-.z.---考試資料小氣候綜合實習報告班級：：**：第五小組小組成員：2014年12月2日摘要本組選擇的下墊面為干裸地。通過一天對小氣候的觀察與測量，影響小氣候的因素主要有云量，溫度，濕度，風，周圍植被情況及建筑物情況。選擇了下墊面和周圍環境的不同測點進展了比照分析。太陽直接輻射根據太陽高度角、大氣質量數和大氣透明系數的變化而變化；散射輻射隨云量增多而增加；反射輻射取決于總輻射以及土壤濕度；反射率大小主要與下墊面的的顏色、濕度、粗糙程度及太陽高度角等因素有關。隨著深度增加，土溫日較差減小，位相也逐漸落后；不同高度氣溫一天中出現了一個最高值和一個最低值，最高值出現在午后兩點鐘左右，最低值出現在清晨日出前后；水氣壓與相對濕度在一天中變化皆較大且變化趨勢相反；從風的特性上講，越近地面風速越小，在風速和風向兩方面都有陣性，近地面層風速白天最大，早晚變小。關鍵詞：小氣候輻射濕度氣壓日變化比照前言1．1小氣候的相關知識因下墊面性質不同，或人類和生物的活動所造成的小范圍內的氣候。在一個地區的每一塊地方(如農田、溫室、倉庫、車間、庭院等)都要受到該地區氣候條件的影響，同時因下墊面性質不同、熱狀況各異，又有人的活動等，就會形成小范圍特有的氣候狀況，與大范圍氣候相比擬，小氣候有五大特點：⑴.范圍小，鉛直方向大概在100米以內，主要在2米以下，水平方向可以從幾毫米到幾十公里。⑵.差異大，無論鉛直方向或水平方向氣象要素的差異都很大，例如：在靠近地面的貼地層內，溫度在鉛直方向遞減率往往比上層大2～3個量級。⑶.變化快，在小氣候范圍內，溫度、濕度或風速隨時間的變化都比大氣候快，具有脈動性。⑷.日變化劇烈，越接近下墊面，溫度、濕度、風速的日變化越大，例如：夏日地表溫度日變化可達40℃，而2米高處只有10℃。⑸.小氣候規律較穩定。只要形成小氣候的下墊面物理性質不變，它的小氣候差異也就不變。因此，可從短期考察了解*種小氣候特點。1.2實習目的、意義⑴.通過小氣候特征觀測，了解小氣候觀測的原理、觀測儀器和安裝方法。⑵.掌握輻射、空氣溫度、濕度、土壤溫度、風等氣象要素垂直梯度觀測方法。⑶.學會整理小氣候觀測資料，分析小氣候要素形成的原因，提醒不同下墊面小氣候特征，了解不同下墊面產生的小氣候效應，以便進一步改善小氣候環境。⑷通過對單點太陽輻射、空氣溫度、濕度、土壤溫度、氣壓、風等氣象要素的觀測分析，了解這些氣象要素的日變化規律；同時通過與比照點間這些氣象要素的比照分析，了解不同下墊面的小氣候特征，掌握小氣候的研究方法。⑸發現不同下墊面氣溫的日變幅不同;不同綠地構造,不同植物種類產生的濕度效果也不同。【1】~【2】二、材料和方法2.1測點概況北京概況：北京位于北緯39°，東經116°。地處華北大平原的西北邊緣,山地與平原的過渡帶。海拔43.71m。東西寬約160km,南北長約176km,土地面積16410.54km2,平原面積約占38%,山地面積約占62%。北京屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,四季清楚,春季干旱多風,夏季炎熱多雨,秋季晴朗雨少,冬季寒冷枯燥。四季雨量分布很不均勻,年平均降雨量731.7mm,為華北地區降雨最多的地區之一，年平均氣溫13.1℃,全年無霜期180~200d。【3】測點概況測點位于北緯40°，東經116°19’，海拔40m，北京林業大學氣象站東側，西側有建筑物遮擋，太陽直接輻射不強烈，通風狀態較差，下墊面為少量植物覆蓋，測點周圍為水泥地圍繞，所以濕度較小，日出后溫度上升較快。土壤為棕壤，下層土壤較為濕潤。2.2觀測工程直接輻射、散射輻射、反射輻射、總輻射、反射率，20cm、1.5m空氣溫、濕度，1m風向、風速，0～20cm土壤溫度，0cm地面最高、最低溫度，氣壓。