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地面气象观测仪器--新疆气象手册(39)第3篇第1章第1节

已有 1070 次阅读 2020-2-25 12:13 |个人分类:新疆气象手册|系统分类:科研笔记

地面气象观测仪器--新疆气象手册(39)第3篇第1章第1节

 2020 02 25

《新疆气象手册》一书的序,前言 ,提要 http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1208089.html

此手册的总目录http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1208203.html


3 新疆的气象活动

 

农民从事着“农业活动”,现代人类还开展着“气象活动”。本篇介绍人类在新疆开展的各种涉及气象的活动。

本篇首先介绍开展气象活动所需要仪器(如温度表)设备(如雷达)。进而介绍在新疆各地如何组织成一个完整的气象观测体系(气象台站网)以便对气象情况进行综合、立体、定时的监测。本篇还介绍气象数据(国外的,气象卫星的)如何迅速集中到气象中心以及气象中心如何制作天气预报和其他气象服务以及如何向社会发布气象预报、情报。本篇还对新疆开展的人工影响天气活动作了介绍。

国家对气象活动的规范体现于其发布的气象法律和法规。新疆维吾尔自治区人民政府依法通过新疆气象局管理着有关新疆的气象活动;另外,新疆生产建设兵团对其辖区气象活动的管理由兵团气象局负责。对这些机构的介绍也是本篇的内容。

经过多年努力,人类在新疆的气象活动成绩突出。他们在这里有所发现、有所创新,对此另辟单章介绍。


 

1 气象仪器

新疆地基观测业务网络是综合气象观测系统的基础和重要组成部分,观测项目除了云、能见度、天气现象等少量目测项目外,大量项目要通过气象仪器来完成。

1 地面常规气象仪器

11 观测场

地面常规气象仪器主要集中设置在地面气象观测场里,观测场要设在能较好地反映本地较大范围的气象要素特点的地方,一般为25m×25m的平整场地;确因条件限制,也可取16m(东西向)×20m(南北向),高山站、无人站不受此限;需要安装辐射仪器的台站,可将观测场南边缘向南扩展10m。观测场四周一般应设置约1.2m高的稀疏围栏,围栏不宜采用反光太强的材料。围栏的门一般开在北面。场地应平整,保持有均匀草层(不长草的地区例外),草高不能超过20cm;对草层的养护,不能对观测记录造成影响;场内不准种植作物。为保持观测场地自然状态,场内铺设0.30.5m宽的小路(不得用沥青铺面),人员只准在小路上行走。有积雪时,除小路上的积雪可以清除外,应保护场地积雪的自然状态。观测场的防雷设施要符合气象行业规定的防雷技术标准。

12 百叶箱

百叶箱是安置测定温、湿度仪器用的防护设备(见下图)。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。

百叶箱分大小两种:小百叶箱内部高537mm、宽460mm、深290mm。安置干湿球、最高、最低温度表和毛发湿度表;大百叶箱的内部高612mm、宽460mm、深460mm,安置温度计和湿度计。百叶箱内外各部分均涂刷白色油漆。


百叶箱

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仪器的量程与精度

测量工具(仪器,如秤)可以显示对应的物理量的数值。一切仪器都存在一个最大的量程,比量程更大的量,它就不能测量了。

每种测量仪器还有一个重要指标,它就是最小的刻度,或者说能显示的最小的计量单位(更小的量就不能测量了)。例如一般的米尺上的最小刻度是1mm,普通盘称上的最小重量是10g。我们只能读出最小刻度以上的数字,比它小的差别,是难分辨的(有的仪器在刻度的位置附加了一个可以移动的“游标”尺,它可以帮助你读出比最小刻度小一位的数字。气象学中用的水银气压表,就带着一个游标)。最小刻度越小的仪器,精密度越高。

仪器上可以读取的最小单位称为仪器的精度。一般的米尺以mm为最小单位(刻度),其精度就是mm。越是精密的仪器,其精度的数值越小。(张学文)

 

13 气压测量仪器

人工测量大气压强的仪器,称为气压表。气象站常用的有动槽式水银气压表(见右图)和定槽式水银气压表两种。动槽式水银气压表(又名福丁式)观测,必须按要求将槽内水银面调至象牙针尖的位置。定槽式水银气压表(又名寇乌式)的构造与动槽式水银气压表大体相同。

