气象学与气候学实习教材

总论&主要内容气象观测是气象工作的基础。

它对一定范围内的气象状况及其变化，进行系统的、连续的观察和测定，为天气预报、气象情报、气候分析和科学研究提供重要依据。

根据观测项目的不同，气象观测分为地面气象观测、高空探测和专业气象观测三类。

地面气象观测是用气象仪器测定近地面层（主要是离地1.5米范围内）的气象要素值，以及用目力对自由大气中的一些现象如云、光、电等进行观测，为天气预报、气候分析和科学研究提供气象情报和积累基本资料。

地面气象观测的项目有：气压、气温、湿度、风向、风速、降水、积雪、蒸发、云、天气现象、能见度、日照、地温等。

这些项目也称为气象要素。

高空探测是用气球、雷达、火箭、人造卫星等，对自由大气及高层大气的气象情况进行测定。

如果为了某些专业部门的需要而进行的观测，如农业气象观测、海洋水文气象观测等则称专业气象观测。

天气预报和气候分析往往需要广大地区乃至全球的气象资料。

这些气象资料是从分散的气象台站网取的，使用时又是集中起来进行比较分析，这就要求各站的记录不仅能够准确，而且基本上代表一个地区的气象情况，还要能够相互之间进行比较。

因此，气象观测的特点是：观测记录必须具有代表性、准确性、比较性。

同时，气象要素是随时间不断变化的，它的变化只有通过对大气连续观测，并进行天气学分析才能了解。

因此气象观测必须保持连续性，不能中断或短缺。

连续观测记录的年代越长，对预报业务和科研工作价值越大。

气象站是气象网点的基层单位。

气象站的布局一般分散在各地，从平原到山区，从高山到沿海，从沙漠到海岛，有些人烟稀少的极其偏僻的地区，为了取得气象资料也要建立气象站。

建立气象站的工作，除规划气象站网的布局外，还包括观测场地的选择，观测场内仪器的布置，规定观测时间和观测次数，以及观测、发报、记录表报等。

地面观测分为定时观测和不定时观测两类。

定时观测包括定时气候观测和定时天气观测，定时气候观测是台站的基本观测，观测的目的是积累资料，了解一地的气候情况，为预报提供实况。

一般说一天内观测次数越多，越能反映出一地的气候要素变化情况，但为了节约人力、物力，可以在一天中选几个适当的时间进行观测。

统计结果表明，每日选适当时间观测4次与观测24次的日平均值非常接近，所以确定每天进行4次气候观测，基本能满足要求。

目前我国确定每日以北京时02、08、14、20时进行四次气候观测，一部分站、哨仅负担08、14、20时三次气候观测任务。

为了获得各气象要素的连续变化和极值，气象站还配有各种自记仪器，连续记录各种气象要素的变化，经过和实测值订正，便能在自记记录上得到任意时间的气象要素值，和一天中出现的极值，这样就弥补了定时气候观测的不足。

定时天气观测主要是为了编发天气报告(电报编码按统一规定编成)，满足天气预报进行天气分析的需要而进行的气象观测，由于天气分析预报，必须了解全球各地同一瞬间的气象要素情况，因此要求全球台站按同一时间进行天气观测。

