气象学小气候实习报告
梁希07-2 陈瑜 070114207
一 . 实习目的，意义
1．1 目的
1.1.1通过小气候特征观测，了解小气候观测的原理，观测仪器和安装方法。
1.1.2掌握辐射，空气温度，湿度，土壤温度，风等气象要素垂直梯度观测方法。
1.1.3学会整理小气候观测资料，分析小气候要素形成的原因，条件。学会解释不同下垫面的小气候特点，了解不同下垫面产生的小气候效应，以便进一步改善小气候的环境。
1．2 意义
1.2.1 范围小： 气象站点的台站分布密度和观测项目不能满足要求。
1.2.2 差别大：水平，铅直梯度大，具有明显的日变化和脉动。
1.2.3 很稳定：所研究范围的小气候规律相对稳定。
二 . 实习内容与实习方法
2.1 观测项目：
直接辐射 S ， 散射辐射Sd ， 反射辐射 Sr，总辐射 St ，反射率r, 0.2米 1.5米 空气温度，湿度， 1米处风速，风向， 0-20厘米土壤温度，0厘米地面最高温度，气压
2.2 观测仪器及时间：
2.2.1 各个小气候要素均为正点每小时观测一次
2.2.2 利用天空辐射表和直接辐射表观测太阳直接辐射，散射辐射，反射辐射，总辐射。
2.2.3 通风干湿表观测0.2米和1.5米高度处的气温和空气湿度。
2.2.4 三杯轻便风向风速表测1米高度的风向，风速。
2.2.5 地面，地面最低，最高温度表以及曲管地温表观测地面和各深度土壤温度。
2.3测定步骤：
53′通风表上水，通风，悬挂在20cm高处和150cm处。
55′观测地温（０cm ，5cm、10cm、15cm、20cm) 注：Tmax在15：00读一次
56′观测云量、天气状况。
58′读20cm干、湿球温度，连续读三次，读后通风
59′将风速表悬挂在1m高处，松开罗盘小套管，按下启动杆。
60′读150cm干、湿球温度，连续读三次，读后通风
01′读风向及指示风速。
02′读20cm干、湿球温度，连续读三次。
03′读气压。（经三次订正得出气压值）
05′观测地温
三 . 实习区域概况
3.1 第3组，测点北京林业大学气象站内裸地上，北纬39°56’，东经116°20’，
3.2 测点所在处属于平原地带，测点附近无明显水源，草地。
3.3 距测点南5米左右有一人高栅栏将居民区隔离。正南方有高度大约为42米的民居楼房一栋。 东面为土路一条，无其他明显遮挡物。北面八米左右处为高度八米的北京林业大学气象站。西面十米外为草丛，无其他明显遮挡物。
3.4 下垫面状况：此处下垫面基本为裸露地面。
3.5 测点周围除只在东部三米处有少量较矮的盆栽植物，在南面四米处有一株低矮圆柏。地面上依稀有几株草本植物，无其他明显覆盖物。
3.6 测点土壤为棕壤，较湿润，土壤里可见一些砖块。
四 . 结果与分析
4.1单点分析
4.1.1太阳辐射日变化
到达地面的垂直于太阳光线的直接辐射 S ，水平面上太阳光线的直接辐射Sb， 散射辐射Sd ， 反射辐射 Sr，总辐射 St的日变化
到达地面的直接辐射 S ， 散射辐射Sd ， 反射辐射 Sr，总辐射 St的日变化
见图 1
图 1
分析：
垂直于太阳光线的直接辐射 S的变化如图所示，直射辐射的变化是受太阳高度角和大气透明度影响的。全天以晴朗天气为主，大气透明度好较好。太阳高度角越大，阳光传过的大气质量数就越小，垂直于太阳光线的直接辐射就越强。从早八点到中午十二点，太阳高度角逐渐变大，到正午达到最大，所以此时间段直接辐射一直增加，并在十二点达到最大值。而从十二点到下午五点，太阳高度角减小，垂直于太阳光线的直接辐射也就随之减小。
水平面上太阳光线的直接辐射Sb的变化如图所示， Sb=S*sinh 所以水平面上太阳光线的直接辐射由S与太阳高度角决定。所以，由于S的取值，以及太阳高度角从早8点到晚5点的先增加再减小的变化，水平面上太阳光线的直接辐射Sb就呈现出如图所示的先增大，再减小的变化趋势，并在十二点达到最大值。
散射辐射Sd 的日变化规律如图所示，散射辐射随时间的变化是受太阳高度角和大气透明度影响的。天空晴朗，大气透明度的影响较小。Sd 随着时间的变化，太阳高度角在逐渐增大，散射辐射也在增大，下午太阳高度角减小，Sd也就随之减小。
