||
水文与水资源工程教学实习指导
气象观测:要求了解各种气象要素的主要观测仪器、相应的观测方法和常用的记录格式,掌握各种气象要素特别是与水资源密切相关的降水、蒸发、气温等要素的统计分析内容和方法。
水均衡要素观测:通过测定包气带含水率、湿度、水动力参数,确定入渗系数和蒸发系数等。了解各种测试仪器的测试原理,掌握观测及测试方法,能够利用观测得到的资料分析、计算有关水均衡参数。
气象站是进行气象观测的基本机构,也是气象部门对外提供气象信息的基层机构。气象站按不同的标准可分为各种种类。按性质分,有气候站、天气站、农业气象站、航危站、日射站、天气雷达站、海洋气象站、专业(温场、盐场、林场和水库等)气象站、流动气象站(如为跨越长距离的重大活动或体育赛事所设立)等有人气象站,以及无人自动气象站等。按站所的地形特点可以分为高山气象站、海岛气象站、山地气候站等。而按照气象观测资料的处理和交流特征,由气象专门机构主管的气象站又划分成一般气象观测站、基本气象观测站、基准气象观测站、辐射观测站、高空探测站、高空探测交换站、酸雨观测站和天气雷达布点站等。
气象观测一般采用定时观测,即按规定的时次为积累气候资料进行定时气象观测。自动观测项目每天进行24次定时观测;人工观测项目,昼夜守班站每天进行02、08、14、20时四次定时观测,白天守班站每天进行08、14、20时三次定时观测。气象站主要观测项目包括降水、蒸发、气温、地温、日照、风速、风向、湿度、气压等。基准站使用自动气象站后仍然保留每日进行气压、气温、湿度、风向、风速等项目24次人工定时观测。
热量资源指农业生产可利用的热量,它来源于太阳辐射,通常用温度指标加以表示,包括大气温度(气温)和土壤温度(地温)。
(1) 气温
气温即大气的温度。通常指的是离地面
气温观测采用温度表(计),通常放置于百叶箱内。百叶箱壁用双层百叶木片做成,一面向内倾斜,一面向外倾斜,空气可自由流通。百叶片宽
平均气温是空气温度的平均值。因要求不同,故有各种计算方法。在地面气象观测中,一般以一日内各次定时气温观测值的平均值作为日平均气温。按候、旬、月和年等的逐日平均气温的平均值,分别作为候、旬、月和年等的平均气温。当观测资料有多年时,亦可计算出任一指定时段内的历年平均气温,如历年一月平均气温,即是各年一月平均气温的平均值。
最高气温是一定时间或一定空间内空气温度的最高值,例如大陆上一日内最高气温一般出现在14时前后。最低气温是一定时间或一定空间内空气温度的最低值,例如大陆上一日内最低气温一般出现在拂晓前后。
极端气温是极端最高气温与极端最低气温的统称。极端最高气温是指多次最高气温值中的极大值,极端最低气温是指多次最低气温值中的极小值。就一地而言,有候、旬、月、年和历年的极端最高气温和极端最低气温,均由逐日最高、最低气温值中选出。最热月气温指一年中气温最高的月份的各日平均气温的平均值。最冷月气温指一年中气温最低的月份的各日平均气温的平均值。
气温日变化是二日内气温高低的变化,一般指一日中气温的周期性变化。一日内气温最高值与最低值的差称为气温日较差,它反映了一日内气温变化的幅度。气温年变化是一年内气温高低的变化,一般指一年中气温的周期性变化。一年内最热月气温与最冷月气温的差值称为气温年较差,它反映了一年内气温变化的幅度。
温度变幅是气温变化的幅度,有日变幅和年变幅之分。日变幅是指一日内最高气温与最低气温之差,年变幅是指一年内最高气温与最低气温之差。
(2)地温
地温是指地面温度和地中温度。地面温度用地面温度表测定,其感应部分水银管的上半部分暴露在空气中,而下半部分则埋入土壤中;这样测出的温度已不是气温,而是大气与地表结合部的温度状况。地中温度指地表面以下一定深度处的土壤温度,用曲管地温表、直管地温表或插入式地温表测定。气象站一般观测地面以及地面以下
降水主要指从云中下降的液态或固态水,如雨、雪、冰雹等。降水量观测项目一般包括测记降雨、降雪、降雹的水量;单纯的雾、露、霜可不测记。必要时部分站还应测记雪深、冰雹直径、降水强度、初霜和终霜日期等特殊观测项目。水量的观测时间以北京时间为准,记起止时间者,观测时间记至分;不记起止时间者,记至小时。每日降水以北京时间8时为日分界,即从昨日8时至今日8时的降水为昨日降水量。降水量为一定时段内,降落在平地上(假定无渗漏、蒸发、流失等)的降水所积成的水层厚度(如为固态降水则须折合成液态水计算),以mm表示。
气象站主要采用雨量器来测定降水量。雨量器由承雨器、储水筒、储水器和器盖等组成,并配有专用量雨杯。雨量器是一个直径
