天氣現(xiàn)象觀測第1頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/272序言

本章學(xué)習(xí)有關(guān)天氣現(xiàn)象的觀測及有關(guān)儀器。天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中、地面上的一些物理現(xiàn)象，包括降水、凝結(jié)、視程障礙、雷電和其他現(xiàn)象等，這些現(xiàn)象都是在一定的天氣條件下產(chǎn)生的，其中的一些天氣現(xiàn)象對人們的生產(chǎn)、生活和交通運(yùn)輸具有重要影響，有些還會(huì)形成嚴(yán)重的自然災(zāi)害。對氣象部門，天氣現(xiàn)象必須按要求進(jìn)行觀測和記錄，對某些天氣現(xiàn)象所造成的災(zāi)害，還應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)查記載。隨著多年科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多數(shù)天氣現(xiàn)象可以通過儀器進(jìn)行觀測，本章主要介紹降水、蒸發(fā)、能見度及云的觀測與儀器測量原理和實(shí)現(xiàn)。第2頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2739.1降水(雨水)測量降水(precipitation)是指從云中降落或從空氣中沉降到達(dá)地面(地球表面)的固態(tài)或液態(tài)的水汽凝結(jié)物，包括雨(rain)、雪(snow)、雹(hail)、露(dew)、霜(rime)、霧淞(hoarfrost)、霧水(fogprecipitation)等。降水可分為固態(tài)降水和液態(tài)降水，它們最典型的代表分別是雨和雪，雨和雪是最主要的降水形式。據(jù)記載我國在宋朝已有用器具進(jìn)行雨量測量的記錄，在1424年前后已有全國統(tǒng)一的雨量器，這些雨量器被分發(fā)到全國各地的州府，在公元1442年改為銅制的統(tǒng)一雨量器，并由各地向國家上報(bào)雨情。第3頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2749.1降水(雨水)測量1、雨水測量：降水測量包括降水量和降水強(qiáng)度，降水量是指在一段時(shí)間內(nèi)，從空中降落到地面的降水總量。液態(tài)降水用降水所覆蓋的地球表面的深度來表示，降雪用覆蓋在水平面上雪的深度來表示，也可以用溶化后的水的深度來表示。根據(jù)世界氣象觀測方法指南的規(guī)定，降水量以毫米(mm)為單位(或kg/m2)，取一位小數(shù)。日降水量應(yīng)致少讀到0.2mm；最好讀到0.1mm。周或月降水量應(yīng)精確到1mm，日降水量的測量應(yīng)定時(shí)進(jìn)行。降水強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)的降水量，通常測定每5分鐘、10分鐘和1小時(shí)內(nèi)的降水量。降水根據(jù)強(qiáng)度大小可分為4類，小雨(0.1~2.5mm/h)、中雨(2.6~8.0mm/h)、大雨(8.1~15.9mm/h)和暴雨(>16mm/h)。第4頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/275測量降水的儀器主要有雨量器、虹吸式雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)、雙閥容柵式雨量計(jì)，此外還有光學(xué)雨量計(jì)。最早使用的是雨量器，是一種人工測量和讀數(shù)的最簡單雨量測量儀器，只能記錄某一時(shí)段內(nèi)的總降水量，而無法得知降雨隨時(shí)間的變化情況。虹吸式運(yùn)雨量計(jì)也是一種較早使用的雨量計(jì)，它可以測量降雨總量，降雨起訖時(shí)間，以及降雨隨時(shí)間的分布情況，從而可以換算成降雨強(qiáng)度。1953年，國內(nèi)開始生產(chǎn)傳統(tǒng)的虹吸式雨量計(jì)，在上世紀(jì)80年代以前，我國氣象臺站主要以虹吸式雨量計(jì)為主。第5頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2769.1降水(雨水)測量日降水量一般在0~100mm，但也能到數(shù)千mm。我國有記錄的最大降水量出現(xiàn)在臺灣，1967年10月17日，日降雨量達(dá)到1672毫米，世界最大降雨量出現(xiàn)在印度洋島嶼上，日降雨量達(dá)3240mm。我國大陸有記錄的日最大降水量出現(xiàn)在1967年，達(dá)到1062mm。我國將降雨從小雨到特大暴雨分為11個(gè)等級，日降水量從0.1mm到大于250mm以上。第6頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2779.1降水(雨水)測量2、雨量器雨量器是觀測降水量的儀器，它將自然降水接入一定的容器內(nèi)，然后換算成降水量。雨量器由雨量筒與量杯組成，如圖9.9-1所示。雨量筒用來承接降水物，它包括承水器、儲(chǔ)水瓶和外筒。不同國家承水器的形狀和大小有些差別，我國雨量器/計(jì)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，承雨器統(tǒng)一采用內(nèi)徑為200mm的正圓形承水器，誤差不超過0.6mm。承雨器口呈內(nèi)直外斜刀刃結(jié)構(gòu)，刃口銳角為400-450，保證外部雨水不會(huì)濺入筒內(nèi)，進(jìn)人承雨口的降雨也不應(yīng)濺出承雨口外,其形狀應(yīng)符合如圖9.9-1所示。承雨口材料應(yīng)堅(jiān)實(shí)，內(nèi)壁光滑，不得有砂眼、毛刺、碰傷、鍍層脫皮、滲漏等缺陷。承水器有兩種，一種是帶漏斗的承雨器，另一種不帶漏斗的承雪器。承雨器內(nèi)的漏半是活動(dòng)的，可以拿出，漏斗起到引水作用，重要的是可以防止雨量器中收集的降水發(fā)生蒸發(fā)。外筒內(nèi)放儲(chǔ)水瓶，以收集降水量，儲(chǔ)水瓶是一個(gè)有一定容量并方便倒水的玻璃瓶。量杯為一特制的有刻度的專用量杯，其口徑和刻度與雨量筒口徑成一定比例關(guān)系，量杯有100分度，每1分度相當(dāng)雨量器測得的降水量為0.1mm。若用其它量杯則需要經(jīng)過換算后得到實(shí)際的雨量。第7頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2789.1降水(雨水)測量第8頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2799.1降水(雨水)測量儲(chǔ)水瓶是有一定容量并有倒水咀的玻璃瓶雨量杯為特制的玻璃杯，杯上的刻度一般從0.05mm到10.5mm，每一小格代表0.1mm降水量，每一大格為1.0mm降水量，量杯的刻度大小直接表示了降水量，不必要再進(jìn)行換算第9頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2710第10頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2711第11頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2712雨量器觀測時(shí)的注意事項(xiàng)

