§1 气 象 学

实验1 日照的观测

一、实验目的和意义

通过实验了解暗筒式日照计的原理、构造，掌握日照时数的测定方法。

二、仪器原理和构造

1.原理 暗筒式日照计是利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内，使涂有感光试剂

的日照纸上留下感光迹线，计算日照时数。

图1.1 暗筒式日照计

2.构造 暗筒式日照计(图1.1)由金属圆筒、

纬度刻度盘和支架底座等构成。

金属圆筒的底端密闭，筒口带盖，它的两侧各有

一进光孔，两孔前后位置错开，与圆心的夹角为

120°。筒内附有压纸夹，用于固定日照纸。有的日照

计暗筒上还有隔光板，可将上午、下午的日光明确分

开。圆筒下部有固定螺钉，如松开后，圆筒可绕支架

轴旋转。支架下部有指示纬度的记号线。

三、方法与步骤

1.仪器安装 日照计应安置在地形开阔、终年

从日出到日落都能受到太阳光照射的地方，安置时底

座要水平，筒口对准正北，纬度记号线对准纬度盘上

当地的纬度值。

2.日照纸涂试剂

1)试剂的配制 涂抹日照纸的试剂由感光试剂枸橼酸铁铵［Fe2(NH4)4(C5H5O7)］

和显影试剂赤血盐［K2Fe(CN)6］配制而成。枸橼酸铁铵与水的比例为3∶10，赤血盐与水

的比例为1∶10。两种试剂配好后，分别装入棕色瓶中，放在暗处备用。

2)涂试剂 取等量的两种试剂均匀混合，在暗室(或夜间)用脱脂棉(或排笔)蘸

试剂，均匀地刷在日照纸上，待阴干后暗藏备用，严防感光。

3.换纸与记录整理 每天在日落后换纸，即使是全日阴雨，也要照常换纸，以备日

后查考。换纸时，先打开筒盖，取下压纸夹，取出筒内日照纸，再将涂过试剂的日照纸填好

年、月、日并使试剂面朝里卷成筒状放入筒内，使日照纸上10：00线对准筒口白线，14：00

线对准筒底白线，且纸上两个圆孔对准两个进光小孔，压纸夹交叉处向上，将纸压紧，盖好

筒盖。

换下的日照纸，应依感光迹线的长短，在其下描画铅笔线，然后将日照纸放入足量的清

水中浸漂3～5min后拿出，阴干后再复验感光迹线与铅笔线是否一致。如感光迹线比铅笔

线长，则应补上这一段铅笔线，然后按铅笔线计算各时日照时数，日照纸上一大格为1h，

一小格为0.1h，将各小时的日照时数相加，即得全天的日照时数，如果全天无日照，日照

时数记0.0。

四、检查与维护

(1)应经常检查仪器的水平、方位、纬度的安置情况，发现问题及时纠正。

(2)日出前应检查日照计的小孔有无被小虫、尘沙等堵塞或被露、霜等遮住。

实验2 照度的测定

一、实验目的和意义

通过实验了解照度计的原理、构造，掌握照度测定方法。

二、仪器原理和构造

照度计型号较多，现介绍CZ-4型照度计的主要构造和使用方法。

1.原理 照度计根据光电效应原理制成，是具有接近于人眼分光灵敏度特性的一种

测光仪器，主要由光电池、滤光片和电流表三部分组成。光电池由硅半导体或硒半导体制

成，它和适当的滤光片配合使得对不同波长入射光的相对灵敏度与正常人的眼睛相同，并能

将光能转换成电能，使电流表的读数能表示出照度的强弱。

2.构造 CZ-4型照度计由接收器、显示器及电流电压变换器等构成，如图1.2所示。

图1.2 CZ-4型照度计

(1)接收器。采用蓝硅光电池作为光能转换器材，其上装有滤光罩，它的手柄上有一按

钮，与仪表面板上倍率开关相配合，可调节所用量程大于(或小于)2000lx。

(2)显示器。显示器为宽角度镜面指针式电流表，表盘上有两行刻度，0～20lx及0～

60lx，分别用于量程开关满度值20～200000lx及60～600000lx读数用。另外，表盘刻度

下有一蓝色"BATTERY"区域，可检测电池电压。

3(3)电流电压变换器采用集成电路。

三、方法与步骤

(1)将仪表水平放置，先检查和调整表头指针的机械零位。