总辐射St是由太阳直接辐射和散射辐射构成的，它主要是受到太阳高度角的影响，随着太阳高度角的增高，太阳直接辐射和散射辐射逐渐增加，因此，在12点时总辐射达到最大值，此后，太阳高度角减小，总辐射又呈下降趋势。
反射辐射Sr的变化规律如图所示，8—12点，太阳光逐渐变强，反射辐射也跟着变强，之后太阳高度角降低，反射辐射也降低，直到在下午5点时反射辐射几乎变为零。
4.1.2 反射率r的日变化见图2
图2
分析：
反射率r的变化如图所示，随着太阳高度角的增加，反射辐射增加，但总辐射也增加，并且增加的多于反射辐射，所以反射率r表现出先下降，后增加的总体趋势。反射率还和下垫面有关，但测量点下垫面状况一定，不予以考虑。
4.1.3不同深度土壤温度的日变化规律
不同深度土壤温度的日变化规律见图3
图3
分析：
由图可以看出，土壤温度的日变化与太阳辐射的日变化比较类似，而相位随深度的增加而滞后。
由于地表是热量的直接吸收带，在太阳辐射在12点达到最大时，地面热量大量积累，使得在土壤温度在13、14时温度最高，随后温度降低。
当在8点—9点的时候，由于地表经过夜晚放射长波辐射却又无太阳短波辐射的能量补充而降温冷却，地表以及5cm温度低于10cm及深处;当9—15时，由于地表吸收太阳辐射而升温，地表温度高于5cm深处的土壤温度，因此，地表能量往下传递;当16—19时，由于地表吸收太阳辐射减少而降温，地表温度低于5cm深处的土壤温度，因此，形成如图所示的曲线。
由于太阳短波辐射是大地的直接能量来源，并向下以传导的方式传递，所以地表一天温度变化最大，向下变化幅度依次减小。
4.1.4土壤温度的垂直变化规律
土壤温度的垂直变化规律见图4
图4
分析：
土壤温度的垂直变化规律如图所示， 9点时太阳辐射增强，地表温度开始上升，最低温地位置下降，出现在地面下10cm处，表现为过渡性。13点由于太阳辐射的强烈作用，地面温度最高，向下依次减小，表现为日射型。17点由于太阳辐射减少，地面向外辐射长波辐射，地表温度下降，表现为过渡性。19点由于没有了太阳辐射，同时地表继续向外辐射长波辐射，而是地表温度继续大幅下降，低于土壤深处，表现为散射型。
4.1.5不同高度气温的日变化规律
不同高度气温的日变化规律见图5 图6
图5
图6
0.2米和1.5米处的干湿球温度如图
不同高度气温的日变化：所测数据差异较小，但能够看出在一天当中，不同的高度，气温都会出现一个最高值和最低值，最高值大概出现在午后的一两个小时内，而最低值出现在日出后（8-9点）；同时，150cm和20cm气温变化的总趋势是在上午，随着时间的推移气温增高，午后出现最高值，此后气温开始下降。0.2米干球温度略低于1.5米干球温度，地面出现了逆温现象，可能是由于有暖空气经过，地面温度较低，使靠近地面的空气温度较低。
4.1.6不同高度湿度的日变化规律
不同高度相对湿度（u）和实际水汽压e的日变化规律
不同高度相对湿度（u）的日变化规律见图7 图8
图 7
图 8
相对湿度的日变化主要决定于气温。气温增高时，虽然蒸发加快，水汽压增大，但饱和水汽压增大的更多，反使相对湿度减小。温度降低时则相反，相对湿度增大，因此，一日中，相对湿度的最高值出现在清晨温度最低时，最低值出现在午后温度最高时。
由于测量地点处地表为裸地而且前几天下过雨土壤比较湿润，并且由于20厘米出温度低于150厘米处，因此在地面20cm处，水汽含量较多，相对湿度较150cm处大，同时，由图可以发现，在14：00以后相对湿度又再次降低，出现该情况的原因，应该是受风力的影响，在14：00—17：00该时间段有西北风和西风。在18：00以后，由于气温降低，空气中的水汽含量增多，相对湿度又开始回升。
4.1.8气压日变化
气压日变化规律见图11
图 11
气压的变化由图可知，随着时间的推移，气压降低。
这里的气压主要为温度作用，早上温度较低，所以气压较高，随着气温的上升，气压随之下降。下午16点后随着温度的下降，气压再次上升。上午九点的突出点可能是由于水平气流辐合引起气压升高，不同密度的气团如果移到某地气团密度比原来的大，气压就随之升高。
4.1.9本站风速，风向日变化
图11
本站风速，风速变化主要由于地面空气气压，温度差异引起的。气压梯度力，地转偏向力，离心力和摩擦力的作用影响风向和风速。由于此测点所处区域为温带季风气候，大陆上为高压，海洋上为低压区，所以风向为西风或西北风。