天气系统的移动和变化是相当快的。

为了比较全面地掌握天气系统发生、发展和消亡情况，观测次数不能太少。

一般每隔3—6小时观测一次，基本可以满足要求。

目前全球以世界标准时0、6、12、18时进行基本绘图天气观测，换为北京时是08、14、20、02时四次。

在两次绘图天气观测之间，进行一次补助绘图天气观测，即北京时05、11、17、23时四次。

担负天气观测的气象站，叫国家基本发报站。

此外，有些台站根据上级指示和服务单位的需要进行一些定时或不定时的观测。

如航空天气观测、危险天气观测和预约天气观测等。

这些观测的次数、项目和时间视需要单位的具体要求而定。

为了使观测记录有比较性，观测程序要尽可能统一。

基本原则是短时间变化不大的要素，如目测项目可先观测。

温、湿、压等要素尽可能接近正点观测。

发报台站对天气现象的观测必须固定在43—46分进行，气压观测必须固定在56—58分进行。

每次定时观测，一般应在正点前30分钟左右巡视观测场及所用仪器，尤其注意湿球温度表球部的湿润状态和冬季湿球溶冰等准备工作。

气象要素均以北京时20时为日界(即从昨天20时——今天20时为一天)，自记记录则以北京时24时为日界。

表1－1 观测的时间和项目主要内容实习一空气温度和土壤温度的观测实习二空气湿度的观测实习三气压观测实习四云的观测实习五风的观测实习六日照、降水和天气现象观测实习七分析等值线实习八分析天气图实习九辐射热强度测定实习一空气温度和土壤温度的观测一、实习目的：理解各种气温观测仪器的构造原理，掌握气温观测的方法。

二、实习说明：1.用水银或酒精温度计。

注意应在没有辐射热情况下使用。

挂于测量地点待温度稳定后再读数。

2.配备若干套普通温度表、最高温度表、最低温度表、曲管地温表、温度计等仪器。

3.进行定时的气温和地温观测。

三、实习与作业：1.常用的温标有哪几种？它们的换算关系是什么？2.玻璃液体温度的测温原理是什么？比较水银与酒精温度表的优缺点。

3.最高与最低温度表构造与性能是哪些？4.曲管、直管地温表与普通温度表构造的不同点是什么，其原因是什么？5.温度表误差的主要来源有哪些。

避免或减小使用上误差的方法有哪些？6.百叶箱的作用是什么？箱内的仪器如何安置。

7.调整最高、最低温度表的方法有哪些？8.双金属片温度计的作用原理是什么？了解自记仪器的换纸步骤、换纸时间。

9.选择下垫面不同条件、不同高度进行气温观测，并和百叶箱内气温进行比较：时间_____，地点_____，气温_____，百叶箱内气温_____。

时间_____，地点_____，气温_____，百叶箱内气温_____。

10.以小组为单位，连续三天的气温、地温，及日最高、最低温度观测。

并分析气温、地温日变化特点。

实习二空气湿度的观测一、实习目的：通过湿度观测，掌握根据干湿球温度表的读数查算绝对湿度、相对湿度、饱和差和露点的方法。

在此基础上，进一步弄清楚有关湿度的一些概念及它们之间的相互关系。

二、实习说明：1.干湿球温度计：原理：利用并列两温度计，在一支的球部用湿润纱布包裹，由于湿纱布上水分蒸发散热，使湿球上温度比干球的温度低，其相差度数与空气中相对湿度成一定比例（图1）。

图1 干湿球温度计使用方法：1）将湿球温度计纱布润湿后固定于测定地点约10分钟后，先读湿球温度，再读干球温度，记下二者的差数。

2）转动干湿球温度计上的圆滚筒，在其上端找出干湿球温度差数。

3）在实测湿球度数的水平位置作一水平线与中央圆筒旁竖行相交点的读数，即相对湿度百分数。

2.手摇温湿度计：原理：由两并列温度计构成，原理同干湿球温湿度计，但在使用时要转动造成固定风速（一般为4m/s），加强了传导对流散热，以抵消辐射热的影响。

使用方法：先将湿球上纱布浸湿，测定时摇动仪器，每分钟约120～150转（视手摇温度计长度而定），测定3～5分钟，停止后立即读数（先读湿球温度，后读干球温度），结果查实习表。

3.通风温湿度计（aspiration hygrometer）：原理：同手摇温湿度计，将两并列温度计分别将须镀镍的双层金属风筒中（图2），仪器上端有一带发条的小风扇，开动发条时风扇转动，从温度计球部旁边吸入空气，因此造成温度计球部的固定风速（一般为4m/s），同时，因金属筒的反射，使辐射热影响被抵消，故可测得较准确的结果。