a.雨量器安置在觀測場內(nèi)固定架子上，器口要保持水平，口沿離地面高度為70cm，儀器四周不受障礙物影響，以保證準(zhǔn)確收集降水。

b.在冬季積雪較深地區(qū)，應(yīng)在其附近裝一備份架子。

c.當(dāng)雨量器安在此架子上時(shí)，口沿距地面高度為1.0－1.2m，在雪深超過30mm時(shí)，就應(yīng)該把儀器移至備份架子上進(jìn)行觀測。

d.冬季降雪時(shí)，須將漏斗從承水器內(nèi)取下，并同時(shí)取出儲(chǔ)水瓶，直接用外筒接納降水。第12頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27133、虹吸式雨量計(jì)虹吸式雨量計(jì)(Siphonrainfallrecorder

)利用虹吸原理，當(dāng)水位達(dá)到一定量時(shí)會(huì)自動(dòng)排出，同時(shí)可以自動(dòng)記錄雨量隨時(shí)間的變化。虹吸式雨量計(jì)是較早出現(xiàn)的雨量儀器，能夠記錄液體降水量和降水強(qiáng)度的雨量儀器，可以自動(dòng)完成記錄。

第13頁/共68頁9.1降水(雨水)測量3、虹吸式雨量計(jì)目前使用的虹吸式雨量計(jì)，記錄紙分度范圍為0.1mm～10mm，記錄誤差為±0.05mm，降水強(qiáng)度記錄范圍為0.01mm/min～4mm/min，承水口內(nèi)徑200mm，自記紙上雨量最小分度0.1mm，全程記錄時(shí)間26h。時(shí)間最小分度10min。虹吸式雨量計(jì)不需要電源，但需要人工定時(shí)更換自記紙和人工給鐘筒上弦，類似于機(jī)械式鐘表，但是，由于原理上限制，不易將降雨量轉(zhuǎn)換成可供處理的電信號輸出，因而不能遠(yuǎn)距離傳輸，也不能進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理，這是虹吸式雨量計(jì)的局限性。第14頁/共68頁9.1降水(雨水)測量3、虹吸式雨量計(jì)第15頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27164、翻斗式雨量計(jì)

