农业气象学实验报告

...实验一、太阳辐射与光照强度的观测实验目的：1.了解辐射表、多探头照度计的构造原理；掌握太阳总辐射、净辐射和光照强度的观测方法。2.掌握太阳辐射传感器、多探头照度计测定太阳总辐射、净辐射和光照强度的原理和方法。仪器、设备：TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表、太阳辐射电流表、ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计、导线设备参数：TBQ-2天空辐射表灵敏度：10.549um/wm2TBB-1净辐射表灵敏度：9.124um/wm2（白天）、9.11um/wm2（夜晚）太阳辐射电流表：辐射瞬时值（瓦/平方米）=显示值×1000/灵敏度系数实验原理与步骤：一、太阳总辐射、净辐射的观测（一）TBQ-2天空辐射表原理与安装1.TBQ-2天空辐射表构造原理：该表用来测量光谱范围为0.3-3μm的太阳总辐射，也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射，如感应面向下可测量反射辐射，如加遮光环可测量散射辐射。因此，它可广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化及大气污染等部门做太阳辐射能量的测量。TBB-1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0.3～3μm的短波辐射和3～50μm的地球辐射。TBQ-2天空辐射表的工作原理：该表为热电效应原理，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号与太阳辐照度成正比。为减小温度的影响则配有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，则用双层石英玻璃罩，罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的。2.TBQ-2天空辐射表的安装与使用：...该表应安装在四周空旷，感应面以上没有任何障碍物的地方。然后将辐射表电缆插头正对北方，调整好水平位置，将其牢牢固定，再将总辐射表输出电缆与记录器相连接，即可观测。最好将电缆牢固地固定在安装架上，以减少断裂或在有风天发生间歇中断现象。（二）TBB-1净辐射表原理与安装1.TBB-1净辐射表构造原理：TBB-1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0.3～3μm的短波辐射和3～50μm的地球辐射。TBB-1净辐射表的工作原理：该表的工作原理为热电效应原理，感应部分是由康铜及镀铜组成的热电堆，热电堆的上下两个面紧贴着涂有无光黑漆的感应面，由于上下感应面吸收辐照度不同，因此热电堆两端产生温差，其输出电动势与感应面黑体所接收的辐照度差值成正比，当太阳辐射大于地面辐射时输出为正，反之为负。为了防止恶劣环境的影响及保护感应面，该表装有即能透过长波辐射、又能透过短波辐射的聚乙烯薄膜罩。2.TBB-1净辐射表的安装与使用：该表可安装在专用台柱上，也可临时装在三角架上，如果安装在台柱上，要用两个夹子将表面固定，使感应面离地高度为1.5米，调节水平泡使其处于水平位置，拧紧夹子。表的输出电缆线连接到记录仪的输入端即可测量。（三）观察与记录（1）在太阳直射辐射不被遮蔽的开阔处，安装好TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表，调整使仪器感应面成水平位置。辐射电流表安装在辐射表的北面，其距离应使观测者读数时不遮挡天空辐射表。（2）分别将TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表的2根导线与辐射电流表的（+）、（-）端连接好，待仪器稳定后即可开始测量。（3）测量总辐射照度时，把TBQ-2天空辐射表头部的金属罩取下，经3-5s后即可从电流表上读取数值；测量净辐射照度时，把TBB-1净辐射表头部的两个金属罩取下，经3-5s后即可从电流表上读取数值；分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的太阳总辐射、净辐射。