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水银气压表是利用作用在水银面上的大气压强,和与其相通、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强相平衡的原理而制成的。读取水银柱的高度就可以换算出大气压强。

气压计:气压计是自动连续记录气压变化的仪器,其精度比气压表低。它由感应部分(金属弹性膜盒组)、传递放大部分(两组杠杆)和自记部分(自记钟、笔、纸)组成。

感应部分是用金属材料制成扁圆形的空盒并串接成空盒组。盒内常留有少量气体,在大气压力作用下,空盒变形,其中心位移量可表示气压的变化。


14 温度测量仪器

空气温度是表示空气冷热程度的物理量,测量空气温度的仪器有温度计、温度表。气象站测定的是离地面1.50m高度处的空气温度(气温)。

温度计:温度计(下图)是自动记录气温连续变化的仪器,它由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。感应元件是由膨胀系数相差较大的两片金属焊接成,其一端固定,另一端随温度变化而发生位移,位移量与气温接近线性关系。

 

 温度计


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玻璃温度表: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。它根据毛细管中的液柱的长度换算为温度。

最高温度表:最高温度表是专门用来测定一定时间间隔的最高温度的,在球部底处置一根玻璃针,直伸到毛细管口,使毛细管口变狭。温度上升时,水银膨胀,压力增大,迫使水银挤过狭管上升。温度下降时,因无足够压力使水银挤过狭管回到球部,水银柱就在狭管处断裂,于是狭管以上这段水银柱的顶端,就保持在过去一段时间内温度表曾感受到的最高温度示度上,因而可测得最高温度。

最低温度表:最低温度表是专门用来测定一定时间间隔的最低温度的,它的感应液是酒精,在毛细管内有一枚哑铃形游标,温度上升时,酒精膨胀可越过游标上升,而游标本身由于顶端对管壁有足够的摩擦力,能维持在原处不动。温度下降时,酒精柱收缩到与游标顶端相接触时,由于酒精液面的表面张力比游标对管壁的摩擦力要大,使游标不致突破酒精柱顶而借液面的表面张力带动游标下滑。也就是说,游标只能降低,不能升高。所以,游标离球部较远一端的示度,就是一定时间间隔内曾经出现过的最低温度。

误差

一般把被某物的真实的值与某些办法获得的对应的值(如测量、计算等)的差别称为误差

所有的仪器都有有限的精度(不是无限),用仪器测量出来的数据也只能准确到有限的程度,或者说这些数据提供不了更准确的数据,也可以认为仪器提供的数据隐含了一定的“误差”。一个客观的量的真实值如果是B,而测量得到的值是b,那么Bb的绝对值(不问是正还是负)就称为绝对误差。如一个物体重B=500g,在一个盘秤上竟然是b=503g,那么Bb=−3g,绝对值│Bb=3g。即绝对误差为3g

一般把绝对误差用测量值去除而得到的数值称为相对误差,即(│Bb/b)×100%,对于上面的例子,其相对误差=3/503=0.596% (张学文)

 

15 湿度测量仪器

空气湿度是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。气象站测定的是离地面1.50m高度处的湿度。仪器有湿度计、毛发湿度表等。

干湿球温度表:干湿球温度表是用一对并列装置的、形状完全相同的温度表,一支测气温,称干球温度表,另一支包有保持浸透蒸馏水的脱脂纱布,称湿球温度表。干湿球温度差值的大小,主要与当时的空气湿度有关。湿度越小,干湿球的温差就越大;反之,湿度越大,温差就越小。当然,干湿球的温差的大小还与湿球附近的通风速度、气压、湿球大小、湿球润湿方式等有关。用干湿球温度差换算湿度时一并考虑了这些因素。干湿球温度表不适用于低温条件下(−10℃以下)使用。

湿度计:湿度计是自动记录相对湿度连续变化的仪器,它由感应部分(脱脂人发),传动机械(杠杆曲臂),自记部分(自记钟、纸、笔)组成。感应部分是利用脱脂人发具有空气潮湿时伸长,干燥时缩短的特性,制成湿度自记仪器。