翻斗式雨量計(jì)(Tippingbucketraingaug)的原理是利用一個(gè)翻斗式機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)秤重機(jī)構(gòu)。翻斗是用塑料或金屬加工成的兩個(gè)三角斗室(也有其它形狀),中間被隔板分開，兩邊容積相等，放在一個(gè)水平軸上，構(gòu)成一個(gè)機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，如圖9.9-4給出了其結(jié)構(gòu)示意圖，其中A、B是兩個(gè)分開的等容積三角斗室，D是水平支承軸，C是漏斗的導(dǎo)水管。不同的雨量計(jì)，斗室A、B的容積不同，容積大時(shí)雨量計(jì)的分辯率力較小，相反則較大。我國雨量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，翻斗式雨量計(jì)斗室容積有4種，分別相當(dāng)于降水量0.1mm、0.2mm、0.5mm和1mm。第16頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27174、翻斗式雨量計(jì)1)、單翻斗式雨量計(jì)第17頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/2718第18頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27194、翻斗式雨量計(jì)雙翻斗雨量計(jì)雙翻斗雨量計(jì)是對單翻斗雨量計(jì)的改進(jìn)，由于單翻斗雨量計(jì)在翻斗翻倒的過程中雨水繼續(xù)注入該翻斗，同時(shí)正常降水時(shí)，雨量差別較大，這樣就會(huì)帶來誤差，因此產(chǎn)生了雙翻斗雨量計(jì)。采用多個(gè)翻斗可以將強(qiáng)度不同的自然降水?dāng)嗬m(xù)而均勻地注入到計(jì)量翻斗。第19頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27204、翻斗式雨量計(jì)雙翻斗雨量計(jì)雙翻斗雨量計(jì)是對單翻斗雨量計(jì)的改進(jìn)，由于單翻斗雨量計(jì)在翻斗翻倒的過程中雨水繼續(xù)注入該翻斗，同時(shí)正常降水時(shí)，雨量差別較大，這樣就會(huì)帶來誤差，因此產(chǎn)生了雙翻斗雨量計(jì)。采用多個(gè)翻斗可以將強(qiáng)度不同的自然降水?dāng)嗬m(xù)而均勻地注入到計(jì)量翻斗。第20頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27214、翻斗式雨量計(jì)翻斗式雨量量計(jì)的誤差理想情況下翻斗翻動(dòng)應(yīng)該很靈活，實(shí)際上由于軸承的摩擦力，如果加上斗上的沾水或泥沙影響都會(huì)造成雨量測量的誤差。大雨時(shí)，由于翻斗的慣性來不及翻轉(zhuǎn)，造成雨量的流失，使得測定的雨量有較大誤差甚至記錄失真。翻斗雨量傳感器測量的是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，當(dāng)翻斗稱量已達(dá)到預(yù)定質(zhì)量時(shí)，雨水仍不停地注入翻斗，其增加量隨著降雨強(qiáng)度的加大也隨著增加，這是翻斗式雨量計(jì)存在的問題，一般情況下，大雨時(shí)翻斗式雨量量計(jì)測量的雨量會(huì)偏小。此外一次降雨達(dá)不到翻斗的翻轉(zhuǎn)量，則此無法記錄，并且當(dāng)前一次降雨最后達(dá)不到翻斗的翻轉(zhuǎn)量而殘存在斗內(nèi)，也會(huì)影響下次降水的測量，一般翻斗式雨量對小雨測量結(jié)果會(huì)偏小。對于高分辨率的翻斗(如0.1mm)，翻轉(zhuǎn)一次誤差雖較小，對于一次降小過程因翻轉(zhuǎn)次數(shù)增多，使得累積起來誤差則相當(dāng)大。因此在雨量較大時(shí)，若采用分辨率較低的翻斗(如0.5mm或1mm)，相對翻轉(zhuǎn)次數(shù)較少，使得累積起來的雨量誤差較小。因此低分辨率的翻斗對于降水較強(qiáng)時(shí)，較為適用。第21頁/共68頁9.1降水(雨水)測量2023/3/27225、雙閥容柵式雨量計(jì)雙閥容柵式雨量計(jì)由承水器、儲(chǔ)水室、容柵、進(jìn)水電磁閥門、排水電磁閥門和信號處理電路構(gòu)成，如圖所示

