气候学指导-沈阳农业大学教务处

气候学实验指导
适用专业： 适用专业：应用气象学
任传友 刘江 王艳华 编写
沈阳农业大学应用气象教研室 2009 年 3 月
目
录
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八
天文辐射日总量和月总量的计算................................................... 1 确定总辐射的经验公式................................................................... 5 有效辐射的计算............................................................................... 8 湍流热交换总量的计算................................................................. 11 用彭曼公式计算水面最大可能蒸发量......................................... 13 降水变率的分析............................................................................. 18 某界限温度初、终日期的确定..................................................... 20 我国气候区划的确定..................................................................... 21
(1.2)
公式(1.2)表明太阳辐照度是地理位置（ϕ） 、季节（δ）和时间（ω）的函数。(1.2) 式只表示了单位时间、单位面积上所得到的辐射量，在 dt 时间内的辐射量应为 dw=
ρ2
I0Βιβλιοθήκη (sinϕsinδ+cosϕcosδcosω)dt
(1.3)
欲求出某纬度上每日的太阳辐射量，需对(1.3)式从日出到日落进行积分，为了 能够积分起见，必须把时间化为时角。因为
三．原理
假设在没有大气的情况下，射到地面上的太阳辐照度为 I0，根据朗伯定律有 I=
ρ2
I0
sinh0
(1.1)
其中，h0 为太阳高度角；I0 为太阳常数；ρ为日地距离（以日地平均距离为单位） 。 而太阳高度（h0）可用地理纬度（ϕ） 、太阳赤纬（δ）和时角（ω）表示，即： I=
ρ2
I0
(sinϕsinδ+cosϕcosδcosω)
I
实验一 实验一
天文辐射日总量和月总量的计算
一．实验目的 实验目的
掌握天文辐射日总量和月总量的计算方法，并通过不同季节和不同纬度地区的 计算结果，分析、讨论其气候意义。
二．实验内容 实验内容
1．计算北京、南京、海口地区在春分、夏至、秋分、冬至各日的天文辐射日总 量。 2．计算北京、南京、海口地区，一、四、七、十各月天文辐射月总量。
2 2
Wm =
Ty I 0
π [b0 (λ ′′ − λ ′) − sin ε sin ϕ (cos λ ′′ − cos λ ′) 2 1− e
四．计算方法
（一）天文辐射日总量的计算 1．天文辐射日总量公式 见公式(1.6)。 其中， I0 是太阳常数， 计算时取 I0=1367W m-2 （=1.96 cal cm-2 min-1 = 4921 KJ m-2 h-1） ； Td = 24 h = 86400 s； π=3.1416; 若令 A= ρ 为实际日地距离，各月报 15 日的ρ值如下表： 月份 1 0.984 7 1.016 表 1.1 各月报 15 日的ρ值 2 3 4 0.988 0.995 1.003 8 9 10 1.013 1.005 0.997
ω=
2π (t－e) Td
(1.4)
其中，Td 是以日为周期的时间秒数；t 为平太阳时； e 为时差，而 e 在一天内的变 化甚小，可忽略不计。所以 dω =
2π dt Td
(1.5)
设-ω0、+ω0 为日出、日没时的时角，日辐射总量 Wd 为：
Wd = ∫
ω0
− ω0
I 0Td I Td sin ϕ sin δ + cos ϕ cos δ cos ω ) = 0 2 (ω0 sin ϕ sin δ + cos ϕ cos δ sin ω0 ) 2 ( 2πρ πρ (1.6)
1
式(1.6)就是日天文辐射总量的计算公式。 不能作为一个常数处理。 因此对(1.2) 在计算辐射月总量时， 由于δ是ω0 的函数， 式积分运算非常复杂，通常以近似公式计算之，其中最常用的公式是捷克学者米兰 克威奇所推证的公式
2π b b − 1 ( sin 2λ ′′ − sin 2λ ′) + 2 (sin 4λ ′′ − sin 4λ ′) －…＋…] (1.7) 2 4 其中λ′和λ″分别为月初和月末的太阳赤经值；ε为赤道面与黄道面的交角；e 地球绕 太阳运转轨道的偏心率； b1、 b2 、 …bn 为因纬度而异的常数， 米兰克威奇已从纬度 0° 到 75°每隔 5°计算之。
δ = 23.45o sin
式中 x 为计算日在一年中的日序数。 2．关于ω0 的计算
365 ( x − 80 ) 370
(1.8)
从天文年历中可以查到某地某日的日出、日没时刻分别为－ω0 与+ω0，昼长为 2ω0。将ω0 时间化成角度，再将角度化成弧度。或者只查日出（或日没）时间（平 太阳时） ，经时差订正后，中午 12 时则为真太阳时 0°，ω0 可得。 真太阳时＝地方平时＋时差 ＝地方标准时＋经度订正＋时差
Td I 0 ， 则 A≈37.6MJm-2。 π
ρ
月份
ρ
5 1.010 11 0.989
6 1.016 12 0.984
在计算精度要求不是很高的情况下，为简化计算起见，取ρ=1。ϕ为地理纬度，三地 的地理纬度分别为：北京 40°N，南京 32°N，海口 20°02′N。δ为太阳赤纬，可从天 文年历中查得，也可用近似公式计算。本实验采用伦迪（Lunde）公式进行计算：