毛发湿度表:毛发湿度表是用人发制成的测定空气相对湿度的仪器。它的测湿精度较差,毛发湿度表通常在气温低于10℃时使用。

通风干湿表:通风干湿表主要用于野外考察或自动气象站在气温或湿度采集出现故障时进行补测时使用。它由干湿球温度表、通风装置、金属套管、双层保护管和上水滴管等组成。其作用、原理与百叶箱干湿球温度表基本相同。主要不同是:温度表球部装在与风扇相通的管形套管中,利用机械或电动通风装置,使风扇获得一定转速,球部处于≥2.5m/s(电动通风可达3m/s以上)的恒定速度的气流中。由于球部双层金属护管表面镀有镍或铬,能防止太阳对仪器的直接辐射。

16 电解风向风速计

地面气象观测中的风是指空气的水平运动的风向和风速。“地面风”是指离地平面1012m高的风EL型电接风向风速计是由感应器、指示器、记录器组成的有线遥测仪器。感应器由风向和风速两部分组成。风向部分由风标、风向方位块、导电环、接触簧片等组成;风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮等组成。


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 电接风向风速计

 

指示器由电源、瞬时风向指示盘、瞬时风速指示盘等组成。记录器由8个风向电磁铁、一个风速电磁铁、自记钟、自记笔、笔挡、充放电线路等部分组成(上图)。

风的观测仪器根据测定的要求不同,尚有很多种类,如:EY1A型电传风向风速仪、EY3-2A型电子热球微风仪、EY11B型便携式数字风速表、热风仪/热球式风速计等。

17 雨量测量仪器

测量雨量的仪器有雨量器、双翻斗雨量传感器等。

雨量器是观测一段时间内累积降水量的仪器,它由雨量筒与量杯组成。雨量筒包括承水器、贮水瓶和外筒,中国采用直径为20cm正圆形承水器,承水器有两种:一是带漏斗的承雨器,另一种不带漏斗的承雪器。测量时,将雨水倒入特制的雨量杯内读取降水量毫米(mm)数。量杯为一特制的有刻度的专用量杯。

 

 双翻斗雨量传感器  

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双翻斗雨量传感器:是可连续记录降水量随时间变化和测量累积降水量的有线遥测仪器。双翻斗雨量传感器装在室外,主要由承水器(直径为20cm)、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成。采集器或记录器在室内,两者用导线连接。(上图)

虹吸式雨量计:是用来连续记录液体降水的自记仪器,它由承水器(通常口径为20cm)、浮子室、自记钟和虹吸管等组成。有降水时,降水从承水器经漏斗进水管引入浮子室,浮子室外连虹吸管,降水使浮子上升,带动自记笔在钟筒自记纸上划出记录曲线。当自记笔尖升到自记纸刻度的上端(一般为10mm)浮子室内的水恰好上升到虹吸管顶端。虹吸管开始迅速排水,使自记笔尖回到刻度“0”线,又重新开始记录。自记曲线的坡度可以表示降水强度。自记钟给出降水量随时间的累积过程。

双阀容栅式雨量传感器:该传感器也是用来自动测量降水量的仪器,主要由承水器、贮水室、浮子与感应极板,以及信号处理电路等组成。它是利用降水量贮水室内浮子随雨量上升带动感应极板,使容栅移位传感器产生的电容量变化,经转换为位移计量的原理测得降水量。

18 积雪测量的仪器

积雪的测量一般是通过雪深雪压来表示的

雪深是从积雪表面到地面的垂直深度,以cm为单位,取整数;雪压是单位面积上的积雪重量,以g/cm2为单位,取1位小数。

测定雪深用量雪尺或普通米尺;测定雪压用“体积量雪器”或“称雪器”。它由一内截面积为100cm2的金属筒、小铲、带盖的金属容器和量杯组成。称雪器是由带盖的圆筒、秤和小铲等组成。

19 蒸发测量仪器

水由液态或固态转变成汽态,逸入大气中的过程称为蒸发。气象站是通过蒸发器,观测一定面积的水面在一段时间间隔内因蒸发减少的水层深度来确定蒸发量大小,单位为mm

小型蒸发器为口径20cm,高约10cm的金属圆盆,器口离地面70cm,口缘镶有内直外斜的刀刃形铜圈,器旁有一倒水小咀。为防止鸟兽饮水,器口附有一个上端向外张开成喇叭状的金属丝网圈。每日放入定量清水,隔24h后,用量杯测量剩余水量,所减少的水量即为蒸发量。