第22頁/共68頁9.1降水(雨水)測量236、光學(xué)雨量計(jì)光學(xué)雨量計(jì)的原理是，當(dāng)雨滴或其它顆粒物(沉降物)降落過程中穿過光束時(shí)，由于它們的阻擋，會(huì)引起光的閃爍，接收到的信號會(huì)產(chǎn)生變化，亮度變化過程反映了沉降物的大小，根據(jù)信號的持續(xù)時(shí)間可以推導(dǎo)出下降速度，并可以分辨出雨的強(qiáng)度、雪或雨夾雪等。有些光學(xué)雨量計(jì)可以測出粒徑分布、降水量、能見度、降水類型等綜合參數(shù)。不同的光學(xué)雨量計(jì)結(jié)構(gòu)不同，有些稱為雨滴譜儀，如圖是一種光學(xué)雨量計(jì)的結(jié)構(gòu)，它是由一個(gè)光源、透鏡、接收器、處理電路等組成的，光源是一個(gè)紅外發(fā)光管，工作波長為880nm，前端裝有一個(gè)聚光透鏡，使出射的光成為一個(gè)具有很小發(fā)散角的線光源，為了避免自然光干擾，采用50Hz的方波調(diào)制。光通過一個(gè)降雨區(qū)后經(jīng)一會(huì)聚透鏡，然后通過一水平狹縫后入射到光敏二極管上檢測。檢測部分包括整流單元、自動(dòng)增益放大器AGC、信號處理電路以及輸出接口。輸出信號的強(qiáng)度與降雨有一定關(guān)系，需要通過實(shí)驗(yàn)確定。第23頁/共68頁9.2降雪測量24雪也是降水的一種，大氣里以固態(tài)形式落到地球表面上的降水，稱為固態(tài)降水。雪是大氣固態(tài)降水中的一種主要形式。冬季，我國許多地區(qū)的降水，是以雪的形式出現(xiàn)。對雪的觀測主要包括雪深和雪壓。由于降落到地面上的雪花的大小、形狀、以及積雪的疏密程度不同，因此雪深和雪壓并不能真正代表實(shí)際的降水多少，因此真正的降水量是以雪溶化后的水的深度來表示，稱為雪降水量。雪深和雪壓雖然不能真實(shí)的反映實(shí)際降水量的大小，但在一定程度上也反映了降雪的大小，特別是雪深，對人們的生活、生產(chǎn)、交通、作物的生長等都有很大影響，因此也是農(nóng)業(yè)、氣象、水文上觀測的重要?dú)庀笾笜?biāo)。一般將降雪分為小雪、中雪、大雪或暴雪。小雪是指12小時(shí)內(nèi)雪降水量小于1.0mm或24小時(shí)雪降水量小于2.5mm的降雪過程。中雪指12小時(shí)內(nèi)雪降水量為1.0～3.0mm或24小時(shí)為2.5～5.0mm的降雪過程，相當(dāng)于降雪深度在3cm左右。大雪指12小時(shí)內(nèi)雪降水量為3.0～6.0mm或24小時(shí)內(nèi)降雪量5.0～10.0mm的降雪過程，相當(dāng)降雪深度為5cm左右。暴雪指12小時(shí)內(nèi)雪降水量大于6.0mm或24小時(shí)內(nèi)降雪量大于10.0mm的降雪過程，相當(dāng)于降雪深度在8cm左右。降雪測量第24頁/共68頁9.2降雪測量25雪深是從積雪表面到地面的垂直深度，以厘米(cm)為單位，取整數(shù)；雪壓是單位面積上的積雪重量，以克/平方厘米(g／cm2)為單位，取l位小數(shù)。當(dāng)氣象站四周視野地面被雪(包括米雪、霰、冰粒)覆蓋超過一半時(shí)要觀測雪深；在規(guī)定的日期當(dāng)雪深達(dá)到或超過5cm時(shí)要觀測雪壓。測定雪深用量雪尺或普通米尺；測定雪壓用體積量雪器或稱雪器。雪深、雪壓的觀測地段，應(yīng)選擇在觀測場附近乎坦、開闊的地方。入冬前，應(yīng)將選定的地段平整好．清除雜草，并做上標(biāo)志。氣象站一般用量雪尺(或普通米尺)來測量雪深。量雪尺是一木制的有厘米刻度的直尺。符合觀測雪深的日子，在規(guī)定時(shí)間和選定的觀測地點(diǎn)，將量雪尺垂直地插入雪中到地表為止(勿插入土中)，依據(jù)雪面所遮掩尺上的刻度線，讀取雪深的厘米整數(shù)，小數(shù)四合五入。使用普通米尺時(shí)，每次觀測須作3次測量，并求其平均值。3次測量的地點(diǎn)，彼此相距應(yīng)在10m以上，并做出標(biāo)記，以免下次在原地重復(fù)測量。2、雪深和雪壓的人工觀測第25頁/共68頁9.2降雪測量263、雪深和雪壓的儀器測量雪深的儀器測量目前雪深的儀器測量，主要是利用超聲波測距的原理實(shí)現(xiàn)的。測量超聲波在不同界面上的反射時(shí)間差來測量雪的深度。由于超聲波的傳播速度受溫度影響較大，因此測量時(shí)需要對聲速進(jìn)行溫度修正。如圖9.9-109是一種超聲波測雪儀及原理圖。另外一種超聲波測雪深的方法是將超聲波收發(fā)裝置放于雪的下面.第26頁/共68頁9.2降雪測量27降水量大小分布，我國由東南向西北逐次降低,降水量等值線基本呈東北-西南走向。長江以南的大部分地區(qū)年降水量在800mm以上,西北大部、西藏西部和內(nèi)蒙基本在400mm以下,東北大部、華北和黃淮地區(qū)基本在400~800mm之間。第27頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/2728蒸發(fā)量定義:蒸發(fā)量（evaporation），水由液態(tài)或固態(tài)轉(zhuǎn)變成汽態(tài)，逸入大氣中的過程稱為蒸發(fā)。而蒸發(fā)量是指在一定時(shí)段內(nèi)，水分經(jīng)蒸發(fā)而散布到空中的量。通常用蒸發(fā)掉的水層厚度的毫米數(shù)表示，水面或土壤的水分蒸發(fā)量，分別用不同的蒸發(fā)器測定。氣象學(xué)上的蒸發(fā)主要指液態(tài)或固態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗倪^程。氣象站測定的蒸發(fā)量是水面(含結(jié)冰時(shí))蒸發(fā)量，它是指—定口徑的蒸發(fā)器中，在一定時(shí)間間隔內(nèi)因蒸發(fā)而失去的水層深度，以毫米(mm)為單位，取l位小數(shù)。用這種方式觀測的蒸發(fā)量通常稱為蒸發(fā)皿蒸發(fā)量。蒸發(fā)器主要是一個(gè)開口面積一定的承水容器和測量水面高度的測量裝置，也有通過測量水的重量來換算出水面高度變化。蒸發(fā)器主要有小型蒸發(fā)器(蒸以皿)、E-601B型蒸發(fā)器、超聲波蒸發(fā)器、稱重式蒸發(fā)器、自動(dòng)探針式蒸發(fā)器等，實(shí)際上超聲波、稱重、自動(dòng)探針等都是測量水位變化的一種工具，可用于小型蒸發(fā)器和E-601B型蒸發(fā)器上。我國在80所代以前主要使用的是一種小型蒸發(fā)器，上世紀(jì)80年后陸續(xù)使用直徑為61.8cm的E-601B型蒸發(fā)器，其圓型水面面積為3000cm2，但小型蒸發(fā)器還有大量使用。1、蒸發(fā)量測量第28頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/2729

測定蒸發(fā)量的主要儀器（1）小型蒸發(fā)器（2）E-601型蒸發(fā)器（3）超聲波蒸發(fā)傳感器第29頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27302、小型蒸發(fā)量器小型蒸發(fā)器(蒸以皿)

小型蒸發(fā)器為口徑20cm，高約10cm的金屬圓盆，口緣鑲有角度為40-45度的內(nèi)直外斜的刀刃形銅圈，器旁有一倒水小咀到底面高度距離為6.8cm，俯角10-15度。為防止鳥獸飲水，器口附有一個(gè)上端向外張開成喇叭狀的金屬絲網(wǎng)圈,如圖所示。小型蒸發(fā)器安裝在一豎直圓柱上，蒸發(fā)器口緣保持水平，距地面高度為70cm。第30頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27312、小型蒸發(fā)量器第31頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/2732

