氣象儀器實驗報告完整版教材

1、1711南京信息工程大學(xué) 氣象儀器 實驗(實習)報告系 專業(yè) 班級 姓名 學(xué)號 一、風的測量1、 測風的儀器有：測量風的儀器主要有EL型電接風向風速儀、EN型系列測風數(shù)據(jù)處理儀、海島自動測風站、輕便風向風速表、單翼風向傳感器和風杯風速傳感器等（1）測風儀：測風設(shè)備由氣象傳感器、數(shù)據(jù)記錄儀、電源系統(tǒng)、輕型百葉箱、野外防護箱和不銹鋼支架等部分構(gòu)成。風速風向等傳感器為氣象專用傳感器，具有高精度高可靠性的特點。數(shù)據(jù)記錄儀具有風能數(shù)據(jù)采集、實時時鐘、風能數(shù)據(jù)定時存儲、參數(shù)設(shè)定、友好的人機界面和標準通信功能。廣泛應(yīng)用于風電、氣象、環(huán)保、機場、農(nóng)林、水文、軍事、倉儲、科學(xué)研究等領(lǐng)域。應(yīng)用范圍：可用于風能、氣

2、象，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，水文水利，環(huán)保，高速公路，機場和港口等風杯：測量風的大小利用的原理：風能轉(zhuǎn)換為機械能，天氣預(yù)報風的大小為多個測量值的平均值。風向標：測量風的方向利用的原理：當風的來向與風向標成某一交角時，風對風向標產(chǎn)生壓力，這個力可以分解成平圖為風杯和風向標行和垂直于風向標的兩個風力。由于風向標頭部受風面積比較小，尾翼受風面積比較大，因而感受的風壓不相等，垂直于尾翼的風壓產(chǎn)生風壓力矩，使風向標繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，直至風向標頭部正好對風的來向時，由于翼板兩邊受力平衡，風向標就穩(wěn)定在某一方位。風向標的箭頭永遠指向風的來源，其原理其實非常簡單：箭尾受風面積比箭頭大，若箭頭及箭尾均受風，箭尾必會被風推后，使

3、箭頭移往風的來源。風向標裝置于高桿子上，為使風向紀錄更準確，必須于桿底用指南針測定10秒的風向(當時風向須穩(wěn)定)。（2）測風塔： 測風塔的組成：包括塔底座、塔柱、橫桿、斜桿、風速儀支架、避雷針、拉線等。測風塔的主要功能：環(huán)境監(jiān)測，風、氣壓、濕度等資源數(shù)據(jù)采集。為相應(yīng)的儀器設(shè)備的安裝做支撐。優(yōu)點：風荷載系數(shù)小，抗風能力強。塔身擋風面積小，利于采集數(shù)據(jù)準確客觀，將實測數(shù)據(jù)和實際數(shù)據(jù)的差距降到最低。采集塔柱采用外法蘭盤連接，螺栓受拉，不易破壞，鋼絞線加固。塔柱正三角型布置,節(jié)約鋼材,跟開小，占地面積小，節(jié)約土地資源，造價低廉(僅為角鋼自立塔的1/3或更少)，選址便利，塔身自重輕，運輸和安裝便捷、建設(shè)

4、工期短,塔型隨風荷載曲線變化設(shè)計，線條流暢，遇罕遇風災(zāi)不易倒塌，安全系數(shù)高，設(shè)計符合國家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和塔桅設(shè)計規(guī)程，結(jié)構(gòu)安全可靠。（3）、EL型電接風向風速計是由感應(yīng)器、指示器、記錄器組成的有線遙測儀器。感應(yīng)器由風向和風速倆部分組成。風向部分由風標、風向方位塊、導(dǎo)電環(huán)、接觸簧片等組成；風速部分由風杯、交流發(fā)電機、蝸輪等組成。指示器由電源、瞬時風向指示盤、瞬時風速指示盤等組成。記錄器由8個風向電磁鐵、自記鐘、自計筆、筆擋、充放電線路等部分組成。EL型電接風向風速計2、高空測風的方法測風氣球：測風氣球是測定高空風向風速的一種充滿氫氣的氣球，升速有100米/分或200米/分的。從地面施放后，一面上

5、升，一面在水平方向上隨風飄行。與此同時用測風經(jīng)緯儀不斷跟蹤觀測，并記下它每分鐘的仰角和方位角，然后經(jīng)過計算求出氣球經(jīng)過的空中各層的平均風向和風速。風箏：利用風箏上攜帶的各種測量儀器，獲取不同時刻，不同位置和高度上的風來進行計算。飛機：原理與方法與風箏類似，但是，其本身造價較高，因此一般使用量也少。3、 超聲波測速儀該儀器為目前測量風速較為先進的儀器，測量的風為三維，一般儀器測的風為二位。利用的原理：超聲波測速儀每隔一相等時間，發(fā)出一超聲脈沖信號，每隔一段時間接收到一經(jīng)汽車反射回的該超聲脈沖信號，若汽車勻速行駛，則間隔時間相同，根據(jù)發(fā)出和接收到的信號間的時間間隔差和聲速，測出被測汽車的速度。（與