E601B型蒸发器E–601B型蒸发器由蒸发桶、水圈、溢流桶和测针等组成。

蒸发桶:是一个器口面积为3000cm2,有圆锥底的圆柱形桶,器口正圆,口缘为内直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上设置测针座,座上装有水面指示针,用以指示蒸发桶中水面高度。

水圈:是安装在蒸发桶外围的环套,材料也是玻璃钢。用以减少太阳辐射及溅水对蒸发的影响。

溢流桶:是承接因降水较大时而由蒸发桶溢出的水量的圆柱形盛水器。

测针:是专用于测量蒸发器内水面高度的部件,应用螺旋测微器的原理制成,读数精确到0.1mm

110 日照测量仪器

气象站测量日光照射情况主要是以日照时数表示。太阳从东方地平线升起到进入西方地平线,其直射光线在没有遮蔽的条件下照射到地面所经历的时间,称为“可照时数”。由于地物、云、雾等的遮蔽,太阳在当地实际照射地面的时数,称为“日照时数”。日照时数以小时为单位,可用日照计测定。日照时数与可照时数之比为日照百分率它可以衡量一个地区的光照条件

暗筒式日照计:暗筒式日照计又称乔唐式日照计,由金属圆筒(底端密闭,筒口带盖,两侧各有一进光小孔,筒内附有压纸夹)、隔光板、纬度盘和支架底座等构成 。它是利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内,使涂有感光剂的日照纸上留下感光迹线,再利用感光迹线来计算日照时数。

聚焦式日照计:聚焦式日照计又称康培司托克式日照计,它由固定在弧型支架两端的实心玻璃球、金属槽(安装自记纸用)、纬度刻度尺和底座等构成。它是利用太阳经玻璃球聚焦后烧灼日照纸(卡片)下的焦痕,来记录日照时数的。中国高纬度地区使用这种仪器。

111 地温测量仪器

下垫面温度和不同深度的土壤温度统称地温。下垫面温度包括裸露土壤表面的地面温度、草面(或雪面)温度及最高、最低温度。地温是用不同类型的地温表测量的。

地面和曲管地温表:地面温度表(又称0cm温度表)、地面最高和最低温度表的构造和原理,与测定空气温度用的温度表相同。

浅层地温包括离地面5101520cm深度的地中温度。测定地中温度的5101520cm曲管地温表的结构和原理基本同上,只是表身下部伸长,并且在感应部分上端弯折,与表身成135度角。

直管地温表:深层地温包括离地面4080160320cm深度的地中温度,测深层地温用直管地温表。

4080160320cm直管地温表是装在带有铜底帽的管形保护框内,保护框中部有一长孔,使温度表刻度部位显露,便于读数。保护框的顶端连接在一根木棒(或三节棒)上,整个木棒和地温表(保护框)又放在一根硬橡胶套管内。木棒顶端有一个金属盖,恰好盖住硬橡胶套管。木棒上几处缠有绒圈,金属盖内装有毡垫,以阻滞管内空气对流和管内外空气交换,也可防止降水等物落入。

112 冻土器

冻土器是测量冻土深度的仪器,由外管和内管组成,根据内管冻结的冰柱高度,确定冻土深度。外管为一标有0cm刻度线的硬橡胶管;内管为一根有cm刻度的橡皮管(管内有固定冰用的链子或铜丝、线绳),底端封闭,顶端与短金属管、木棒及铁盖相连。内管中灌注当地干净的水(河水、井水、自来水等)至刻度的零线处。

113 电线积冰架

过冷却雨滴、过冷却雾滴凝附在导线上的现象,称为电线积冰。电线积冰架是用来测量电线结冰程度的设备。它一般由两组支架组成,一组成南北向,一组成东西向,两组之间距离约150200cm。每一组支架,包括两根支柱和两根导线。南北向支架和东西向支架上的上导线,合称为“第一对”导线;两个方向上的下导线,称为“第二对”导线。




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1 周少祥

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