一般情況下蒸發(fā)器安裝在口緣距地面70cm高處，每天20時(shí)進(jìn)行觀測，測量前一天20時(shí)注入的20mm清水（即今日原量）經(jīng)24小時(shí)蒸發(fā)剩余的水量，蒸發(fā)量計(jì)算公式如下：蒸發(fā)量＝原量＋降水量－余量

蒸發(fā)器內(nèi)的水量全部蒸發(fā)完時(shí)，記為﹥20.0，此種情況應(yīng)避免發(fā)生，平時(shí)要注意蒸發(fā)情況，增加原量。結(jié)冰時(shí)用稱量法測量，其它季節(jié)用杯量法或稱量法均可。有降水時(shí)，應(yīng)取下金屬絲網(wǎng)圈；有強(qiáng)烈降水時(shí)，應(yīng)隨時(shí)注意從器內(nèi)取出一定的水量，以防止溢出。第32頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27333、E-601B型蒸發(fā)器E-601B型蒸發(fā)器由蒸發(fā)桶、水圈、溢流桶和測針等組成（見圖1）。蒸發(fā)桶是由白色玻璃鋼制作，器口面積為3000cm2，有圓錐底的圓柱形桶，器口正圓，口緣為內(nèi)直外斜的刀刃形。器口向下6.5cm器壁上設(shè)置測針座，座上裝有水面指示針，用以指示蒸發(fā)桶中水面高度。在桶壁上開有溢流孔，孔的外側(cè)裝有溢流嘴，用膠管與溢流桶相連通，以承接因降水較大時(shí)從蒸發(fā)桶內(nèi)溢出的水量。水圈是安裝在蒸發(fā)桶外圍的環(huán)套，材料也是玻璃鋼。用以減少太陽輻射及濺水對蒸發(fā)的影響。它由四個(gè)相同的弧形水槽組成。內(nèi)外壁高度分別為13.7cm和15.0cm。每個(gè)水槽的壁上開有排水孔。為防止水槽變形，在內(nèi)外壁之間的上緣設(shè)有撐檔。水圈內(nèi)的水面應(yīng)與蒸發(fā)桶內(nèi)的水面接近。溢流桶是承接因降水較大時(shí)而由蒸發(fā)桶溢出的水量的圓柱形盛水器，可用鍍鋅鐵皮或其它不吸水的材料組成。桶的橫截面以300cm2為宜，溢流桶應(yīng)放置在帶蓋的套箱內(nèi)。第33頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27343、E-601B型蒸發(fā)器測針是專用于測量蒸發(fā)器內(nèi)水面高度的部件，應(yīng)用螺旋測微器的原理制成。讀數(shù)精確到0.1mm。測針插桿的桿徑與蒸發(fā)器上測針座插孔孔徑相吻合。測量時(shí)使針尖上下移動(dòng)，對準(zhǔn)水面。測針針尖外圍還設(shè)有靜水器，上下調(diào)節(jié)靜水器位置，使底部沒入水中。E-601B型蒸發(fā)器需要埋設(shè)安裝，安裝時(shí)力求少挖動(dòng)原土，蒸發(fā)桶放入坑內(nèi)，必須使器口離地30cm，并保持水平。桶外壁與坑壁間的空隙，應(yīng)用原土填回?fù)v實(shí)。水圈與蒸發(fā)桶必須密合。水圈與地面之間，應(yīng)取與坑中土壤相接近的土料填筑土圈，其高度應(yīng)低于蒸發(fā)桶口緣約7.5cm。在土圈外圍，還應(yīng)有防塌設(shè)施，可用預(yù)制弧形混凝土塊拼成，或水泥砌成外圍。第34頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27353、E-601B型蒸發(fā)器第35頁/共68頁

E-601型蒸發(fā)器主要由蒸發(fā)桶、水圈、溢水桶和測針?biāo)牟糠纸M成。工作環(huán)境溫度要求是0－±50℃。（2）E-601型蒸發(fā)器第36頁/共68頁（2）E-601型蒸發(fā)器第37頁/共68頁第38頁/共68頁（2）E-601型蒸發(fā)器

蒸發(fā)桶是一個(gè)器口面積為3000平方厘米、有圓錐底的圓柱形桶，器口要求正圓，口緣為內(nèi)直外斜的刀刃形。桶底中心裝有一根直管，在直管的中部有三根支撐與桶壁連接，以固定直管的位置并使之垂直。直管的上端裝有測針座，座上裝有器內(nèi)水面批示針，用以指示針，用以指示蒸發(fā)桶中水面高度。在桶壁上開有溢流孔，孔的外側(cè)裝有溢流嘴，用膠管與溢流桶相連通，以承接因降水從蒸發(fā)桶內(nèi)溢出的水量。桶身的外露部分和桶內(nèi)側(cè)涂上白漆，以減少太陽輻射的影響。