降雨分级标准见表1-1。
表1-1 雨量等级
用 语 |
12h 降水总量/mm |
24h 降水总量/mm |
小雨、阵雨 |
<5.0 |
0.1--9.9 |
中雨 |
5.0--14.9 |
10.0--24.9 |
大雨 |
15.0--29.9 |
25.0--49.9 |
暴雨 |
30.0--69.9 |
50.0--99.9 |
大暴雨 |
70.0--139.9 |
100.0--249.9 |
特大暴雨 |
>140.0 |
>250.0 |
降水的季节分配指月降水量(或季降水量)占年降水总量的比例。降水的年际变化指年与年之间降水量的变化。一般年降水量多的地区,降水的年际变化小;而年降水量少的地区,降水的年际变化大。
降水变率是一定时段内(一般取月、季或年)历年降水量的变化程度。常用绝对变率和相对变率表示。绝对变率是指一定时段内逐年降水量距绝对值的平均数;相对变率是指绝对变率与该时段的历年平均降水量的比值。降水变率大,表示降水量的年际变化大,容易发生旱涝灾害。
降水保证率是降水量在一定数值以上所可能发生的频率,即累积频率,称为降水保证率。降水保证率的大小决定了农业水分保证程度的高低。
降水日数指一定时期内降水的总日数。我国气象观测中规定:以日降水量等于、大于
降水量观测记录可采用表1-2规定的格式。
表1-2 降水量观测记录表
月份 (采用 段次) 第 页
日 |
观测时间 |
实测降水量 |
日降 |
备注 |
日 |
观测时间 |
实测降水量 |
日降 |
备注 |
||
|
时 分 |
(mm) |
日 |
mm |
|
|
时 分 |
(mm) |
日 |
mm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
蒸发是温度低于沸点时,水分子从液态或固态水的自由面逸出而变成气态的过程或现象。发生于河流、湖泊、水库等自由水面的蒸发称为水面蒸发,发生于陆地表面的蒸发称为陆地蒸发。
蒸发量是一定时段内从一定的表面积的水面或冰雪面上可能逸出的水汽量。通常所指的蒸发量实际上是指水汽分子从蒸发而逸出的通量与水汽分子返回蒸发面的通量之差,即蒸发而净逸出的水汽通量。气象上通常用所蒸发的水层厚度(mm)来表示蒸发量的大小。
水面或土壤的水分蒸发量,分别用不同的蒸发器测定。一般温度越高、湿度越小、风速越大、气压越低,则蒸发量就越大;反之蒸发量就越小。土壤蒸发量和水面蒸发量的测定,在农业生产和水文工作上非常重要。雨量稀少、地下水源及流入径流水量不多的地区,如蒸发量很大,即易发生干旱。
测定蒸发量的仪器叫蒸发皿。它的规格大都和雨量筒一样,也是
每天向蒸发皿中加进
蒸发量观测记录格式见表1-3。
表1-3 蒸发皿观测记录表
编号: 马氏瓶截面: 年:
月日 |
观测时分 |
观测值 (cm) |
注水后观测值(cm) |
蒸发截面 *高差 |
入渗量 |
观测员 |
备 注 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
湿度是表示空气中水汽含量或空气干湿程度的物理量。有绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点等多种表示方法。湿度的大小和增减,会直接或间接地引起云、雾、降水等现象的演变。
气象部门测定的空气湿度有好几种,包括相对湿度、绝对湿度、水汽压和露点等。相对湿度是其中最常用的。相对湿度的单位是百分数(%),空气中没有水汽时相对湿度为零,空气中容纳水汽已达到最大限度时(称为空气已经饱和),相对湿度就是100%。
测量空气湿度通常用干湿球温度表。它是两支同样的温度表,干球温度表用来测量气温;湿球温度表的水银球用湿润纱布包裹着,纱布下端浸在水盂里。使湿球纱布始终保持湿润状态(因而称为湿球温度表)。湿球纱布上的水在空气没有达到饱和时会不断蒸发。蒸发的快慢决定于空气相对湿度,湿度大时蒸发慢,湿度小时蒸发快。湿度是100%时,空气中所含水汽已饱和,水分停止蒸发。水分蒸发是要消耗热量的,这样湿球温度表的读数就会减小。因此,除了空气饱和,即相对湿度为100%(此时湿球温度表的读数和干球温度表一样)。此外,干球温度表的读数总比湿球温度表的读数要高。两者差值越大表示空气越干燥,相对湿度越低。因此利用干湿球温度差值可以知道空气相对湿度的高低。利用气象部门已出版的对照表册,可以很方便地查取所需数据。
绝对湿度是单位体积空气中所含水汽的质量,一般用