6、雷達測速相似）優(yōu)點：測量誤差小。4、 其他先進測量儀器大氣風場測量的主要手段 目前主要的大氣風場測量手段有聲雷達、微波雷達和激光雷達。 一、多普勒聲雷達 多普勒聲雷達是一種測量大氣對流層低層常用的遙測手段，它可以較好地測量低空由幾十米開始到幾百米乃至一公里范圍內(nèi)地風廓線，還可以用于測量折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)等湍流參數(shù)量廓線。 聲雷達發(fā)射聲波后，接收大氣的后向散射信號，由于大氣中氣團是隨風運動的，因此，接收的信號和發(fā)射信號的頻率之間會有多普勒頻移。由于發(fā)射波長是以知的，測量到多普勒頻率漂移的大小，就可以得到氣團運動速度。 二、微波雷達 微波風廓

7、線雷達是目前用來測量風廓線的一種主要設(shè)備，它通過發(fā)射微波脈沖，探測大氣中湍流渦漩對微波后向散射或待測大氣中的云、雨、冰或其它降水粒子等運動粒子的回波信號的多普勒頻移來反演大氣風廓線，并由它的回波功率可以反演折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的廓線，其波長較紅外和激光長許多倍，因而受大氣的影響小得多，是目前主要應(yīng)用的風速測量的系統(tǒng)。 三、測風激光雷達 測風激光雷達是以激光器為光源向大氣發(fā)射激光脈沖，接收大氣（氣溶膠粒子和大氣分子)的后向散射信號，通過分析發(fā)射激光的徑向多普勒頻移來反演風速的，從探測方式上可以分為相干探測激光雷達和非相干探測（直接探測）激光雷達。二、 雨的測量1、 降雨測量參數(shù)雨量

8、：一定時間內(nèi)，降水總量。雨強：單位時間內(nèi)，降水量。測量標準：降水雨mm為單位（或kg/m2），取一位小數(shù)。日降水量應(yīng)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)定時進行。 換算方法：據(jù)氣象部門介紹：氣象預(yù)報把下雨、下雪都叫做降水，降水的多少叫降水量，表示降水量的單位通常用毫米。1毫米的降水量是指單位面積上水深1毫米。 從天空降落到地面上的雨水（或融化后的固體降水）既不流走，也不滲透到地里，同時也不被蒸發(fā)掉而積聚起來的一層水的深度，通常以毫米為單位。降雨量可以用雨量器來測量，同時還可以用雨量計來自動記錄雨勢的變化和雨量的大小。2、 測量降水的儀器主要有雨量器，

9、常用的測量降水的儀器有雨量器、翻斗式雨量器、虹吸式雨量計和雙閥容柵式雨量傳感器等。 上圖為虹吸式雨量器3、 翻斗式雨量器應(yīng)用：翻斗式雨量計系列產(chǎn)品用于氣象臺（站）、水文站、水電站、排澇站、鐵路、公路、國防、科研等部門用來測量液體降水量、降水強度、降水起迄時間。  單翻斗雨量器     組成：翻斗式雨量計由翻斗式雨量傳感器系列產(chǎn)品，雨量顯示器（記錄儀）、傳輸三芯信號屏蔽線（150米以內(nèi)）所組成。 翻斗式雨量傳感器分辯力為0.1，0.2，0.5，1.0mm。弊端：如果雨量大，則雨水會溢出，測量結(jié)果不準確；如果雨量小，雨水下不到里

10、面去，也會帶來很大的誤差。4、 光學(xué)雨量器光學(xué)雨量傳感器主要由光源、光源整合器、采樣空間、接收器、數(shù)據(jù)處理部分組成。當雨滴（或雪粒等其他降水粒子）穿越采樣空間時，雨滴會遮擋激光，接受傳感器接受到的光信號和由光信號轉(zhuǎn)變的電信號（如電壓或電流）就會改變，當雨滴穿過采樣空間后，接受傳感器的電信號又恢復(fù)雨滴進入采樣空間之前的狀態(tài)。在雨滴穿越采樣空間時，對接受傳感器的電信號進行處理，就可以得到雨滴穿越采樣空間的時間。原理：利用光的反射，折射測量雨的大小，強度。特點：光學(xué)雨量傳感器具有免維護時間長、適應(yīng)性好等特點，可以廣泛應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的自動雨量監(jiān)測。光學(xué)雨量傳感器在暴雨、山洪、泥石流等災(zāi)害性降水天氣的