2.3觀測儀器及時間各個小氣候要素均為正點每小時觀測一次:利用天空輻射表和直接輻射表觀測太陽直接輻射、散射輻射、反射輻射、總輻射;利用通風干濕表觀測0.20m和1.5m高度處的氣溫和空氣濕度;利用三杯輕便風向風速表觀測1m高度的風向、風速;利用地面、地面最低、最高溫度表及曲管地溫表觀測地面和土壤溫度。2．4觀測程序〔08點～19點每小時正點觀測，共12次觀測〕56′通風干濕表上水、通風〔上發條3圈〕；觀測日光情況、云量；57′觀測地溫〔0、5、10、15、20cm〕?！沧ⅲ鹤罡邷囟认挛?5點觀測，最低溫度在氣象站早08點觀測一次即可〕；58′調整直接輻射表進光筒，使之對準太陽；調整天空輻射表遮光板，使之遮住太陽直接輻射；59′通風〔上發條1圈〕，觀測20cm干、濕球溫度，連讀3個讀數；讀1.5m干、濕球溫度，連讀3個讀數；第二次觀測20cm干、濕球溫度，連讀3個讀數；60′按直接輻射、散射輻射、反射輻射順序觀測輻射，各連讀3個讀數；01′松開輕便風速表羅盤套管，按下啟動桿，讀取風向及指示風速；03′第二次觀測地溫〔0、5、10、15、20cm〕；讀取氣壓和附屬溫度；04′處理數據，訂正、查算、填表。三結果與分析3.1太陽輻射的時間、空間變化圖1本測點水平面上直接輻射日變化太陽直接輻射主要與太陽高度角、大氣質量數和大氣透明系數有關。本組到達地面的直接輻射日變化如圖，從八點起，隨著太陽高度變大，直接輻射值也隨之增大，到11點到達最大值為265.237W/m，12時左右由于大氣透明度降低，直接輻射開場下降。12時后略有上升。然后隨著太陽高度角的減小，直接輻射持續下降，在15時時，輻射降為0。圖二本測點水平面上散射輻射日變化散射輻射的強弱和太陽高度角及大氣透明度有關，云對太陽輻射的散射也十分強烈。本組散射輻射日變化規律如圖。隨著太陽高度角增大，到達近地面層的直接輻射增強，散射輻射也就相應增大。由于正午時分云霧增多，使散射輻射的最大值提前，到11點到達最大值154.622W/m2，之后隨著云霧散去，散射輻射降低，太陽高度角的減小，至15點降為0。8時到9時散射輻射量增長快速，之后一直到11時增長速率開場減小，之后又開場增加直至最大時間14時。圖三本測點水平面上總輻射日變化總輻射的日變化與直接輻射的日變化根本一致，變化趨勢如圖，日出之后逐漸增加，由于中午云量突然增多，直接輻射變小，最大值提前，出現于11時，為441.859W/m2。午后逐漸減小，到15時時總輻射變為0。圖四本測點水平面上反射輻射日變化反射輻射與總輻射以及土壤濕度有關。變化趨勢如圖，整體上是先增加再減小。但在15時有大幅下降至17時，接著持續不變直到18時，19時降為0。全天8時至11時增加速率大，11時至13時增長平緩。14時有一個突然下降。根本13時之前處于上升階段狀態，在13時到達最大值為59.15W/m2。圖五直接輻射、散射輻射、總輻射日變化比照總輻射為直接輻射與散射輻射之和，比照變化如下圖。從圖中可看出，總輻射的日變化與直接輻射的日變化根本一致，日出之后逐漸增加，午后又減小，且由于正午時云量增多使最大值提前，出現于11時。從直接輻射與散射輻射的比照中可看出，由9時至13時，由于太陽高度角較大，直接輻射大于散射輻射；而在8時與14時后，由于太陽高度角較小與附近建筑物的遮擋，散射輻射大于直接輻射。圖六水泥地、濕、干裸地反射率日變化比照反射率大小主要與下墊面的的顏色、濕度、粗糙程度及太陽高度角等因素有關。當太陽高度角比擬低時，反射率都比擬大。隨著太陽高度角的增大，反射率減小。一日中太陽高度有規律的變化，使得反射率在中午前后較小，早、晚較大。