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地上气候观测仪器

来源:ob欧宝体育  浏览量:53  发布时间:2022-05-23 10:41:39

  声明:,,,。概况

  地上气候观测仪器 surface meteorological observing instruments 地上气候观测所运用的各种仪器,包含感应元件、转化体系(机械传递或电子转化线路)和显现记载外表。

  surface meteorological observing instruments

  气候观测仪器有必要满意以下要求:①仪器需满意规则的时刻呼应速率(仪器时刻常数)、丈量规模、丈量准确度和活络度。②仪器功能需长时刻坚持安稳。仪器标尺或其联系曲线的年变率应低于答应的丈量差错。③仪器在不同气候区和不同海拔高度都能坚持功能杰出。如在高温、酷寒、雨雹、阴湿、干旱和风沙等气候条件下均能正常作业。④仪器的结构合理,单一呼应性好:对所测要素呼应活络,而对其他要素呼应细小,并能从结构上加以补偿,以避免繁琐的修订。⑤价格便宜,运用(读数、修理)简洁。

  常用的有玻璃温度表、双金属片温度计、金属电阻温度表和热敏电阻温度表等。

  运用测温液体在玻璃毛细管中热胀冷缩的特性制成,常用的液体有水银和酒精两种。一般运用的有:干湿球温度表最高温度表最低温度表和1887年德国R.阿斯曼创制的阿斯曼干湿表。最高温度表的结构与体温表类似,在挨近球部处设有一玻璃针,使毛细管变狭。当温度上升时,球部水银胀大,挤过狭管而上升;温度下降时、狭管处的冲突力阻挠水银柱下降,因而可测得最高温度。最低温度表,一般用酒精作测温液,在毛细管内设一游标,温度下降时液面的外表张力带动游标下降,而温度上升时,管壁的冲突力使游标停而不动,因而可测得最低温度。

  是主动接连记载气温改动的仪器。感应元件由胀大系数相差较大而弹性模量邻近的两块金属片(常用的有殷钢和无磁钢)焊接而成。这种双金属片随温度的变形率挨近线性,所以可用来测温。自记体系由同感应元件相联的自记笔和旋转的自记钟构成。

  运用金属电阻随温度改动的准则制成的温度表。常用的金属丝有铂、镍和铜三种,阻值在几十欧到一百欧之间。其间铂电阻丝的安稳性最好,可用它制作规范温度表。电阻温度表能够用于遥测。

  其感应元件由几种金属氧化物混合焙烧而成。可为棒状、球状或片状。其阻值可达几十千欧,电阻的温度系数大,仪器的活络度

  高于金属电阻温度表,被广泛运用于遥测。热敏电阻的外表有必要绝缘,避免在高湿时漏电。

  运用温差电现象制成。温差电现象是指在两种不同导体所组成的关闭回路中,若导线衔接处的温度不同就会产生电流的一种现象。温差电偶温度表因为结构简略,分度便当,常用于梯度观测及空气、土壤和水温的测定。在日射仪器及小气候观测中也被广泛运用。

  挑选石英晶体某种切片平面的方向,使石英晶体薄片具有振动频率和温度成线性联系的特性,用这种切型的石英晶体作为测温元件制成的温度表。它的长处是:能够直接数字输出,有较高的分辨率(可达10-3℃)。丈量大气温度时,感应元件需遮盖,以避免各种形式辐射的影响,如百叶箱和阿斯曼干湿表外管等。一同,防辐射设备有必要坚持杰出的通风,尽量减小对天然情况的搅扰。

  水银气压表 将一支一端关闭的玻璃管抽成真空,注满水银,再将开口一端刺进水银槽中,以水银槽平面到管内水银柱顶的高度来丈量大气压力。水银柱高度有必要以温度为0℃、重力加速度为9.80665米/秒2的情况下所具有的高度为规范。当丈量气压时,温度和重力加速度与上述情况不符,则有必要对由此引起的差错加以修订。1810年,法国J.福丁创造福丁式水银气压表,气压表的玻璃管外配有丈量水银柱高度的铜管标尺。水银气压表丈量精度较高,功能安稳,常作为规范气压表。