(2)检查电池电压。把量程开关拨至"电池"栏，电表指针应在"BATTERY"区域

内，若指针低于此范围，表示电池电压不足，应调换新电池。

(3)调节"零位"。接收器的插头插入仪表输入插孔，接收器的测量头罩上滤光罩，把

量程开关拨到"20lx"档，右上方的红色指示灯发亮，调节"调零"旋钮，使指针指零，

然后将量程开关拨到"2000lx"档，准备测量。

(4)照度测量。测量前应估计被测照度大小，按照度大于(或小于)2000lx选择使用

拨钮及倍率开关，读数时各刻度按量程开关红色(蓝色)满度值扩大相应倍数。

①若被测照度大于2000lx，将接收器手柄拨钮向上推足(出现红条)，并把倍率开关也

推向上方(红块)，测量值按量程开关所指红色满度值读数。

例1] 量程开关调在20000(红)

200(蓝)，指针所指刻度为10.2(上)

31(下)，则照度计读数应取上行刻

度再扩大20000/20=1000倍，即

10.21000=10200(lx)

②若被测照度小于2000lx，将接收器手柄拨钮向下推足(出现蓝条)，并把倍率开关也

推向下方(蓝块)，测量值按量程开关所指蓝色满度值读数。

例2] 量程开关调在6000(红)

600(蓝)，指针所指刻度为17.8(上)

54(下)，则照度计读数应取下行刻度

再扩大600/60=10倍，即

5410=540(lx)

读数时，应将量程开关调在适当位置，使指针有较大偏转，以减少读数误差，测量时可

遮挡接收器受光面数次，取n次测量值的平均值。

(5)测量完毕，将量程开关按回"关"的位置，仪器面板右上方的红色指示灯也关闭。

四、注意事项

(1)接收器白色受光部位的前端平面为基准测试面，测试时须注意正确安放接收器的

位置。

(2)调换电池，将仪表从盒内取出，卸下底部的电池盖板即可。新电池装入时须注意电

池极性不可装错，且两节电池应同时调换。

实验3 空气温度和土壤温度的观测

空气的温度(简称气温)是表示空气冷热程度的物理量，地面气象观测中测定的是离地

面1.5m高度处的气温。土壤温度包括地面、地中浅层(离地面5cm、10cm、15cm、

20cm深度)及较深层(离地面40cm、80cm、160cm、320cm深度)的温度，统称地温。

温度观测均采用摄氏温标，单位是摄氏度(℃)。

常用的测温仪器是玻璃液体温度表和双金属片温度计。

一、实验目的

了解空气温度和土壤温度的测定方法，掌握百叶箱内仪器的安装、地温表的安装、温度

计的使用、温度表的读数。

二、仪器原理和构造

(一)玻璃液体温度表

1.测温原理 玻璃液体温度表的感应部分是一个充满测温液体的球部，与球部相连

的是一根一端封闭、粗细均匀的毛细管。设温度为0℃、t℃时，球部与管部的液体体积分

别为V0、Vt。当温度改变Δt℃时，液体体积的变比量为ΔV，则有

ΔV=Vt-V0=V0(1+αΔt)-V0=V0αΔt(1.1)

式中，α为测温液的视膨胀系数，即测温液体膨胀系数与玻璃膨胀系数之差。

图1.3 普通温度表

(干球温度表)

在截面积为S的毛细管内，液柱长度改变了ΔL，即

ΔL=ΔV

S=V0α

SΔt(1.2)

式中，V0、α、S对于一支温度表来说是固定的(α近似常量)，则液柱

长度改变量ΔL与温度的变化成正比，故可利用液柱位置的变化来测

定温度。

2.种类

1)普通温度表 普通温度表可用来测定任一时刻温度，通常由

感应球部、毛细管、刻度磁板、外套管组成(图1.3)，是一种套管温度

表，测定气温用的干球温度表及测定地面温度的地面温度表即属此类。

此外，有的普通温度表毛细管壁较厚，温度刻度直接刻在毛细管外壁

上，称为棒状温度表。

常用的测温液有水银和酒精两种。水银具有比热小、热导率大、不

透明等优点，可制作精度较高的水银温度表。但水银的凝固点太高，只

有-38.9℃，所以低温条件下只能用凝固点很低的酒精(-117.3℃)

