一、前言1、小氣候的一般概念小氣候是指在小范圍內(nèi)，由于下墊面構(gòu)造和特性不同，造成熱量和水分收支差異，形成了近地氣層和土壤上層局部地區(qū)的特殊氣候。1．1小氣候的觀測意義范圍小：氣象站點的臺站分布密度和觀測項目不能滿足要求；差別大：水平、鉛直梯度大，具有明顯的日變化和脈動；很穩(wěn)定：所研究范圍小氣候規(guī)律相對穩(wěn)定。1．2小氣候特征形成因素輻射因素：由于小范圍下墊面性質(zhì)和構(gòu)造不同而產(chǎn)生輻射收支差異形成的小氣候，稱為獨立小氣候。觀測獲得典型的小氣候資料；局地平流或者湍流：受性質(zhì)不同的鄰近地段移來的空氣影響形成的小氣候稱為非獨立小氣候。2、小氣候觀測的一般原則2.1測點選擇代表性比較性基本測點和輔助測點2.2觀測項目直接輻射、散射輻射、地面和植被的反射、照度；不同高度的空氣溫度和濕度；風向風速；云量、云狀；天氣現(xiàn)象等，以及植物發(fā)育期、株高等2.3觀測高度和深度：離地面近的地方觀測高度密一些植株層一般觀測20cm、150cm和2／3株高三個高度土壤溫度淺層常用0、5、10、15、20、30、40cm等7個深度2.4觀測時間不同天氣類型(晴天、陰天、多云)連續(xù)觀測3天表現(xiàn)出日變化及極值出現(xiàn)時間1次到4次的觀測時間與氣象臺站的觀測時間相同二、實習報告1、實習目的、意義和內(nèi)容1.1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。1.2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。1.3學會整理小氣候觀測資料，分析小氣候要素形成的原因，揭示不同下墊面小氣候特征，了解不同下墊面產(chǎn)生的小氣候效應(yīng)，以便進一步改善小氣候環(huán)境。2、實習區(qū)域概況與實習方法測點的概況及描述：觀測地點：北京林業(yè)大學氣象站內(nèi)，四周地形平坦，有樹木和低矮草叢，。周圍建筑物狀況：柏儒苑小區(qū)：多棟建筑，比較密集，樓高16層，距離實習測點百米左右。林大氣象站樓：一棟建筑，樓高2層，據(jù)測點5米左右。下墊面狀況：水泥地附近有零星灌木和喬木，樹種和草種未知。郁閉度很低，附近幾乎沒有草類。土壤狀況：水泥地表面沒有土壤覆蓋，干燥。2.2觀測項目直接輻射、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、總輻射通風干濕表觀測0.20m和1.5m高度處的氣溫和空氣濕度三杯輕便風向風速表觀測1m高度的風向、風速地面、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觀測方法觀測程序（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(fā)條3圈）；觀測日光情況、云量57′觀測地溫（0、5、10、15、20cm）。（注：最高溫度下午15點觀測，最低溫度在氣象站早08點觀測一次即可）58′調(diào)整直接輻射表進光筒，使之對準太陽；調(diào)整天空輻射表遮光板，使之遮住太陽直接輻射59′通風（上發(fā)條1圈），觀測20cm干、濕球溫度，連讀3個讀數(shù)；讀1.5m干、濕球溫度，連讀3個讀數(shù)；第二次觀測20cm干、濕球溫度，連讀3個讀數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)，訂正、查算、填表觀測資料記錄整理記錄：輻射觀測記錄表4張；小氣候?qū)嵙曈^測記錄表12張每組整理、查算后的小氣候要素表資料處理：記錄真實。如須剔除資料，需說明剔除資料數(shù)值、理由3、結(jié)果與分析3.1太陽輻射的時間、空間變化圖1本測點（水泥地）水平面上直接輻射Sb、散射輻射Sd、總輻射St、反射輻射Sr、反射率r日變化本測點（水泥地）的太陽輻射通量密度如圖1.1：從圖1.1可以看出：隨著時間的增加，從8：00到12：00直接輻射值在持續(xù)增大，且從低到高變化的幅度較大，12：00達到一天中的直接輻射通量密度最大值688.60W/m2。12：00之后直接輻射總體呈下降趨勢，17：00之后逐漸減小到0。太陽直接輻射的強弱和許多因子有關(guān)，其中最主要的是太陽高度角和大氣透明度。由于觀測時是晴天，而且天空無云，所以太陽直接輻射只與太陽高度角有關(guān)，從8：00到12：00太陽高度角一直在增加，所以出現(xiàn)8：00到12：00直接輻射一直增大的現(xiàn)象。