11、自動監(jiān)測、預(yù)警中起著關(guān)鍵作用，具有良好的推廣價值和應(yīng)用前景。同時，光學(xué)雨量傳感技術(shù)的研究可填補該領(lǐng)域的國內(nèi)空白，為氣象儀器的國產(chǎn)化做出貢獻。5、 新型雨量器：稱重式雨量器原理：利用下面帶有的傳感器測量雨的重量，得到雨的大小等。弊端：冬季結(jié)冰，誤差大。組成：雨量計由承雨筒、智能傳感器、數(shù)據(jù)采集器、GPRS無線信號接收器和雙行液晶顯示器以及與之相配套的系統(tǒng)軟件組成6、 虹吸式雨量計應(yīng)用：用來連續(xù)記錄液體降水量，降水的起迄時間和降水強度，適用于氣象臺(站)、水文站、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等有關(guān)單位。利用虹吸原理排出浮子塞內(nèi)降水,最大優(yōu)點：節(jié)約能源，降水有記錄，不需要人守候，精度高，但必須定時到現(xiàn)場去更換記錄紙。

12、雨量器SL3-1型雨量傳感器7、 測雨雷達：組成部分測雨雷達是利用物體對電磁波的散射作用來對云、雨、雪、雹等進行觀測的.當雷達天線發(fā)射出去的電磁波在空間傳播時，若遇到云、雨、雪、雹等目標物，就有一部分輻射能會被反射回來，并被雷達天線接收，這時在顯示器上就會出現(xiàn)許多亮度不等的區(qū)域，即云、雨、雪、雹等的回波圖像，簡稱氣象回波。所以，用測雨雷達可似隨時提供幾百公里范圍內(nèi)的降水分布和結(jié)構(gòu)等氣象情報.與氣象衛(wèi)星云圖相比，測雨雷達提供中尺度的降水信息，對于補充地面站的不足十分有效.利用雷達回波可以測定降雨云團的方位、高度、距離等三維信息，通過紀錄還可以測定降雨的歷時和變化過程，配合地面雨量站的實時校正，雷

13、達測雨的精度很高三、蒸發(fā)測量蒸發(fā)傳感器1用途FFZ-01型數(shù)字式水面蒸發(fā)傳感器是用于觀測水面蒸發(fā)在不同時間段變化規(guī)律的儀器，它是依據(jù)中華人民共和國水利電力部標準水面蒸發(fā)觀測規(guī)范SD265-88要求制造，可直接與618mm的蒸發(fā)桶或與20m2標準蒸發(fā)池配套使用，用以監(jiān)測水面蒸發(fā)量的測量儀器。它的量測精度、穩(wěn)定性遠優(yōu)于超聲波型及其它類型的水面蒸發(fā)傳感器，又能夠?qū)崟r遠傳，適于裝備各地區(qū)、各種類型的蒸發(fā)站、氣象站。2特點·數(shù)字化傳感器無溫漂、時漂，性能長期穩(wěn)定；·高分辨力、高精度；·在風浪和降雨氣候條件下也能正常觀測，不失準確度；·抗電磁干擾，即使停電后再通電，

14、輸出數(shù)據(jù)依然正確；·能與蒸發(fā)桶、水圈、自動加水裝置、采集記錄裝置配套使用，實現(xiàn)蒸發(fā)過程自動監(jiān)控。3功能、使用范圍· 與自動補水控制裝置配合使用，組成簡易型自動遙測蒸發(fā)站；· 與蒸發(fā)數(shù)據(jù)記錄器配套組成數(shù)字記錄式蒸發(fā)器，實現(xiàn)蒸發(fā)過程的自動記錄；· 與JFZ-01型數(shù)字式雨量計、數(shù)字式溢流量計配套，組成全自動蒸發(fā)雨量測站，裝備基本蒸發(fā)站網(wǎng)，實現(xiàn)蒸發(fā)、降雨過程的自動觀測、記錄和遠傳。液位傳感器：測量水面的高度液位傳感器（靜壓液位計/液位變送器/液位傳感器/水位傳感器）是一種測量液位的壓力傳感器靜壓投入式液位變送器（液位計）是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的

15、原理，采用國外先進的隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標準電信號（一般為420mA/15VDC）原理：超聲波測距原理。通常將超聲波傳感器放置在百葉箱中，原因是其容易受光照，溫度等影響。4、 輻射測量組成部分：由輻射表（傳感器）與采集器組成原理：輻射表安裝在專用的架子上，采集器要求每分鐘輸出一次采樣值（實際為1min均勻才六次加以平均），儀器的形式較多。輻射表電信號輸入采集器的功能：自動采集各輻射表電壓mV值，計算各輻射量的輻射度，時曝輻量，日曝輻量；并挑戰(zhàn)個極大值及出現(xiàn)的時間。歐拉角：用來確定定點轉(zhuǎn)動剛體位置的3個一組獨立角參量，由章動角、旋進角（即進動角）和自轉(zhuǎn)角j組成，為歐拉首先提出而得名。五、地溫傳感器測量地表和地下的溫度。地溫傳感器利用鉑電阻進程測量。鉑電阻溫度傳感器是利用金屬鉑在溫度變化時自身電阻值也隨之改變的特性來測量溫度的，顯示儀表將會指示出鉑電阻值所對應(yīng)的溫度值，當被測介質(zhì)中存在溫度梯度時，所測量的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層中的平均溫度六、天空成像儀測量云的覆蓋量。云高儀：測量運動過來的云的云底高度。目前，還很難測量云的厚度。特點：天空成像儀在進行圖象分析時會模糊化遮擋