的出现,大气辐合的下降容易把空气,压缩到最大程 度,空气密度最大,此时的大气压是一天中的最高值。

导致大气压日变化的原因主要有三点。 一是大气的运动; 二是大气温度的变化; 三是大 气湿度的变化。

日出以后, 地面开始积累热量, 同时地面将部分热量输送给大气, 大气也不断地积累热 量,其温度升高湿度增大。当温度升高后,大气逐渐向高空做上升辐散运动, 17点时候, 大气上升辐散运动的速度达最大值, 同时大气的湿度也达较大值, 由于此二因素的影响, 导 致一天中此时的大气压最低。 17时以后,大气温度逐渐降低,其湿度减小,向上的辐散运 动减弱,大气压值开始有所升高。

五、实习体会

气象学在我的心目中一直是一个很有趣的科学。 学习气象学, 我们能研究各种天气现象 及其变化规律,然后试着利用这些规律为人类的生产和生活而服务。

在这三天 (包括准备、 测量和数据整理 的小气候综合实习中, 我们将理论与实际结合, 不仅进一步对理论知识做了一次全面有效的复习, 而且积累了一些实际操作的经验, 锻炼了 自己的实践动手能力, 为以后其他专业知识的学习打下了良好的基础; 同时也培养了自己对 气象学的兴趣, 在此次实习之后,我会继续热爱气象学, 多查阅相关的资料,更加深入地学 习气象学。

在此次小气候综合实习之后, 我明白了将将理论转为实践的重要性, 只有我们更好的理 解所学的理论知识, 才能更好的完成实习中各种气候要素的测量, 并且积累实践经验。 在此 次小气候综合实习之后, 我更加深刻的理解了温度、 湿度等气候要素对我们生活的影响, 并 且对气象学的学习产生了更加浓厚的兴趣。

本次小气候综合实习在培养了我们个人的能力的同时, 也锻炼了我们组的团结协作能力 和团队凝聚里, 增进了我们的友谊。 我们小组六人,大家轮流进行测量各

种数据, 一起整理 计算数据,互相帮助,扬长补短,不懂的大家一起讨论,一起想办法。短暂的实习下来,我 觉得与同学之间更加了解,气氛也更加融洽了。

最后,要感谢一直以来给予我们谆谆教诲的同小娟老师,她平时和蔼可亲,平易近人, 用饱满的热情传授给了我们气象学方面的知识, 大大激发了我对气象学的学习兴趣。 在三天 的实习过程中, 同老师给了我们细心周到的指导, 让我们顺利的完成了此次小气候综合实习。

此次小气候综合实习虽然只有短短的三天,但这三天中, 我们全面准备,仔细测量,精 细计算,有酸也有甜,有在烈日下的汗水,也有测到数据时的笑颜。总之,此次小气候综合 实习是大学生活中一次刻骨铭心的经历。

六、参考文献(References

周淑贞,张如一,张超编.1997年,气象学与气候学(第三版 . 北京高等教育出 版社 气象专业教师编 . 2006年 , 气象学实习指导.北京林业大学教研室 李爱贞,刘厚凤编.2004年 , 气象学与气候学基础.北京气象出版社 陈佑淑,蒋瑞宾编.1988年,气象学.气象出版社 贺庆棠编.1986年,气象学.中国林业出版社

项目 地温 时间 0 cm 最低温度 最高温度 5cm 10cm 15cm 20cm 20t干(℃ t湿(℃ 20cm处 e(mb 20cm 20cm处 u(% td(℃ d 150t干(℃ 8点 9点 10点 11点 12点 13点 14点 15点 16点 17点 18点 (℃ 24.2 24.2 24.2 14.7 14.7 15.5 15.8 20.8 14.3 12.0 49 9.6 12.86 20.7 27.1 24.2 27.1 26.2 15.2 15.2 15.8 21.4 17.3 17.0 67 15.0 8.48 21.0 30.0 24.2 30.0 21.2 15.7 15.3 15.1 22.5 18.5 18.6 68 16.4 8. 20.3 32.7 24.2 32.7 22.7 16.9 15.5 15.4 23.9 21.5 24.0 81 20.2 5.65 22.8 34.9 24.2 34.9 25.8 18.4 16.0 15.8 24.5 21.1 22.7 74 19.6 7.85 21.9 19:12 24.2 36.8 29.0 20.4 17.0 16.3 25.8 21.6 23.0 69 19.7 10.21 24.3 38.2 24.2 38.2 29.5 21.9 17.5 16.6 25.9 19.2 17.8 53 15.6 15.61 24.8 39.5 24.2 39.5 29.5 22.9 18.0 16.8 27.0 20.0 18.7 52 16.5 16.95 25.0 35.7 24.2 39.5 28.0 23.9 19.0 17.3

24.8 19.0 18.1 58 15.9 13.19 25.8 32.1 24.2 39.5 25.5 22.9 19.3 17.8 25.9 18.4 16.2 48 14.2 17.21 26.1 29.4 24.2 39.5 23.7 22.4 19.5 17.8 25.7 19.1 17.7 54 15.6 15.31 25.4 温、湿度 t湿(℃ 10.1 10.3 10.6 11.3 11.3 10.9 11.2 11.8 11.4 11.9 11.4 150cm处 5.3 5.4 6.3 5.7 6.3 4.1 4.3 5.0 3.9 4.5 4.1 150cm e(mb 150cm处 22 22 26 21 24 13 14 16 12 13 13 u(% td(℃ -2.0 -1.7 0.4 -0.9 0.5 -5.4 -4.7 -2.8 -6.1 -4.3 -5.3 d 19.10 19.46 17.51 22.05 19.97 26.27 26.99 26.67 29.31 29.31 28.33 Sb直接辐射 辐射通量 251.86 3.76 470.23 501.60 530.70 522.00 476.52 385.31 273.07 171.36 48.18 Sd散射辐射 137.77 149.25 172.22 206.66 218.14 206.66 195.18 160.73 137.78 80.37 68. Sr反射辐射 103.33 113.56 128.81 144.81 153.61 126.29 113.72 103.33 91.85 75.72 68. -2 (W•m St总辐射 3.63 539.01 2.45 708.26 748.84 728.66 671.70 546.04 410.85 251.73 117.07 Sg有效辐射 286.30 425.45 513. 563.45 595.23 602.37 557.98 442.71 319.00 176.01 48.18 r (% 26.5 21.1 20.0 20.4 20.5 17.3 16.9 18.9 22.4 30.1 58.8 P(大气透明系数 0.59 0.56 0.51 0.46 0.46 0.46 0.48 0.51 0.54 0.62 0.67 气压(mb 1010. 1010. 1010.56 1010.40 1010.48 1009.48 1007.48 1007.48 1006.40 1006.40 1007.48 风速(m/s 4.1 3.1 3.5 3.1 2.9 4.9 4.1 7.3 2.0 3.0 1.5 风向 西北 西北 西北 西北 西北 西北 西北 西北 西北 西北 西北 0 云量 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 日光情况 ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙2 ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ 小气候观测数据汇总表 （2011 年 6 月 8 日 08：00~ 月 日 18：00） 专业：野生动物与自然保护区管理 小组成员：王贺崐元，杨笑婉，卜祥祺，万俊彦，贾思雨，李玉 测点：北京林业大学气象站 31