13：00時出現(xiàn)了直接輻射暫時減小的現(xiàn)象是因為在接近13：00時有高大樹木遮擋住了陽光，導(dǎo)致13：00的直接輻射暫時減小。從圖1.1看，一天中的散射輻射的變化不是很劇烈，總體趨勢是先上升后下降，8：00到13：00散射輻射一直在增加，但增加幅度不是很大。14：00之后，散射輻射呈下降趨勢，但變化不是很明顯，16：00時略有回升。因為散射輻射的強弱與太陽高度角和大氣的透明度有關(guān)，而當時天氣無云，所以只與太陽高度角有關(guān)系。太陽高度角增大，到達近地面的直接輻射增強，散射輻射也就相應(yīng)的增強，所以8：00到13：00散射輻射一直在增加；相反，太陽高度角減小時，散射輻射也減弱，所以14：00到17：00散射輻射呈減小趨勢，17：00之后逐漸減小到0。反射輻射的變化趨勢與直接輻射變化類似，但變化幅度不大。投射到地面的太陽輻射，并非完全被地面所吸收，其中的部分被地面吸收一部分被地面反射。8：00到12：00反射輻射總體呈上升趨勢，12：00到17：00呈下降趨勢，17：00左右減為0。總輻射的變化趨勢也是先增加后減小，12：00時達到一天中的最大值。總輻射的變化與直接輻射與散射輻射有關(guān)，因為總輻射=直接輻射+散射輻射，所以總輻射的變化趨勢與直接輻射和散射輻射的變化趨勢基本相同。本測點（水泥地）水平面上反射率日變化如圖1.2：從圖中可以看出，反射率大體在30%--40%之間波動，變化沒有明顯規(guī)律。地表對太陽輻射的反射率，決定于地表面的性質(zhì)和狀態(tài)。本次實習中觀測地點一直為水泥地，所以反射率在一定范圍內(nèi)波動，無明顯變化。一般陸地表面對太陽輻射的反射率在10%--30%之間，但水泥地表面干燥，且顏色較淺，所以反射率相對偏大。圖2水泥地、濕、干裸地反射率對比水泥地、濕、干裸地反射率對比如圖2：從圖2中可以看出，水泥地、濕、干裸地的反射率都在波動，無明顯規(guī)律。相對而言，水泥地的反射率最大，干裸地的反射率大致大于濕裸地。地表對太陽輻射的反射率，決定于地表面的性質(zhì)和狀態(tài)。一般陸地表面對太陽輻射的反射率在10%--30%之間，其中，淺色土比深色土的反射能力大，平滑面比粗糙面反射能力大，而水泥地的顏色比濕、干裸地的顏色淺并且表面平滑，所以水泥地的反射率最大。潮濕土比干燥土反射能力小，所以干裸地的反射率比濕裸地大。3.2地面和土壤溫度時間、空間變化圖3本測點0cm～20cm土溫日變化圖本測點0cm～20cm土溫日變化圖如圖3：從圖3中可以看出，0-20cm土溫總體都呈先上升后下降的趨勢。從8：00到13：30，地表溫度一直在增加，在13：30時達到最大值36.5℃，之后一直減小。在晴朗的白天，地溫主要由地面吸收的太陽直接輻射和地面的長波輻射決定，13：00后，隨著太陽直接輻射的減弱，地面得到的熱量減少，地溫也隨之下降。5cm深度的土壤溫度最高值出現(xiàn)在14：30左右，10cm深度的土壤溫度最高值出現(xiàn)在16：00左右，15cm深度的最高溫度出現(xiàn)在17：30左右，20cm深度的最高溫度出現(xiàn)在19：00左右。我們可以總結(jié)出，表層土壤溫度日較差比較大，地溫振幅隨入地深度增加而減小，并且隨入地深度的增加，最熱出現(xiàn)的時間后延。因為地表與空氣直接接觸，所以地表溫度變化大，同時入地深度越大，溫度變化就越小。土溫日差隨深度增加而減少。這是因為表層土壤在接受太陽輻射后先升溫，并向下層導(dǎo)熱，土層越深熱量越晚到達。圖4本測點09時、13時、17時、19時0cm～20cm土溫隨深度變化曲線如圖4中可以看出，9：00時，土溫大致隨深度的增加而增加。地面長波輻射是大氣的直接熱源，夜晚大地向空氣輻射，使氣溫不會很低，所以越接近地表溫度越低，所以會出現(xiàn)土溫隨深度的增加而增加的現(xiàn)象。在13：00時，土溫隨深度的增加而減小。在晴朗的白天，地面吸收太陽的直接輻射，地溫上升，越接近地表，溫度上升越快。在17：00時，0-20cm深度的溫度幾乎相同。之后土壤的溫度繼續(xù)降低，地表的溫度降得更快。在19：00時，地表溫度偏低，其他深度的溫度相近。在17：00時0-20cm的溫度相近，在19時時，地表溫度降到比其他的低，而5-20cm的還近似相等。圖5濕、干裸地地面溫度日變化對比根據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析時間、空間變化及原因如圖5：干裸地的地面溫度在9：00之后大于濕裸地，且變化幅度也相對較大。