三種不同的下墊面中，由于水泥地的顏色最淺，濕度最低，粗糙度最小，所以在三者中反射率最高。在濕裸地與干裸地的比照中，由于濕裸地濕度大，故總體上反射率較小。濕裸地中13時反射率的激增或屬于測量誤差。3.2地面和土壤溫度時間、空間變化圖七本測點0cm-20cm土溫(℃)日變化比照不同深度土壤溫度的日變化規律如圖。分析可知，在同一深度的土壤溫度變化中，一天中土溫的最大值出現于15或16時，雖然直接輻射最大值出現于正午，隨后太陽輻射逐漸減弱，但地面熱量仍有積累，地溫繼續上升，使最大值出現于15或16時。白天地表承受輻射后，傳入地下的熱量隨深度增加而減小，故深層土壤變化幅度較表層土壤小。且由于熱量向深層傳播需要時間，所以相位隨深度增加而落后，最大值出現的時間也相應落后。圖八本測點09時、13時、17時、19時0cm～20cm土溫隨深度變化曲線土壤溫度的垂直分布變化如下圖，分析可得，在九點時，土壤溫度的垂直分布屬于早上過渡型，日出后地面升溫，上層土溫變成日射型的分布，但下層仍保持輻射型，此時中間溫度最低。13時雖呈晚上過渡型變化，中間層溫度最高，是由于13是云霧較多，直接輻射減小，導致此時表層土壤溫度沒有明顯升高，假設無云霧干擾，此時土溫的變化分布應為日射型，即表層土壤溫度最高，隨深度增加依次減小。17與19時表現出晚上過渡型分布，地面因輻射冷卻溫度下降，土壤上層出現輻射型，下層仍保持著日射型，上層和下層土溫都比擬低，土溫最高值在中部。圖九濕、干裸地地面溫度日變化比照不同下墊面地表溫度變化如下圖。干、濕裸地的地溫皆在日出日落前后最低，干落地的地溫最大值出現于15時，濕裸地地溫最大值出現于13時。由于熱量向深層傳播需要時間，所以相位隨深度增加而落后，最大值出現的時間也相應落后。本組11時到14時土溫沒有發生變化，我認為應該是本組讀數有誤，因為水的比熱容大于土壤顆粒的比熱容，故干裸地升溫應比濕裸地快，而從實驗數據中并沒有表達這一點，所以或是讀數有錯誤導致的結果。氣溫、相對濕度時間、空間變化圖十本測點0.2m、1.5m比照氣溫日變化大氣主要依據吸收地面的長波輻射而增熱。由圖可以看出，0.2m高處的氣溫總體上高于1.5m處的溫度，原因為較靠近地表的大氣承受地表的散射輻射較多，故氣溫高于1.5m處。從一天中氣溫變化來看，氣溫最高值出現于14時至15時，最低氣溫出現于日出前后，這是因為正午以后，太陽輻射強度雖然開場減弱，但地面得到的熱量大于失去的熱量，地溫持續升高，長波輻射繼續增強，氣溫也隨著不斷升高。午后一定時間后，地溫由上升轉為下降，氣溫也逐漸下降。圖十一本測點0.2m、1.5m實際水汽壓〔e〕日變化水汽壓的大小主要取決于當地蒸發量。早晚時刻水氣壓與氣溫變化趨勢一樣，日出日落前后溫度低，蒸發量少，水氣壓也低。在正午時，地面溫度上升，蒸發加快，近地面20cm處水汽壓逐漸上升，最大值出現于14時；而在近地面1.5m處，隨著溫度的升高，水氣不斷向上輸送，高處水氣壓逐漸上升，于13點出現最大值。此后因水汽上傳作用大于地面蒸發作用，所以水氣壓反而減小。當上傳水汽大大減少，蒸發使水汽增大的作用又成為主要方面，水氣壓重新增大又在15時到達最高值。由于15點后溫度降低蒸發便慢，因此水氣壓又開場降低．圖十二本測點0.2m、1.5m相對濕度〔u)日變化由圖可知，相對濕度的總體變化趨勢為早晚較高，中午時分比擬低。原因為在水汽壓一定時，相對濕度的大小主要取決于溫度。溫度增高時，地表蒸發會加強使空氣中的實際水汽壓增大，但因飽和水汽壓為溫度的函數，隨溫度增加的更快，所以溫度升高時，相對濕度會減小。溫度降低時則相反，相對濕度增大。由于此處風速小，對流平緩。導致低空高于高空。