水圈是裝置在蒸發(fā)桶外圍的環(huán)套，用以減少太陽輻射及濺水對蒸發(fā)的影響。它由四個(gè)相同的、其周邊稍小于四分之一的圓周的弧形水槽組成。水槽用較厚的白鐵皮制成，寬20厘米，內(nèi)外壁高度分別為13.7厘米和15.0厘米。每個(gè)水槽的外壁上開有排水孔，孔口下緣離水槽均應(yīng)按蒸發(fā)桶的同樣要求涂上白漆。水圈內(nèi)的水面應(yīng)與蒸發(fā)桶內(nèi)的水面接近。第39頁/共68頁溢水桶用金屬或其它不吸水的材料制成。它用來承接因暴雨從蒸發(fā)桶溢出的水量。用量尺直接觀測桶內(nèi)水深的溢流桶，應(yīng)做成口面積為300平方厘米的圓柱桶；不用量尺觀測的，所用的溢流桶的形式不拘，其大小以能容得下溢出的水量為原則。放置溢流桶內(nèi)的箱要求耐久、干燥和有蓋。須注意防止降落在膠管上的雨水順著膠管流入溢流桶內(nèi)。不出現(xiàn)暴雨的地方，可以不設(shè)置溢流桶。

測針用于測量蒸發(fā)器內(nèi)水面高度。使用時(shí)將測針的插桿插在蒸發(fā)桶中的測針座上，插桿下部的圓盤與座口相接。測什所對方向，全站應(yīng)統(tǒng)一。插桿上面用金屬支架把測桿平等地固定地插桿旁側(cè)。測桿上附有游標(biāo)尺，可使讀數(shù)精確到0.1毫米。測桿下端有一針尖，用磨擦輪升降測桿，可使什尖上下移動(dòng)，對準(zhǔn)水面。針尖的外圍水面上套一杯形靜水器，器底有孔，使水內(nèi)外相通。靜水器用固定螺絲與插桿相連，可以上下調(diào)整其位置，恰使靜水器底沒入水中。第40頁/共68頁（2）E-601型蒸發(fā)器的測針第41頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27424、超聲波蒸發(fā)傳感器超聲波蒸發(fā)傳感器是在小型蒸發(fā)器或E-601B型蒸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加超聲波傳感器來測量水位變化，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量和遙測。一種小型超聲波蒸發(fā)器是由超聲波測距儀和不銹鋼圓筒組成，如圖是一種超聲波蒸發(fā)傳感器。超聲波探頭放置在水中，向上發(fā)射超聲波脈沖，根據(jù)超聲波測距原理，發(fā)射的聲波遇到水面后被反射，測量出聲波的往返時(shí)間t，則探頭到水面的距離為其中c為水中的聲速。由于聲速與溫度有關(guān)，因此需要同時(shí)設(shè)計(jì)溫度測量電路，通過測溫對聲速進(jìn)行校正。其測量范圍為0~100mm，分辨率為0.1mm，測量精度為為1.5%，使用溫度為0~50oC。第42頁/共68頁超聲蒸發(fā)傳感器超聲蒸發(fā)傳感器由超聲波傳感器和不銹鋼圓筒組成。根據(jù)超聲波測距原理，選用高精度超聲波探頭，對E601B型蒸發(fā)器內(nèi)水面高度變化進(jìn)行檢測，Ct/2，C水中聲速、t超聲波脈沖往返于水面高度H經(jīng)歷的時(shí)間，轉(zhuǎn)換成電信號輸出。并配置溫度校正部分，以保證在使用溫度范圍內(nèi)的測量精度。它的測量范圍為0-100mm，分辨率0.1mm，測量準(zhǔn)確度±1.5%，在氣溫0～+50℃范圍使用。第43頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27444、超聲波蒸發(fā)傳感器測量范圍:0~100mm

分辨率:0.1mm

精度:±1.5%（0~+50℃）

供電:0~15VDC

耗電:10V，<200mA15V,<100mA

輸入阻抗:<500Ω

最高水位輸出:4mA，0V

最低水位輸出:20mA，5V，10V

第44頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/27454、稱重式蒸發(fā)器稱重式蒸發(fā)器的原理是，在原有小型蒸發(fā)器的下面安裝高精度的電子稱重傳感器，測量蒸發(fā)皿內(nèi)液體重量的變化，再換算成液面高度。可以在結(jié)冰情況下使用，因此可用于觀測全年的蒸發(fā)量。如圖是一種稱重式蒸發(fā)器，精度為±1％，測量范圍為0～100mm，工作溫度為－40℃～＋60℃。第45頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/2746蒸發(fā)皿蒸發(fā)量:不同地區(qū)蒸發(fā)量差別較大。第46頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/2747蒸發(fā)皿蒸發(fā)量:不同地區(qū)蒸發(fā)量差別較大。淮河流域年蒸發(fā)量最大值接近1300mm左右,最小值在750mm左右。蒸發(fā)量極端最大值出現(xiàn)在1966年,約為1276mm;極端最小值出現(xiàn)在2003年,僅為778mm,極端最大最小值相差約500mm。第47頁/共68頁9.3

蒸發(fā)量測量2023/3/2748蒸發(fā)皿蒸發(fā)量:不同地區(qū)蒸發(fā)量差別較大。1960-2009年新疆渭干河流域蒸發(fā)皿蒸發(fā)量第48頁/共68頁氣象應(yīng)用