4.2对比分析
4.2.1裸地与草地 水泥地反射率日变化对比
分析:
裸地与草地 水泥地反射率日变化如图所示。理论上，水泥地面由于颜色较浅，反射率最大，裸地颜色较深，反射率次之，草地由于有草作为地表覆盖物，导致地面粗糙度增加，所以反射率应该最小。但出现如图现象，原因可能如下： 1.草地的观测点附近可能有其他物体影响观测，使其结果偏高，比如大型玻璃型建筑，温室等。2.水泥地由于附近有大型建筑物遮挡，使其结果偏低。3 .草地的测点周围有较大面积的裸地或水泥地，水泥地测点周围有较大面积草地或裸地。
4.2.2 裸地与草地地面温度日变化对比
分析：
裸地与草地地面温度日变化如图，白天总体上草地与裸地的地面温度都表现出随太阳高度角的增加而增加，下午随太阳高度角的减小而减小的趋势。但对比的来看裸地与草地的温度曲线，绝大部分时间裸地温度高于草地。裸地的反射率大于草地，所以在同样的太阳辐射通量密度的情况下，草地吸收的热量应该多于裸地，但现在裸地温度却高于草地。可能原因为，1 裸地比热容小于草地使其在吸收较少热量的情况下升温较多。2 草地有植物的蒸腾作用，这可以降低地面温度。
4.2.3裸地与草地 水泥地 0.2米温度日变化对比
分析：
裸地与草地 水泥地 0.2米温度日变化如图，由于地面是空气的直接热源，所以0.2米处空气温度的变化曲线基本与地面温度变化曲线一致。表现出随太阳高度角的增加而增加，下午随太阳高度角的减小而减小的趋势。在下午13-14点后三条曲线出现明显差别，原因是由于下垫面比热容不同，在同样的太阳辐射通量密度的情况下，草地吸收的热量应该多于裸地，而裸地又多于水泥地，但现在水泥地比热容最小，裸地次之，草地最大。水泥地升温最多，裸地次之，草地最小，这使他们上面的空气温度产生差异。导致水泥地0.2米气温最高，裸地次之，草地最小。
4.2.4 裸地与草地 水泥地 1.5米温度日变化对比
分析：
裸地与草地 水泥地 1.5米温度日变化如图：由于距离地面有一定的距离，所以这个高度的空气温度与空气流动有较大的联系，所以三条线的差别小于0.2米的曲线。各个下垫面的曲线差别较0.2米的要小。但由于地面是空气的直接热源，所以这个高度在下午15点后的三条曲线仍让表现出与地面温度的变化规律。水泥地比热容最小，裸地次之，草地最大。水泥地升温最多，裸地次之，草地最小，这使他们上面的空气温度产生差异。这一现象与0.2米的观测结果相同，但时间有些措后，原因是热量由地面向上传递的过程中需要时间。
4.2.4裸地与草地 水泥地 0.2米湿度日变化对比
分析：
裸地与草地 水泥地 0.2米湿度日变化对比如图，三个不同下垫面的曲线总体上看都呈现出线下降后上升的趋势。气温增高时，虽然增发加快，水汽压增大，但饱和水汽压增大的更多，反而使相对湿度减小。温度降低时，则相对湿度增大。对比的来看，裸地的相对湿度最大，水泥地次之，草地最低。原因如下：1.虽然水泥地0.2米空气略温度高于裸地，但裸地含水量多于水泥地，蒸发的水分多于水泥地致使其湿度高于水泥地。2.草地虽然含水量高，而且有蒸腾作用，但温度较低，影响水分的蒸发，蒸腾。
4.2.5裸地与草地 水泥地 1.5米湿度日变化对比
分析：
裸地与草地 水泥地 1.5米湿度日变化对比如图，三个不同下垫面的曲线总体上看都呈现出线下降后上升的趋势。气温增高时，虽然增发加快，水汽压增大，但饱和水汽压增大的更多，反而使相对湿度减小。温度降低时，则相对湿度增大。由于高度较高，所以受凤的影响增加，三天曲线的差别比之于0.2米的较小。对比的来看，裸地的相对湿度最大，水泥地次之，草地最低。原因如下：1.虽然水泥地0.2米空气略温度高于裸地，但裸地含水量多于水泥地，蒸发的水分多于水泥地致使其湿度高于水泥地。2.草地虽然含水量高，而且有蒸腾作用，但温度较低，影响水分的蒸发，蒸腾。
五．主要结论
5.1 太阳辐射：
垂直于太阳光线的直接辐射 S ，水平面上太阳光线的直接辐射Sb， 散射辐射Sd ， 反射辐射 Sr，总辐射 St的日都随着太阳高度角的变化而变化，从早上到中午，表现为上升趋势，从中午到傍晚，表现出下降趋势。最大值出现在中午12点。
5.1.1 反射率r：