  由扁平的金属膜片空盒组构成,盒内的气压较低。运用弹性应力与大气压力相平衡的原理,以它形变的位移测定气压。其长处是便于带着和设备。但因为金属膜片的弹性系数随温度改动,须采纳温度补偿办法;空盒形变存在弹性滞后,在必定的气压规模内,升压和降压的形变曲线不重合。上述两个要素使空盒气压表的丈量精度低于水银气压表。空盒气压计运用空盒气压表的原理制成,它是一种能主动记载的气压表。

  是一种较灵敏的气压计,它能觉察出比0.05百帕还小得多的气压改动。自记钟的走纸速度约1~2小时转一周。微压计的空盒开口,盒内空气一直与外界大气相通。整个空盒组装在一个可密封的金属圆筒内,观测的开端时刻,翻开金属圆筒的截门,使空盒表里的气压持平,气压计指零(或满刻度),然后关上截门,尔后,仪器的指示值表明为各时刻的气压同初始值之差。它是一种研讨短时刻气压纤细改动的仪器。

  干湿表最早由德国E.F.奥古斯特创造(1825)。由测定空气温度和湿度的一对并排设备的、形状彻底相同的温度表组成。一支丈量气温,称干球;另一支在球部包扎一层坚持渗透蒸馏水的脱脂纱布,称湿球。因为水分在未饱满湿空气中蒸腾时吸收感温元件的热量,湿球温度将低于干球温度。空气中的水汽压

  为干湿表系数,它是湿球直径和通风速度的函数。因而给仪器以安稳的人工通风可进步丈量精度。干湿球温度表不适于低温(在-10℃以下)测湿。

  脱脂的人发、牛的肠衣等一类物质在湿润时伸长,枯燥时缩短,运用它们的这种特功能够作成湿度表和湿度自记仪。缺点是:它们低湿时,时刻常数太大,元件的安稳性也较差。

  直接测定空气露点温度(见露)的仪器。在一根铜棒的顶端放置一个薄的小铜镜,铜镜反面有丈量镜面温度的元件。铜棒一同受冷、热源的操控,使镜面温度在露点邻近改动,当镜面上可观察到露滴或冰晶时隐时现时,这时测温元件所指示的温度的平均值即为露点(零下结冰时为霜点)温度。露点仪的原理简略,但需要光洁度很高的镜面,精度很高的控温体系,以及活络度很高的露滴(或冰晶)的光学勘探体系。运用时有必要使吸入样本空气的管道坚持清洁,不然管道内的杂质将吸收或放出水分,形成丈量差错。

  运用吸湿膜片随湿度改动而改动其导电功能的原理制成。常用的有氯化锂湿度片。氯化锂是一种离子盐,自身的性质安稳,其溶液的饱满水汽压低于同温度水的饱满水汽压。当空气的水汽压高于氯化锂的饱满水汽压时,它将吸收水分添加自身的电导率;反之,则放出水分下降电导率。测定氯化锂的电阻值可确认相对湿度。其缺点是温度系数大,运用寿命有限。

  以高分子聚合物为介质的电容元件。运用聚合物吸收空气中的水汽而改动元件电容量的特性制成的薄膜测湿电容,制作工艺精巧,功能优秀,已在无线电探空仪和一些主动气候站上用作测湿元件。

  风向丈量仪器 风向标是各种测风仪器中用以指示风向的最首要的部件,分为头部、水平杆和尾翼三部分。在风力的效果下,风向标绕铅直轴旋转,使风尾摆向劣势方向,头部指向风的来向。风向标感应的风向有必要传递到地上的指示外表上,以电触点式最为简略,但一般只能作到每一个方位(22.5°)有一个触点。准确的办法有自整角机和光电码盘。