圖十三水泥地、濕、干裸地20cm空氣溫度日變化比照由圖可看出，三者的變化趨勢一樣，皆為早晚溫度最低，最大值出現于14或15時。其中，水泥地的變化最明顯，濕裸地的變化最溫和。原因為濕裸地中含水量最大，水的比熱容遠大于土壤顆粒的比熱容，所以溫度變化較小。而水泥地較枯燥，故升溫快。圖十四水泥地、濕、干裸地20cm水汽壓e〔hp〕日變化比照如下圖，一天中水氣壓的變化規律為早晚較低，最大值出現于午后。比照可知，三種不同的下墊面中水汽壓較大的為濕裸地，因為濕裸地土壤中含水量最大，故當溫度升高時其蒸發量最大，所以水汽壓在三者中較大。水氣壓較低者為水泥地，因為其土壤含水量最低且顏色較淺，升溫不如干裸地迅速，所以水氣壓較低。圖十五水泥地、濕、干裸地20cm相對濕度u〔％〕日變化比照由圖可得，三種下墊面中濕裸地水氣壓值較高，變化趨勢與水泥地根本一樣，皆為早晚時大而中午減小，干裸地變化趨勢與其相反。相對濕度的日變化主要決定于氣溫，本組相對濕度較比照組高，氣溫增高時，雖然蒸發加快，使水氣壓增大一些，但因飽和水氣壓增大的更多，結果相對濕度反而減小。溫度降低時則相反，相對濕度增大。由于濕裸地地溫最低且變化不劇烈，故濕裸地的水汽壓值在三者中較大且變化平緩。3.4風速、氣壓時間變化圖十六本測點風速日變化由圖可知，一天中風速都比擬小，這與附近建筑物的分布有關有關，周圍樓層皆較為低矮，四周空曠，所以風速較小。且。北京屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,四季清楚,秋季晴朗雨少【1】。變化總體趨勢為白天風速增大，正午時到達最大，隨后風速減小，在17時時又有一個小頂峰。這是因為白天地面受熱，空氣逐漸變得不穩定，湍流得以開展，故風速變大。最大值出現于12時，因為此時云霧較多使溫度下降，氣壓升高，湍流增強，所以風速變化大。圖十七本測點本站氣壓〔P)日變化氣壓的上下決定于大氣柱的長短和大氣柱中的空氣密度。分體圖像可得，其他的變化與溫度的變化恰好相反，一天中的最大值出現于早晚，而最小值出現于午后14時。這是因為日出后，氣溫升高，空氣受熱膨脹，是大氣柱中的空氣密度變小，因此氣壓變??；午后隨著氣溫的降低，空氣密度變大，氣壓也因此變大。4、主要結論通過一天對小氣候的觀察與測量，影響小氣候的因素主要有云量，溫度，濕度，風，周圍植被情況及建筑物情況。選擇了下墊面和周圍環境的不同測點和我們組的數據進展了比照分析。發現了一下規律：太陽直接輻射根據天空云量和海拔高度的不同而不同，散射輻射隨云量增多而增加。反射輻射與總輻射以及土壤濕度有關，變化趨勢整體上是先增加再減小。隨著深度增加，土溫日較差減小，位相也逐漸落后，白天地表得熱后，熱量向下傳遞被層層阻截，因而土壤增熱隨深度的增加而減小。由于熱量向深層傳播需要時間所以位相隨深度的增加而落后。土壤溫度的垂直變化規律是日出后地面升溫，上層土溫變成日射型的分布，但下層仍保持輻射型，此時中間溫度最低，黃昏地面因輻射冷區溫度下降土壤上層出現輻射型，下層仍保持著日射型，土溫分布為上層和下層溫度低中間層溫度高。不同高度氣溫日變化規律：一天中出現了一個最高值和一個最低值，最高值出現在午后兩點鐘左右，最低值出現在清晨日出前后。水氣壓的變化趨勢與相對濕度相反，日出后地面溫度上升，蒸發加快水氣壓逐漸上升，當水汽上傳作用大于地面蒸發作用因而水氣壓反而減小。蒸發速率與飽和差成正比。氣壓在一天中有一個最高值和一個最低值，水平氣流輻射引起氣壓降低，水平氣流輻合引起氣壓升高，不同密度的氣團如果移到*地氣團密度比原來的大，氣壓就隨之升高，氣壓還與溫度有關，氣壓的變化是以上幾種情況的綜合結果。從溫度變化上講，由于一般的土溫日變化都比擬大，貼地空氣層受到這些活動的影響，氣溫的晝夜變化也很強，越近地面氣溫的日較差越大。