所以随着太阳高度角的先增加后下降，反射率r表现出从早上到中午先下降，从中午到傍晚后增加的总体趋势。最小值出现在中午12点。
不同下垫面的状况影响反射率，颜色深反射率小，颜色浅反射率大，地面粗糙的反射率小于地面光滑的，湿润的下垫面的反射率小于干燥的下垫面。
5.1.2 土壤温度
土壤温度随着太阳辐射的强弱变化，表现出过度型（地下5厘米处温度最低，相上下依次增加），日射型（地表温度最高，向下依次减少），散射型（地下20厘米温度最高，向上依次减小）三种类型。在早晨或傍晚表现出过度型，白天表现出日射型，夜晚表现出散射型。
5.1.3空气温度
0.2米的空气温度随地表温度在时间方面的变化，表现出从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降的趋势。最高出现在下午13点-14点。0.2米的空气温度随地表温度在空间方面的变化，与下垫面有关。下垫面的温度越高，气温就越高。
1.5米的空气温度随地表温度在时间方面的变化，表现出从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降的趋势。但受风的影响比较大所以变化不明显。最高出现在下午14点-15点。1.5米的空气温度随地表温度在空间方面的变化，与下垫面有关。下垫面的温度越高，气温就越高。但受风的影响比较大所以变化不明显。
5.1.4 空气湿度
时间上
0.2米的空气实际水汽压随温度和蒸发量的改变从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降。下午12-13点到达最大。
0.2米的空气饱和水汽压随温度的改变从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降。中午12-13点到达最大值。但其增加的幅度远大于实际水汽压。
0.2米的空气饱和差从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降。最大值出现在14-15点
0.2米的空气相对湿度u从早晨到下午14点减少，从14点到傍晚增加。最小值出现在15-16点。
1.5米的空气实际水汽压随温度和蒸发量的改变从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降。下午14-15点到达最大。
1.5米的空气饱和水汽压随温度的改变从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降。中午13-14点到达最大值。但其增加的幅度远大于实际水汽压。
1.5米的空气饱和差从早晨到中午增加，从中午到傍晚下降。最大值出现在15-17点
1.5米的空气相对湿度u从早晨到下午14点减少，从14点到傍晚增加。最小值出现在16-17点。
空间上
0.2米的空气实际水汽压主要取决于下垫面含水量和空气温度。含水量越大，温度越高的下垫面空气实际水汽压越大。
0.2米的空气饱和水汽压主要取决于温度，温度越高的下垫面饱和水汽压越大。
0.2米的空气相对湿度u主要取决于下垫面温度与含水量。含水量越大，温度越高的下垫面空气相对湿度越大。
1.5米的空气实际水汽压主要取决于下垫面含水量，空气温度和空气流动。含水量越大，温度越高的下垫面空气实际水汽压越大。空气流动也易于改变此高度实际水汽压。
1.5米的空气饱和水汽压主要取决于温度和空气流动，温度越高的下垫面饱和水汽压越大。空气流动也易于改变此高度实际水汽压。
1.5米的空气相对湿度u主要取决于下垫面温度与含水量和空气流动。含水量越大，温度越高的下垫面空气相对湿度越大。空气流动也易于改变此高度空气相对湿度u。
5.2 改善小气候环境应采取的主要措施
从以上数据于分析不难得出结论：小气候的情况与下垫面的情况有很大联系，所以出于改善小气候的目的，我们应该以改变下垫面为主。
具体措施如下：
1. 根据土壤肥力，水分，气候状况选择适当植物品中在当地大量种植，以提高当地植被覆盖率，减少落地面积。以此来改善小气候的空气温度与湿度。
2. 还可以适当增加地面水体的面积，利用水的比热容大的特点调节温度，防止昼夜温差过大。同时改善空气湿度。
3. 可以适当种植高大乔木，以减小风速，利于农林业的发展。