  ①风杯风速计。它是最常见的一种风速计。转杯式风速计最早由英国 J.T.R.鲁宾孙创造(1846),其时是四杯,后来改用三杯。三个互成120度固定在架上的抛物形或半球形的空杯都顺一面,整个架子连同风杯装在一个能够自在滚动的轴上。在风力的效果劣势杯绕轴旋转,其转速正比于风速。转速能够用电触点、

  测速发电机光电计数器等记载。②螺旋桨式风速计。它是一组三叶或四叶螺旋桨绕水平轴旋转的风速计。螺旋桨装在一个风标的前部,使其旋转平面一直正对风的来向,它的转速正比于风速。③热线风速计。一根被电流加热的金属丝,活动的空气使它散热,运用散热速率和风速的平方根成线性联系,再经过电子线路线性化(以便于刻度和读数),即可制成热线风速计。热线风速计分旁热式和直热式两种。旁热式的热线一般为锰铜丝,其电阻温度系数近于零,它的外表另置有测温元件。直热式的热线多为铂丝,在丈量风速的一同能够直接测定热线自身的温度。热线风速计在小风速时活络度较高,适用于对小风速丈量。它的时刻常数只要百分之几秒,是大气湍流和农业气候丈量的重要东西。④声学风速表。在声波传达方向的风速重量将添加(或减低)声波传达速度,运用这种特性制作的声学风速表可用来丈量风速重量。声学风速表至少有两对感应元件,每对包含发声器和接收器各一个。使两个发声器的声波传达方向相反,假如一组声波顺着风速重量传达,另一组刚好逆风传达,则两个接收器收到声脉冲的时刻差值将与风速重量成正比。假如一同在水平缓铅直方向各装上两对元件,就能够别离核算出水平风速、风向和铅直风速。因为超声波具有抗搅扰、方向性好的长处,声学风速表发射的声波频率多在超声波段。

  是一种测定瞬时风向风速并作接连记载的仪器,由英国W.H.达因所规划(1892),故名。其风向由风向标的设备测定,风速由以下设备测定:风速的感应部分有两个开口,感应风的动压力与大气静压力之和的开口称总压口,基本上只感应大气静压力的开口称静压口。总压口坐落风向标风尾翼横杆的前端,因为风向标随风摇摆,风尾一直处于劣势方向,因而总压口就一直对着气流的来向;静压口是一组小孔,坐落风标笔直轴的外层套管上。总压口和静压口别离经过导管和浮筒式微压计相连,浮筒内舱和总压管连通,浮筒外和静压管连通,这样,浮筒所受的压力差只与风的动压力有关。因为气流的动压力和风速的平方成正比,为坚持浮筒在受风压效果后,浮升的高度和风速成正比,浮筒内壁的曲线形状必需经过专门的规划。

  辐射能的丈量辐射首要有太阳直接辐射,大气散射,地上反射辐射,地上和大气的红外热辐射,以及净辐射(见辐射差额)。常用的丈量仪器有:

  ① 肯定日射表(计)。它是丈量在太阳入射方向笔直平面上的太阳直接辐射强度的仪器,丈量精度较高,且仪器常数可在试验室内测定。因而可用来确认其他类型仪器的仪器常数。依据世界气候组织的抉择,从1981年1月1日起将美国的ACR310型和PACRADⅢ型,比利时的CROM型,以及瑞士的PMO2型四种肯定日射计,作为日射计标尺的规范。这几种类型日射计的作业原理类似,以美国的PACRADⅢ型肯定日射计为例:承受太阳辐射的首要部分是吸收系数非常挨近于1.0000的勘探黑体空腔的锥角部分,在勘探腔体后边的补偿空腔,以人工加热法坚持和勘探空腔具有相同的温度,使勘探腔体的热量彻底不向后传递。丈量空腔和热汇的温差就能够测得太阳辐射强度。这类仪器的丈量精度较高,差错低于1%。② 直接日射表。它是用来丈量太阳直接辐射强度的仪器。该仪器的遮光套筒前的开口对感应面的视角为10度。承受太阳辐射的感应面是坐落套筒底部的一块涂黑的锰铜薄片,它的反面紧贴热电堆的正极,负极则贴在遮光筒内壁。热电堆的电动势正比于太阳辐射。份额系数可与肯定日射计比照确认。