農(nóng)諺說：“清明要明，谷雨要雨”。這說明適時(shí)適量的降水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能提供有利的條件，是人類生存發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)得以維系的淡水資源供應(yīng)源。而反常降水則會(huì)帶來災(zāi)害。我國大部分地區(qū)降水都集中在下半年，而這時(shí)正是農(nóng)作物的生長季節(jié)，大型降水的多少能造成大面積的澇旱。尤其是時(shí)間長、面積大的暴雨，還能引起洪水泛濫，不僅對生產(chǎn)建設(shè)造成極大的危害，而且對人民的生命財(cái)產(chǎn)也帶來巨大的威脅。因此，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、水利建設(shè)、防澇抗旱等都需要及時(shí)準(zhǔn)確的降水觀測資料。降水在軍事上也有很重要的影響，比如降水對艦艇艙面人員的健康力和戰(zhàn)斗力影響較大，對武器裝備也會(huì)產(chǎn)生一定的不良影響；降雪會(huì)迅速改變海岸目標(biāo)的偽裝條件，使艦艇目力通信和利用天體及沿岸目標(biāo)定位的工作受到限制。蒸發(fā)在地球的水表面、土壤以及雪和冰表面不停的發(fā)生，植被也總是以最大速度蒸騰水汽。蒸發(fā)也是地氣間水分循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一，它不僅以水汽的形式進(jìn)入大氣，而且還在地面與大氣間傳遞熱量，蒸發(fā)對農(nóng)業(yè)、氣象和水文氣象研究都具有重要意義。第49頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27501、概述能見度(visibility)是一個(gè)重要的氣象觀測要素，能見度值的測報(bào)不僅用于氣象部門的天氣分析，更廣泛用于航空、航海、高速公路等交通運(yùn)輸部門、軍事以及環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，準(zhǔn)確及時(shí)地測量能見度具有重要意義。能見度就是能夠看到周圍物體的遠(yuǎn)近程度，通常用最大可見距離來表示，也就是指觀測目標(biāo)物體時(shí)，能從背景中分辨出目標(biāo)物的最大距離，能見度反映了大氣透明的程度。能見度的測量是比較復(fù)雜的，因?yàn)橛绊懩芤姸鹊囊蜃佑泻芏?，對于正常人的眼睛而言，則有目標(biāo)物的光學(xué)特性，背景的光學(xué)特性，自然界的照明和大氣透明度等。氣象上的能見度是這樣定義的，標(biāo)準(zhǔn)視力的眼睛，觀察水平方向以天空為背景的黑體目標(biāo)物(視角在0.55°)時(shí),能從背景上分辨出目標(biāo)物輪廓的最大水平距離稱為氣象能見距離，用Rm來表示。上述定義的能見度，需要用目測確定，顯然會(huì)受到許多主觀和物理因素的影響,為了客觀地定義不以人的視覺而變化的大氣光學(xué)特性，引入氣象光學(xué)視程(MOR，meteorologicalopticalrange)這一概念，氣象光學(xué)視程是指自熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量，在大氣中削弱至初始值的5％所通過的路徑長度，用MOR表示。第50頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27511、概述能見度分白天能見度和夜間能見度。白天能見度是指視力正常的人，在當(dāng)時(shí)天氣條件下，能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物(黑色、大小適度)的最大水平距離，實(shí)際上也是氣象光學(xué)視程。夜間能見度是指：(1)假定總體照明增加到正常白天水平，適當(dāng)大小的黑色目標(biāo)物能被看到和辨認(rèn)出的最大水平距離。(2)中等強(qiáng)度的發(fā)光體能被看到和識別的最大水平距離。所謂“能見”，在白天是指能看到和辨認(rèn)出目標(biāo)物的輪廓和形體；在夜間是指能清楚看到目標(biāo)燈的發(fā)光點(diǎn)。凡是看不清目標(biāo)物的輪廓，認(rèn)不清其形體，或者所見目標(biāo)燈的發(fā)光點(diǎn)模糊，燈光散亂，都不能算“能見”。人工觀測能見度，一般指有效水平能見度。有效水平能見度是指四周視野中看到的目標(biāo)物的最大水平距離。能見度觀測儀測定的是一定基線范圍內(nèi)的能見度。能見度觀測記錄以千米(km)為單位，取一位小數(shù)，第二位小數(shù)舍去，不足0.1km記0.0。第51頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27522、影響能見度的要素亮度對比度(luminancecontrast)眼睛的視覺性能第52頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27533、能見度的人工觀測白天能見度的觀測。目標(biāo)物的選擇，在四周不同方向、不同距離上選擇若干固定能見度目標(biāo)物，標(biāo)物的顏色應(yīng)當(dāng)越深越好，而且亮度要一年四季不變或少變的為目標(biāo)物。目標(biāo)物在背景的襯托下，輪廓清晰，且與背景的距離盡可能遠(yuǎn)一些。目標(biāo)物大小要適度。近的目標(biāo)物可以小一些，遠(yuǎn)的目標(biāo)物則應(yīng)適當(dāng)大一些，并繪制出目標(biāo)物分布圖，觀測時(shí)必須選擇在視野開闊，能看到所有目標(biāo)物的固定地點(diǎn)作為能見度的觀測點(diǎn)。觀測四周事先測定的各目標(biāo)物，根據(jù)“能見”的最遠(yuǎn)目標(biāo)物和“不能見”的最近目標(biāo)物，從而判定當(dāng)時(shí)的能見距離。如某一目標(biāo)物輪廓清晰，但沒有更遠(yuǎn)的或看不到更遠(yuǎn)的目標(biāo)物時(shí)，還需要根據(jù)一定的比例進(jìn)行調(diào)整。