图2 通风温湿度计使用方法：1）先将湿球纱布湿润。

2）用钥匙旋转风扇发条，风扇开始转动。

将仪器悬挂在测定地点。

3）经3～5分钟，读取湿球及干球温度的读数，结果可查气象常用表。

三、查表步骤：1.观测空气的湿度通常是用安放在百叶箱内的干、湿球温度表进行的，毛发湿度表只是一种辅助仪器，但在野外，所使用的是通风干湿表。

记录湿度连续变化的是湿度计。

根据干、湿球温度读数，求绝对湿度、相对湿度、饱和差和根据不同绝对湿度或相对湿度求露点，可查《气象常用表》。

2.根据干湿球温度t和t’查出n值。

3.根据n值和气压值P，查出湿球温度订正值△t’。

4.根据t’和△t’算出气压订正后的湿球温度。

5.根据t和订正后的t’查出绝对湿度e，相对湿度r，和饱和差d。

6.根据e或r查出露点t。

实习三气压观测一、实习目的：通过实习掌握气压观测仪器的构造原理和气压读数订正的理论根据和方法。

二、实习说明：1.气压仪器有两类，即水银气压表和空盒气压表。

前者的优点是读数精密，后者的优点是携带便利，但不如水银气压计准确，必须经常按水银气压计来进行校正。

因此，气象台站使用水银气压表，而野外工作者使用空盒气压表。

为取得气压连续变化的记录，则使用气压计。

图1 杯状气压计图2 气压计的游尺水银气压表原理：水银气压表是一个上端封闭，下端开口的真空玻璃管，其下端浸在盛有水银的杯中（图1），大气压力作用于水银杯中的水银面上，使水银升入真空玻璃管中，水银柱就能随大气压的高低而上升或下降，其水银柱的高低，可借玻璃管外面的一个金属套管上的标尺及游标尺读出mmHg的数值（图2），测量单位为mmHg。

再换算为kPa1mmHg=0.133kPa2.水银气压表的观测步骤为：第一步：观测附属温度，读数精确到小数一位；第二步：动槽式调整水银槽内水银面，转动水银槽底部的螺旋，使水银面与指未刻度零点的指标尖端刚刚接触，校正零点。

定槽式用手指轻击表身(轻击部位以刻度标尺下部附温表上部之间为宜)，使水银商凸面处于正常状态。

第三步：调整游尺与读数记录。

气压表的刻度不论是毫巴(现己用百帕)还是毫米均取一位小数。

3.定时观测时，在水银气压表观测完后；便读气压计，将读数记入观测簿相应栏中，并作时间记号。

三、实习与作业：1.为什么能根据水银气压表水银柱高度测出大气压?内管粗细不同的两支气压表同一时间水银枉是否相同？为什么？2.动槽式与定槽式水银气压表的构造有何不同?定槽式气压表为何要进行标尺补偿？3.试述水银气压表仪器差、温度差，重力差订正的物理意义，并确定下列三个站的温度差、重力差的正负。

表中Ci是温度差订正值，Cj是纬度重力差订正值，Ch为高度重力差订正值。

4.观察气压计，特别注意它的感应部分、传动部分和自记笔，以及它们之间的关系。

画一个示意图，表示它们之间的关系。

气压计作时间记号的方法是什么？5为什么要进行海平面气压订正?高度重力订正和高度差订正是否相同？为什么？6.试查算下列各题的本站气压与海平面气压。

7.空盒气压表测压原理及观测步骤为哪些？8.进行定时的气压观测并求算本站气压和海平面气压。

实习四云的观测一、实习目的：进一步了解各云层及其类别的特征，掌握云状判别、云量、云高和云的观测记录方法。

二、实习说明：1.云的观测包括判定云状、估计云量和测定云高。

云是经常变化的，所以除了定时观测记录外，还必须在两次定时观测之间注意云的生成、发展和变化。

2.云状应根据云的特征并参考云图来判定，还应利用云的演变过程和伴见的天气现象来判定云是那一类，对云状的记载，要用简写符号。