  ③天空辐射表。它是测定水平面上的太阳辐射、大气散射辐射和地上反射辐射的仪器。仪器的感应部分由黑片和白片相间组成3×3厘米2的方格阵。辐射强度正比于黑白片下热电堆的电动势。感应面上有一个半球形防风维护玻璃罩。仪器前上方可伸出一块对感应平面视角为10度的遮光板。支起遮光板遮去阳光,仪器只能测到天空散射辐射;除掉遮光板则能测到水平面上太阳辐射和散射辐射的总和。回转仪器,使感应平面向下,则能测到地上对太阳辐射和散射辐射的反射辐射。④ 净辐射仪。它是用来丈量地外表吸收和开销辐射之差的仪器,运用最遍及的是聚乙烯防风薄膜式净辐射仪。仪器有上、下两片感应黑片,向上的吸收地上辐射收入项,向下的吸收地外表辐射开销项。两块感应面由绝热材料离隔,由热电堆丈量它们的温差,净辐射强度正比于温差电动势。

  测定日照时数仪器 ①暗筒式日照计。仪器上有一小孔,阳光透过小孔射入筒内,在涂有感光药剂的日照纸上留下感光痕迹,运用痕迹线可核算出日照的时数。②聚集式日照计。它是运用太阳光经玻璃球聚集后炙烤日照纸留下的焦痕来记载日照时数的仪器。暗筒式日照计制作较简略,记载差错小,是台站常用的仪器。

  丈量在某一段时刻内的液体和固体降水总量的仪器。一般为直径20厘米的圆筒,为坚持筒口的形状和面积,筒质有必要坚固。为避免雨水溅入,筒口呈内直外斜的刀刃形。雨量器有带漏斗和不带漏斗的两种。筒内置有储水瓶。降雪时节取出储水瓶,换上不带漏斗的筒口,雪花可直接储入雨量筒底。

  ①虹吸式雨量计。当雨水经漏斗进入丈量筒后,筒内的浮子随水位升高,当筒内贮满10(或20)毫米雨量时,在短时刻内产生一次虹吸,将筒内的存水一次排出,使浮子从头从零位开端记载。浮筒上所带自记笔尖可在钟筒上画出降雨量随时刻累积的进程。②翻斗式雨量计。其丈量器是两个三角形的翻斗,每次只要其间的一个翻斗正对漏斗口。当翻斗盛满0.2毫米降水时,因为重心外移而翻倒,将盛水倒出,一同使第二个翻斗移到漏斗口下,由翻斗替换次数和时刻的记载可得降水材料。翻斗式雨量计可用于主动气候站。

  20世纪60年代前,气候台站常用目测办法,即由人眼观测方针物能从布景平分辨出来的最远间隔,测定大气能见度。70年代以来常采

  包含一个光发射源,以及几个接收器。把接收器设备在不同的间隔处,以接收到的光源亮度与发射源参阅亮度的比值的改动来核算大气透明度和能见度。也可将光发射源和一个接收器装在一同,而在不同间隔上设备反射靶。接收器别离丈量来自不同反射靶的光源亮度,由此求得大气能见度。

  以为大气消光首要是由气体分子、微滴和微粒等的散射效果形成的,因而能够经过丈量相对于光发射器光轴的不同方向上的散射光强来核算能见度。依据光发射器光轴同接收器光轴的视点联系,又可分做后向散射仪、前向散射仪和总散射仪几种。