气象仪器 实验报告

一、风的测量

1、测风的仪器有：

1)、风杯：

测量风的大小。由3个互成120°固定在支架上的抛物锥空杯组成感应部分，空杯的凹面都顺向一个方向。整个感应部分安装在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转。

原理：风能转换为机械能，天气预报风的大小为多个测量值的平均值。

旋转式风速仪的感应部分是一个固定在转轴上的感应风的组件。常见的有风杯式风速计、螺旋桨式风速计。

前普遍采用的测定风速的仪器是风杯式风速计，它的感应部分是由三个或四个圆锥形或半球形的空杯组成。

2）、风塔：测量不同高度的风的大小和方向

结构设计：常见的测风塔结构形式有自立式和拉线式两种。自立式测风塔塔体下部较宽，塔架材料用量相对较大，对基础要求也较高；拉

线式测风塔受力较为合理，可靠性高，塔体截面小，塔架材料用量小，

但拉线基础数量多，施工工艺复杂。

测风塔塔架可采用单根钢管、三角形桁架及四边形桁架等结构形式。

单根钢管结构形式所需钢管直径大，迎风面积亦大，材料量大；三角形

桁架结构形式较为稳定，塔架受风荷载作用较小，最为经济；四边形桁

架结构形式较为稳定，一般情况下当三角形桁架不能满足受力及变形要

求或不经济时，塔架可选用四边形桁架结构形式。

主要功能：环境监测，风、气压、湿度等资源数据采集。为相应的仪器设备的安装做支撑。

适用单位：发电厂前期规划、海岛测风、气象数据采集、环境监测等部门。

误差来源：风杯和风向标在运功的过程中会收到摩擦力，阻力等多种因素影响。

2、高空测风的方法：气球、风筝、飞机

3、超声波测速仪

该仪器为目前测量风速较为先进的仪器，测量的风为三维，一般仪器测的风为二位。

利用的原理：超声波测速适合作流动物质中含有较多杂质的流体的流速测量，超声多谱勒法只是其中一种，还有频差法和时差法等等。根据声学

多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的v,f,F,c表达式得出物体移动速度v

优点：测量误差小。

4、其他先进测量仪器

二、雨的测量

1、降雨测量参数

雨量：一定时间内，降水总量。

雨强：单位时间内，降水量。

测量标准：降水雨mm为单位（或kg/m2），取一位小数。日降水量应读到0.2mm，最好读到0.1mm.周或月降水量应精确到1mm，日降水量的测量应定时进行。降水量一般用雨量筒测定，所以降水量中可能包含少量的露、霜和松等。气象学中常有年、月、日、12小时、6小时甚至1小时的降水量，6小时中降下来的雨雪统统融化为水，称为6小时降水量；24小时降下来的雨雪统统融化为水，称为24小时降水量；一个旬降下来的雨雪统统融化为水，称为旬降水量……一年中，降下来的雨雪统统融化为水，称为“年降水量”。

液态降水量称为雨量，有时两者也作为同义词。单位时间的降水量称为降水强度，常用mm/h或mm/min为单位。单位时间的雨量称为雨强。

把一个地方多年的年降水量平均起来，就称为这个地方的“平均年雨量”。

例如，北京的平均年雨量是644.2毫米，上海的平均年雨量是1123.7毫米。

各等基降雪量的标准：

零星小雪是指有量降雪量但小于0.1毫米；

小雪：大于等于0.1毫米，小于1.0毫米;

中雪：大于等于1.0毫米，小于3.0毫米;

大雪：大于等于3.0毫米,小于5.0毫米;

暴雪：降雪量大于等于5.0毫米。

降雪量是指将雪转化成等量的水的深度，与积雪厚度可按照1：15的比例换算。如此计算，97.7毫米降雪量约为1.5米厚的积雪。

2、测量降水的仪器

主要有雨量器，虹吸式雨量器、翻斗式雨量器、双阀容栅式雨量器，此外还有光学雨量器，带有虹吸结构的翻斗式雨量器等

3、虹吸式雨量器

4、翻斗式雨量器

翻斗式雨量计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。分感应器和记录器两部分，其间用电缆连接。感应器用翻斗测量，它是用中间隔板间开的两个完全对称的三角形容器，中隔板可绕水平轴转动，从而使两侧容器轮流接水，当一侧容器装满一定量雨水时（0.1或0.2毫米），由于重心外移而翻转，将水倒出，随着降雨持续，将使翻斗左右翻转，接触开关将翻斗翻转次数变成电信号，送到记录器，在累积计数器和自