從風的特性上講，越近地面風速越小，在風速和風向兩方面都有陣性。從其他文獻的資料來看，氣溫日變化規律根本一樣,其氣溫日變化曲線在白天呈單峰形,并且在下午14：00~16：00氣溫達最高值,之后逐漸降低。而本組實驗數據也是一樣情況。10月份的相對濕度的日變化則出現了兩個低谷,時間分別是下午16：0和凌晨4：00。通過這次實習初步掌握了觀測太陽輻射、地溫及干濕度的測量方法，對數據處理并畫圖，分析得出了該小氣候太陽輻射等各種量的變化規律。還通過比照分析了解了不同下墊面的小氣候特征參考文獻【1】城市不同綠地類型降溫增濕效應的研究[J]?？挡┪?王得祥,劉建軍等。西北林學院學報,2005,20(2):54-56?！?】城市庭院綠地的生態氣候效應初探[J]。徐宇,張一平。貴州氣象,2003,27(增刊):28~33【3】不同綠地類型對城市小氣候的影響馬秀梅,李吉躍【4】不同下墊面對校園小氣候的影響[J]。德永軍,聶琴,,王志剛等。內蒙古農業大學學報,2005,26(4):1-4。小氣候觀測數據匯總表〔2014年10月28日08：00~10月28日19：00〕工程8:009:0010:0011:0012：0013：0014：0015:00地溫(℃)0cm最低溫度最高溫度5cm10cm15cm20cm7.010.411.311.911.911.911.920.9-1.121.07.48.09.511.312.013.511.815.07.38.39.09.810.011.512.512.87.89.010.511.011.111.512.012.011.011.111.612.411.611.611.612.1溫、濕度20cmt干(℃)7.810.411.812.312.414.015.615.6t濕(℃)6.48.110.811.610.010.713.511.5e(hp)8.79.312.313.210.710.713.910.8u(%)82％73％89％93％67％67％78％68％td(℃)4.95.91011.27.97.911.918.1d1.93.41.50.15.25.23.95.1150cmt干(℃)8.69.410.810.511.313.614.615.8t濕(℃)7.08.810.710.010.012.811.113.6e(hp)8.910.99.811.912.914.210.914.1u(%)80％93％76％94％97％91％65％75％td(℃)5.48.36.79.610.812.28.212.1d2.20.83.10.80.41.45.95.3輻射通量(W?m-2)Sb22.057136.391184.017265.237152.164176.36086.0240Sd40.05761.688114.564154.622122.576130.587106.5530Sr20.03432.04650.47264.09229.64256.08056.0800St62.114198.079298.581419.859274.74306.947192.5770R地面反射率(%)32.25%16.18%16.90%15.27%10.79%18.27%29.12%P(大氣透明系數)0.820.800.710.720.640.690.330氣壓(mb)1019.41019.71019.71019.21015.21018.11017.91006.0風速(m/s)00.20.20.150.800.20.18風向無東偏南67.5°東偏南45°南偏西22.5°西偏南45°無東偏北45°西偏南45°云量11333346日光情況⊙2⊙2⊙1⊙1⊙1⊙1⊙1/