干裸地在13:30達到最高溫36.6℃，濕裸地在13:30左右達到最高溫度。濕裸地含有大量的水分，水的比熱容較大，升溫慢，降溫慢，所以濕裸地在九：00之前的溫度要比干裸地高。3.3氣溫、相對濕度時間、空間變化圖6本測點0.2m、1.5m氣溫日變化如圖6：0.2m與1.5m處的氣溫幾乎相同，差別不大，變化無明顯規(guī)律。這是因為兩處高度相差并不是很大，所以氣溫的變化也無明顯差異。細小差別主要由大氣的平流、湍流造成的，另外也存在讀數(shù)的誤差。圖7本測點0.2m、1.5m實際水汽壓（e）相對濕度（u)日變化從圖7.1可以看出：0.2m和1.5m兩處的實際水汽壓變化規(guī)律都不明顯，二者都在8：00-9：00時上升，9：00-12：00時下降，12：00-13：00下降，13：00-14：00下降，14：00-15：00時上升，15：00-16：00時下降，16：00之后變化規(guī)律不同，0.2m處的實際水汽壓基本穩(wěn)定，而1.5m處的16：00-17：00上升，17：00之后下降。水汽壓的大小與蒸發(fā)的快慢有密切關(guān)系，而蒸發(fā)的快慢在水分供應(yīng)一定的條件下，主要受溫度控制。白天溫度高，蒸發(fā)快，進入大氣的水汽多，水汽壓就大；夜間出現(xiàn)相反的情況，基本上由溫度決定。每天有一個最高值出現(xiàn)在午后，一個最低值出現(xiàn)在清晨。由圖6可知在13-14時時氣溫達到最大值，此時的水汽壓也達到最大值。但由于當時有風存在，大氣的平流和湍流都比較強烈，以及樹影的遮擋，使實際的水汽壓變化規(guī)律并不是很明顯，另外也有可能存在操作誤差，讀書誤差等影響實驗的結(jié)果。從圖7.2中可以看出，0.2m和1.5m的相對濕度都是從8：00-12：00下降，12：00-13：00時上升，13：00-14：00時下降，14：00-15：00下降，15：00-16：00上升，16：00-17：00時上升，17：00之后下降。相對濕度的日變化主要取決于氣溫。氣溫增高時，雖然蒸發(fā)加快，水汽壓增大，但飽和水汽壓增大得更多，反而使相對濕度減小。溫度降低時則相反，相對濕度增大。因此，相對濕度的日變化與溫度日變化相反。圖8水泥地、濕、干裸地20cm、1.5m氣溫、空氣濕度日變化對比從圖8.1中可以看出，同一測點的0.2m和1.5m兩個高度的溫度幾乎相同，這是因為兩處高度相差不大，所以溫度差異并不明顯。而水泥地的氣溫比干、濕裸地的高，這是因為在直接輻射和散射輻射相差不大的情況下，水泥地的反射率更高，導(dǎo)致空氣接收到的熱量相對更多，所以氣溫比干、濕裸地的相對較高。相對濕度的日變化主要取決于氣溫。氣溫增高時，雖然蒸發(fā)加快，水汽壓增大，但飽和水汽壓增大得更多，反而使相對濕度減小。溫度降低時則相反，相對濕度增大。因此，相對濕度的日變化與溫度日變化相反。從圖8.1中可以看出，在0.2m的高度，相對濕度最大的是濕裸地，其次是干裸地，最小的是水泥地。1.5m高度，相對濕度最大的是水泥地，其次是濕裸地，最小的是干裸地。從圖8.3中可以看出，在0.2m的高度，實際水汽壓最大的是濕裸地，其次是水泥地，最小的是干裸地。1.5m高度，實際水汽壓最大的是水泥地，其次是濕裸地，最小的是干裸地。3.4風速、氣壓時間變化圖9本測點風速日變化從圖9中可以看出，8：00-12：00本測點的風速增大，12：00-14：00減小，14：00-15：00增大，15：00-18：00減小，18：00之后增大。風速幾乎沒有規(guī)律可尋，這主要與下墊面的空氣流動有關(guān)。由于氣壓的不斷變化，風速也無明顯規(guī)律。圖10本測點本站氣壓（P)日變化分析時間變化及原因從8：00-15：00本測點的氣壓值一直減小，16：00之后基本穩(wěn)定。氣壓變化決定于其上空氣柱中質(zhì)量的變化，空氣柱質(zhì)量的變化主要是由熱力和動力因子引起，在晴朗的白天，溫度越高，氣壓越低。氣溫在13：00-14：00左右時達到最大值，此時氣壓在減小。但由于動力因子的影響，此時氣壓并沒有達到最小值，而是繼續(xù)減小，到16：00后趨于穩(wěn)定。4、主要結(jié)論概括得出的主要結(jié)論：太陽輻射、土壤溫度、空氣溫度、空氣濕度各分量的時間、空間變化趨勢及原因太陽直接輻射的強弱和許多因子有關(guān)，其中最主要的是太陽高度角和大氣透明度。散射輻射的強弱與太陽高度角和大氣的透明度有關(guān)。反射輻射的變化趨勢與直接輻射變化類似。總輻射的變化與直接輻射與散射輻射有關(guān)，因為總輻射=直接輻射+散射輻射，所以總輻射