（4）把上述辐射电流表上的数值按仪器使用说明书中的公式换算成辐射照度。二、光照强度的观测（一）ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计原理...1.ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计工作原理：光电池是把光能直接转换成电能的光电元件。当光线射到硒光电池表面时，入射光透过金属薄膜4到达半导体硒层2和金属薄膜4的分界面上，在界面上产生光电效应。产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系。这时如果接上外电路，就会有电流通过，电流值从以勒克斯（Lx）为刻度的微安表上指示出来。光电流的大小取决于入射光的强弱和回路中的电阻。照度计设有自动变档装置，如读数大于1999时，则倍率指示箭头自动上跳一档，如读数小于100时，则下跳一档。2.ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计使用方法：1)把标有A、B字样的传感器探头，分别插入仪器面板上的INPUT（输入）A、B插孔；2)将照度计面板左上侧的Power开关由OFF位置拨到ON位置，此时仪器电源接通，显示器上出现3个0；3)照度计面板右上侧有一个传感器Select开关，开关置于A时，则对传感器A的照度进行测量，以此类推；4)打开传感器探头的遮光罩；5)读取照度计显示的数值，并乘以显示器右侧箭头指示的倍率，即得实际照度值。（二）观察与记录在太阳直射辐射不被遮蔽的开阔处，安装好ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计，调整使光电池表面向上水平放置。按上述使用方法操作，打开电源-打开盖子-读数-关电源-盖盖子，分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的光照强度。实验结果10:3011:1011:5012:3013:1013:50太阳总辐射（w/m2）176.3337.5317.6202.9193.4420.9净辐射（w/m2）120.6206.0203.9129.3121.7252.1光照强度(lx)191003450032800216002050042000...实验分析图1图2...1.太阳总辐射、净辐射的日变化太阳总辐射、净辐射从10点半到14点大体上呈升高、降低、升高的趋势，且在13点50左右达到最大值。这是由于观测当天的天气原因（云）以及观测时间较短所导致的现象，正确的变化趋势应该是呈先升高后降低的趋势，且在正午达到最大值。由于清晨太阳未完全升起、大气透明度低等因素，辐射比较弱；随着太阳的升起、大气透明度增加，辐射逐渐增强直至太阳高度角最大时，辐射最强；再随时间推移，辐射减弱。总辐射、净辐射与太阳高度角呈正相关。2.光照强度日变化由实验结果可知，光照强度随时间的变化，先升高后降低又升高，同样是由于观测当天的天气原因（云）以及观测时间较短所导致的，正确的变化趋势应该是呈先升高后降低的趋势，因为光照强度也和太阳高度角呈正相关，而太阳高度角在10点到15点是先增加后降低。...实验二、空气温度与湿度的观测实验目的：1．了解温度表与温度计的构造原理；掌握气温与地温的观测方法。2．掌握百叶箱通风干湿表、机械式通风干湿表测定空气湿度的原理及方法；3．掌握空气湿度的查算方法。仪器、设备：1.小百叶箱，干湿球温度表，最高温度表，最低温度表。蒸馏水、纱布；2.地面温度表，地面最高温度表，地面最低温度表，曲管地温表；3.通风干湿表。实验原理与步骤：一、空气温度与湿度的观测（一）百叶箱的构造原理与箱内仪器的安装1．百叶箱的构造原理：百叶箱是安置测定温、湿仪器用的防护设备。它的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。2．百叶箱的安装：百叶箱应水平地固定在一个特制的支架上。支架应牢固地埋入地下，顶端约高出地面125厘米；埋入地下的部分，要涂防腐油。架子可用木材或角铁制成。百叶箱装在架子上，用角铁和螺丝寄固定。多强风的地方，还须在四个箱角上铁丝纤绳。箱门朝正北。3．