作为测温液，而酒精纯度低、沸点低，且浸润玻璃，因此酒精温度表精

度低，仅用于低温度及精度较低的温度观测。

2)较高温度表 较高温度表用来测定一定时间间隔的较高温度。

(1)构造原理。球部内有一玻璃针，伸入毛细管，使球部和毛细管

之间形成一窄道(图1.4)。当温度升高时，球部水银体积膨胀，挤入毛细管，而温度下降

时，水银收缩由于窄道外的摩擦力超过了水银的内聚力，毛细管内水银在此中断，不能缩回

球部，温度表的较高示度就被保留下来。

图1.4 较高温度表球部构造图

(2)调整。较高温度表观测读数完后，必须用外力使毛细管内部水银回到球部，该过程

称为调整。调整的方法是用手握住表身，球部向下，磁板面与甩动方向平行；手臂向外伸出

约30°的角度，用大臂将表在前后45°范围内甩动，毛细管内水银即可下落球部，使示度接

近于当时的干球温度。调整后，应把温度表水平放回到原来的位置上，先放球部，后放表

身，以防水银柱因重力作用滑向表身。

3)低温度表 低温度表用来测定一定时间间隔的低温度。

(1)构造原理。测温液是酒精，毛细管内有一哑铃形游标(图1.5)，当温度下降时，

酒精柱便相应下降，由于酒精柱顶端表面张力作用，带动游标下降，当温度上升时，酒精膨

胀，酒精柱经过游标周围慢慢上升，而游标仍停在原来位置上，因此它能指示一定时间间隔

内曾出现的低温度。

图1.5 低温度表

(2)调整。抬高温度表的球部，表身倾斜，使游标回到酒精柱的顶端。

(3)注意事项。低温度表游标远离球部的一端表示低温度，而酒精柱表示空气温

度，观测低温度时，眼睛应平直地对准游标远离球部的一端，观测酒精柱顶时，对准凹面

中点(低点)位置。如图1.6所示，低温度的读数(即游标的示度)是-3.6℃，气温

(酒精柱)读数是5.3℃。

图1.6 低温度表读数示意图

4)曲管地温表 曲管地温表的构造和原理同普通温度表，只是表身下部伸长，长度

不一，且球部上端弯折，与表身呈135°夹角(图1.7A)，为了防止玻璃套管内空气的对流，

表身下部用石棉灰及棉花充填。整套曲管地温表包括深度为5cm、10cm、15cm、20cm的

4支温度表，常用于观测固定地点浅层各深度的地温。

此外，还有一种直角地温表，其球部附近的管子弯曲成90°角(图1.7B)，由于安装方

便，常用于地温流动观测。

5)直管地温表 直管地温表是测定较深层地中温度的仪器，它的构造(图1.8)是

将一支普通温度表装入嵌有金属底盖的特制塑料套管内，且在温度表球部周围填有很多铜

屑，使温度表具有必要的滞后性，以便从地中抽出时，短时间内读数保持不变。

6)插入式地温表 插入式地温表是将一支普通温度表固定在金属保护套内，套管下

端是锐利的金属尖，温度表球部用金属屑填充，使用时以尖端插入土中，5min后即可读

数，常用于野外流动测定。

图1.7 双金属片曲管地温表

图1.8 直管地温表

(二)双金属片温度计

温度计是自动记录气温连续变化的仪器，从自记记录上可以获得任何时间气温、极端值

(较高值和低值)及其出现时间。由于精度所限，其记录必须与百叶箱干球温度表同时测

得的气温比较，并进行差值订正，方可使用。

1.构造和原理 双金属片温度计的构造如图1.9所示，分为感应、传递放大和自记

三大部分。

图1.9 温度计

1)感应部分 感应部分是一个双金属片，它由两片热胀系数不同的金属片互相铆接

或焊接在一起组成。一般上片为膨胀系数大的黄铜，下片为膨胀系数小的因钢。当温度变化

时，由于黄铜和因钢的膨胀量不同而发生弯曲(图1.10)。双金属片一端固定在支架上，另