第53頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27543、能見度的人工觀測夜間能見度的觀測。燈光目標(biāo)物的選擇，有條件的地方，均應(yīng)在各個(gè)方向選擇一些固定的目標(biāo)燈或?qū)ｉT設(shè)置的目標(biāo)燈作為觀測能見度的依據(jù)。但應(yīng)注意：應(yīng)選擇孤立的點(diǎn)光源作為目標(biāo)燈，不宜選擇成群、成帶、重疊的燈光；目標(biāo)燈的燈光強(qiáng)度應(yīng)固定不變；應(yīng)是不帶顏色、沒有燈罩的白色光源(除白熾燈外，碘鎢燈、汞燈等均不適宜)；應(yīng)位于開闊地帶，不受地方性煙霧的影響。選擇和專設(shè)目標(biāo)燈后，應(yīng)測定目標(biāo)燈至觀測點(diǎn)的距離，了解其功率，再按給定的表格查出其相當(dāng)?shù)陌滋炷芤娋嚯x，制成登記表，并繪制成燈光目標(biāo)物圖，作為觀測的依據(jù)。觀測時(shí)，觀測者應(yīng)先在黑暗處停留5—15分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進(jìn)行觀測，根據(jù)最遠(yuǎn)目標(biāo)燈能見與仔確定能見距離，在無條件利用目標(biāo)燈進(jìn)行觀測的情況下，需要根據(jù)天黑前能見度的實(shí)況和變化趨勢，結(jié)合觀測時(shí)天氣現(xiàn)象、濕度、風(fēng)等氣象要素的變化情況，以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以判定。月光較明亮?xí)r，可根據(jù)目標(biāo)物的能見與否來判定能見度，由于光照條件差，不可能能象白天那樣清楚地看清目標(biāo)物的形體、輪廓，因而只要能隱約地分辨出比較高大的目標(biāo)物的輪廓．該目標(biāo)物距離就可定為能見距離，如能清楚分辨時(shí)，能見距離可定為大于該目標(biāo)物的距離。第54頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27554、能見度的儀器測量原理

氣象光學(xué)視程測量氣象光學(xué)視程測量的基本方程是布格爾-朗伯(Bouguer-Lambert)定律，假定光傳輸路徑上大氣均勻分布，一束平行光在坐標(biāo)為0的位置光通量為，在通過基線長度后的光通量為其中為消光系數(shù)(單位為km-1)，大氣透明程度不同時(shí)，的值不同。對上式微分可以得到根據(jù)氣象光學(xué)視程的定義，T=0.05，于是氣象光學(xué)視程與消光系數(shù)的關(guān)系為第55頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27564、能見度的儀器測量原理

氣象能見距離測量第56頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27575、能見度測量儀器的實(shí)現(xiàn)能見度測量儀器有兩種，即透射式和散射式。(1)透射式能見度儀透射式能見度儀是通過測量大氣的消光系數(shù)來間接測量氣象光學(xué)視程的儀器。透射式能見度測量時(shí)，需設(shè)置一個(gè)人工光源，在一定距離處檢測光的衰減程度，計(jì)算大氣的消光系數(shù)，然后換算出能見距離。根據(jù)式(9.4.5)，氣象光學(xué)視程MOR寫成大氣透射率T的函數(shù)，即選擇兩點(diǎn)間距離為L的長度作為測量基線，測出兩點(diǎn)間的透射率T，即可計(jì)算出氣象光學(xué)視程。第57頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27585、能見度測量儀器的實(shí)現(xiàn)

(2)透射式能見度儀的類型與工作過程有兩種類型的透射儀：(a)雙端透射式，發(fā)射器和接收器處于兩個(gè)單元內(nèi)，它們間的距離是基線的長度L，L是已知的，如圖第58頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27595、能見度測量儀器的實(shí)現(xiàn)

(2)透射式能見度儀的類型與工作過程

(b)單端透射式，發(fā)射器和接收器在同一單元內(nèi)，發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)過相隔一定距離后經(jīng)反器反射后，又射回射端，通過一個(gè)半反射鏡后入射到一個(gè)接收單元上，如圖所示。第59頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27605、能見度測量儀器的實(shí)現(xiàn)

(2)散射式能見度儀散射式能見度儀是通過測量散射系數(shù)來間接測量氣象光學(xué)視程的儀器。大氣中光的衰減是由散射和吸收引起的，但是在一般情況下吸收因子可以忽略，認(rèn)為光的衰減是由散射引起的，散射引起了能見度的降低。因此可以認(rèn)為消光系數(shù)和散射系數(shù)相等，從而測量散射系數(shù)來估計(jì)MOR。通過把一束光匯聚在小體積空氣中，通過測量散射光的強(qiáng)弱變化從而間接測量出散射系數(shù)，若把來自其它光源的干擾完全屏蔽掉，則這種類型的儀器在白天和夜晚都能使用。(a)后向散射式在這種儀器中，把一束光線聚集在發(fā)射器前面一小塊體積空氣中，接收器裝置在同一相殼內(nèi)且位于光源下面，接收取樣空氣塊的后向散射的光。如圖所示。第60頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27615、能見度測量儀器的實(shí)現(xiàn)(b)前向散射式如圖所示是前向散射儀的示意圖，接收器和發(fā)射器分開放置，接收器接收取樣空氣對光的前向散射部分的光。第61頁/共68頁9.4能見度測量2023/3/27625、能見度測量儀器的實(shí)現(xiàn)透射儀的發(fā)射器和接收器分開安裝，而且相距較遠(yuǎn)，還需要對準(zhǔn)，因些安裝和現(xiàn)場調(diào)校較為困難。而后向散射儀的接收器和發(fā)射器可以做成