百叶箱内仪器的安装：干湿球温度表是由两支型号完全一样的温度表组成。温度表是根据水银（酒精）热胀冷缩的特性制成的。分感应球部、毛细管、刻度磁板、外套管四个部分。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1.5米高。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3厘米，杯中盛蒸馏水，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，先把手洗干净后，再用清洁的水将温度表的感应部分洗净，然后将长约10厘米的新纱布在蒸馏水中浸湿，使上端服贴无绉折地包卷在水银球上（包卷纱布的重叠部分不要超过球部圆周的1/4）；包好后，用纱线把高出球部上面的纱布扎紧，再把球部下面的纱布紧靠着球部扎好（不要扎得过紧），并剪掉多作的纱线。（二）观测与记录：1．观测程序：分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的观测数据，观测顺序是：干球、湿球温度表，最低温度表酒精柱，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。2．各种温度表读数要准确到0.1℃。温度在0℃以下时，应加负号“-”，读数记入观测薄相应栏内。3．温度表读数时应注意：1)避免视差观测时必须保持视线和水银柱顶端齐平。2)动作要迅速读数力求敏捷，尽量缩短停留时间，并且勿使头、手和灯接近球部，不要对着温度呼吸。3)注意复读避免发生误读或颠倒零上、零下的差错。二、通风干湿表的观测通风干湿表携带方便，精确度高，是一种常用于野外考察或小气候观测时测定空气温度和湿度的良好仪器。1．构造原理其作用和原理与百叶箱干湿球温度表一样，主要不同之处，也是它的优点，即它利用机械（或电动）通风装置，使流经温度表球部的风速恒定为2~3m/s。仪器表面磨光和全部镀镍或铬，是很好的反射体。温度表的球部有双层辐射防护管保护，能很好地减轻热传导的影响。因此，通风干湿表可以露天装置，也可以在阳光下进行观测。通风干湿表的构造如图所示，干湿球温度表被默写在金属框架上，温度表的球部在双层辐射防护外套管和内套管的里面，内外套管借三通管和中心管与...风扇相通。用插入圆顶上特制的钥匙上发条，以开支风扇。空气由内套管进入，经过中心管、再从风扇圆顶下边沿的缝隙排出。仪器的附件有：湿润纱布用的玻璃滴管和铜夹，保护风扇不受外面风影响的防风罩，悬挂仪器用的挂钩。2．安装观测前先把仪器悬挂好，仪器感应部分离地面的高度根据需要而定。观测高度在0.5m以上时，仪器应垂直悬挂；观测高度在0.5m以下时，应与地面平行放置，温度瑶球部向着迎风面。3．观测和记录通风干湿表在正式观测前4分钟必须按下列步骤完成准备工作：1)湿润湿球纱布用滴管吸满蒸馏水，然后倒置，管口向上，一手放开铜夹，一手轻压橡皮囊，使管中水面恰达玻璃管上端的标志处，用铜夹夹紧橡皮管，再将滴管插入湿球的防护内管，使之湿润湿球纱布，约5秒，即放松铜夹，使玻璃管中的水全部流回橡皮囊内，再小心地抽出滴管。2)上发条通风上发条时要小心，不要上满，要留一两转余地，以免折断发条。3)悬挂仪器将仪器仔细地挂在预先旋入木桩的金属杆上。4)观测仪器安装好后，经过4分钟就可以观测（正点观测），观测的顺序和注意事项与百叶箱干温度表相同，此外，还应注意以下几点：a)观测时，观测员不要与仪器找茬靠得太近，不要用手接触仪器；b)风速4m/s时，应将防风罩套在风扇口风向一侧，其开口方向与风扇的旋转方向一致，不影响风扇的正常旋转。三、地温的观测（一）观测地段与仪器安装1．地面和浅层地温的观测地段，设在观测场内南面平整出的裸地上，地段面积为2X4平方米，地表疏松、平整、无草，并与观测场整个地面相平。2．地面三支温度表须水平地安放在地段中央偏东的地面，按0厘米、最低、最高的顺序自北向南平行排列，感应部分向东，并使其位于南北向的一...条直线上，表间相隔约5厘米；感应部分及表身，一半埋入土中，一半露出地面。埋入土中部分的感应部分与土壤必须密贴，不可留有空隙；露出地面部分的感应部分和表身，要保持干净。3．曲管地温表安置在地面最低温度表的西边约20厘米处，按5，10，15，20厘米度顺序由东向西排列，感应部分向北，表间相隔