记钟上读出降水资料。

结构：本仪器由承雨器部件和计量部件等组成。承雨口采用国际标准口径Φ200mm。计量组件是一个翻斗式机械双稳态秤重机构，其功能是将以mm计的降雨深度转换为开关量信号输出。

用途：翻斗式雨量传感器是用来测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。翻斗式雨量传感器适用于气象台（站）、水文站、农林、国防等有关部门用来遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间。用于防洪、供水调度、电站水库水情管理为目的水文自动测报系统、自动野外测报站,为降水测量传感器。

弊端：如果雨量大，则雨水会溢出，测量结果不准确；如果雨量小，雨水下不到里面去，也会带来很大的误差。

5、光学雨量器

原理：利用光的反射，折射测量雨的大小，强度。

6、新型雨量器：称重式雨量器

原理：利用下面带有的传感器测量雨的重量，得到雨的大小等。

弊端：冬季结冰，误差大。

7、其他雨量器

三、蒸发

蒸发传感器通过测量水面高度来获取蒸发量的多少。

液位传感器：测量水面的高度

原理：超声波测距原理。

通常将超声波传感器放置在百叶箱中，原因是其容易受光照，温度等影响。

特点

·数字化传感器无温漂、时漂，性能长期稳定；

·高分辨力、高精度；

·在风浪和降雨气候条件下也能正常观测，不失准确度；

·抗电磁干扰，即使停电后再通电，输出数据依然正确；

·能与蒸发桶、水圈、自动加水装置、采集记录装置配套使用，实现蒸发过程自动监控。

功能、使用范围：

·与自动补水控制装置配合使用，组成简易型自动遥测蒸发站；

·与蒸发数据记录器配套组成数字记录式蒸发器，实现蒸发过程的自动记录；

·与JFZ-01型数字式雨量计、数字式溢流量计配套，组成全自动蒸发雨量测站，装备基本蒸发站网，实现蒸发、降雨过程的自动观测、记录和远传。

它的量测精度、稳定性远优于超声波型及其它类型的水面蒸发传感器，又能够实时远传，适于装备各地区、各种类型的蒸发站、气象站。

四、辐射测量

辐射测量可以用于测量发光光源，比如太阳或者灯源，也可以用于测量反射光，比如地面或者水面的反射光。在太阳能行业中，可以应用于测量太阳能模拟器的光谱分布，配合专业的软件，可以测定是否符合AM1.5标准。

五、地温传感器

地温（ground temprature）是指地表面和以下不同深度处土壤温度的统称。指一定口径的蒸发器中的水因蒸发而降低的深度。单位为摄氏度

(℃)。地温为掌握下曲和入窑的温度，参考酿酒车间通风干燥处接触地面设置的温度计的温度。地温是气象观测项目之一，更是十分有用的气候资源。

浅层地温能是指在地球浅表层数百米内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能，广泛存在于浅表地层的恒温带中，受四季气候的影响较小，

土壤温度相对恒定。与深层地热相比，浅层地温能分布广泛，储量巨大，再生迅速，开发利用投资少且价值大，符合循环经济发展需求。

地温的利用主要是采用地能热泵技术将水或土壤中的低温热能提取出来加以利用。地能热泵技术就是利用浅层地表温度与气温之间存在的温差，通过提取和释放地层中的能量，实现冬季供暖和夏季制冷。地能热泵技术包括水源热泵技术和地源热泵技术，若地质条件较好，浅层地下水丰富且易回灌时通常采用水源热泵；若地质条件不好时可采用地源热泵。

六、天空成像仪

测量云的覆盖量。

云高仪：测量运动过来的云的云底高度。目前，还很难测量云的厚度。

七、温度传感器

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。

选用注意：

1、被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制，是否需要远距

离测量和传送；

2、测温范围的大小和精度要求；

3、测温元件大小是否适当；

4、在被测对象温度随时间变化的场合，测温元件的滞后能否适应

测温要求；

5、被测对象的环境条件对测温元件是否有损害；

6、价格如保，使用是否方便。

主要用途：

温度是表征物体冷热程度的物理量，是工农业生产过程中一个很重要而普遍的测量参数。温度的测量及控制对保证产品质量、提高

生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重

要的作用。由于温度测量的普遍性，温度传感器的数量在各种传感

器中居首位，约占50%。

温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：

膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声

等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。

由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。

八、实验感想

通过实验，我了解到了各式各样的气象测量仪器，以及各个仪器的结构、原理、用途等信息，丰富了我的知识面，对气象测量领域有了更多的认识与了解。在实验过程中，对于平常校内见到的却不了解的仪器，有了基本的了解，弥补了之前在这方面的知识空缺，对我来说，这样的实验有很大的意义。