气象仪器实验报告完整版
  • 2018-09-09 14:55
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  11 1 南京信息工程大学 气象仪器 系 专业 班级 姓名 学号 实验(实习)报告 一、风的测量 1、 测风的仪器有:测量风的仪器主要有 EL 型电接风向风速仪、 EN 型系列测风数据处理仪、海岛自动测风站、轻便风向风速表、 单翼风向传感器和风杯风速传感器等 (1)测风仪:测风设备由气象传感器、数据记录仪、电源系统、轻 型百叶箱、 野外防护箱和不锈钢支架等部分构成。 风速风向等传感器为气象专用传感器, 具有高精 度高可靠性的特点。 数据记录仪具有风能数据采 集、实时时钟、风能数据定时存储、参数设定、 友好的人机界面和标准通信功能。 广泛应用于风 电、气象、环保、机场、农林、水文、军事、仓 储、科学研究等领域。 应用范围:可用于风能、气象,工业,农业,水文水利,环保,高速 公路,机场和港口等 1 11 2 风杯:测量风的大小 利用的原理: 风能转换为机械 能,天气预报风的大小为多个测 量值的平均值。 风向标:测量风的方向 利用的原理: 当风的来向与风 向标成某一交角时,风对风向标 产生压力,这个力可以分解成平 图为风杯和风向标 行和垂直于风向标的两个风力。由于风向标头部受风面积比较小,尾 翼受风面积比较大,因而感受的风压不相等,垂直于尾翼的风压产生 风压力矩,使风向标绕垂直轴旋转,直至风向标头部正好对风的来向 时,由于翼板两边受力平衡,风向标就稳定在某一方位。 风向标的箭头永远指向风的来源,其原理其实非常简单:箭尾受 风面积比箭头大,若箭头及箭尾均受风,箭尾必会被风推后,使箭头 移往风的来源。风向标装置于高杆子上,为使风向纪录更准确,必须 于杆底用指南针测定 10 秒的风向(当时风向须稳定)。 (2)测风塔: 测风塔的组成:包括塔底座、塔柱、横杆、斜杆、风速仪支架、 避雷针、拉线等。 测风塔的主要功能: 环境监测, 风、 气压、 湿度等资源数据采集。 2 11 3 为相应的仪器设备的安装做支撑。 优点:风荷载系数小,抗风能力强。塔身挡风面积小,利于采集 数据准确客观,将实测数据和实际数据的差距降到最低。采集塔柱采 用外法兰盘连接,螺栓受拉,不易破坏,钢绞线加固。塔柱正三角型 布置,节约钢材,跟开小,占地面积小,节约土地资源,造价低廉(仅为 角钢自立塔的 1/3 或更少), 选址便利, 塔身自重轻, 运输和安装便捷、 建设工期短,塔型随风荷载曲线变化设计,线条流畅,遇罕遇风灾不 易倒塌, 安全系数高, 设计符合国家钢结构设计规范和塔桅设计规程, 结构安全可靠。 (3) 、 EL 型电接风向风速计是由感应器、 指示器、 记录器组成的有线遥测仪器。 感应器由风向和风速俩部分组成。风向部分由风标、风向方位块、导电环、接触 簧片等组成;风速部分由风杯、交流发电机、蜗轮等组成。指示器由电源、瞬时 风向指示盘、瞬时风速指示盘等组成。记录器由 8 个风向电磁铁、自记钟、自计 笔、笔挡、充放电线 EL 型电接风向风速计 2、高空测风的方法 测风气球:测风气球是测定高空风向 风速的一种充满氢气的气球,升速有 100 米/分或 200 米/分的。从地面施放后,一 面上升,一面在水平方向上随风飘行。与 此同时用测风经纬仪不断跟踪观测, 并记 下它每分钟的仰角和方位角, 然后经过计 算求出气球经过的空中各层的平均风向 和风速。 4 11 5 风筝:利用风筝上携带的各种测量仪器,获取不同时刻,不同位 置和高度上的风来进行计算。 飞机:原理与方法与风筝类似,但是,其本身造价较高,因此一 般使用量也少。 3、 超声波测速仪 该仪器为目前测量风速较为先进的仪器,测量的风为三维,一般 仪器测的风为二位。 利用的原理: 超声波测速仪每隔一相 等时间, 发出一超声脉冲信号, 每隔 一段时间接收到一经汽车反射回的 该超声脉冲信号,若汽车匀速行驶, 则间隔时间相同, 根据发出和接收到 的信号间的时间间隔差和声速, 测出 被测汽车的速度。 (与雷达测速相似) 优点:测量误差小。 4、 其他先进测量仪器 大气风场测量的主要手段 目前 主要的大气风场测量手段有声雷达、 微波雷达和激光雷达。 一、多普勒声雷达 多普勒声雷达是一种测量大气对流层低层常用的遥测手段, 5 11 6 它可以较好地测量低空由几十米开始到几百米乃至一公里范围内 地风廓线,还可以用于测量折射率结构常数等湍流参数量廓线。 声雷达发射声波后,接收大气的后向散射信号,由于大气中 气团是随风运动的,因此,接收的信号和发射信号的频率之间会 有多普勒频移。由于发射波长是以知的,测量到多普勒频率漂移 的大小,就可以得到气团运动速度。 二、微波雷达 微波风廓线雷达是目前用来测量风廓线的一种主要设备,它 通过发射微波脉冲,探测大气中湍流涡漩对微波后向散射或待测 大气中的云、雨、冰或其它降水粒子等运动粒子的回波信号的多 普勒频移来反演大气风廓线,并由它的回波功率可以反演折射率 结构常数的廓线,其波长较红外和激光长许多倍,因而受大气的 影响小得多,是目前主要应用的风速测量的系统。 三、测风激光雷达 测风激光雷达是以激光器为光源向大气发射激光脉冲,接收大 气(气溶胶粒子和大气分子)的后向散射信号,通过分析发射激光 的径向多普勒频移来反演风速的,从探测方式上可以分为相干探 测激光雷达和非相干探测(直接探测)激光雷达。 二、 雨的测量 6 11 7 1、 降雨测量参数 雨量:一定时间内,降水总量。 雨强:单位时间内,降水量。 测量标准:降水雨 mm 为单位(或 kg/m2) ,取一位小数。日降水 量应读到 0.2mm,最好读到 0.1mm.周或月降水量应精确到 1mm, 日降水量的测量应定时进行。 换算方法: 据气象部门介绍: 气象预报把下雨、 下雪都叫做降水, 降水的多少叫降水量,表示降水量的单位通常用毫米。1 毫米的降水 量是指单位面积上水深 1 毫米。 从天空降落到地面上的雨水(或融化后的固体降水)既不流走, 也不渗透到地里,同时也不被蒸发掉而积聚起来的一层水的深度,通 常以毫米为单位。降雨量可以用雨量器来测量,同时还可以用雨量计 来自动记录雨势的变化和雨量的大小。 2、 测量降水的仪器 主要有雨量器,常用的测量降水的仪器有雨量器、翻斗式雨量器、虹 吸式雨量计和双阀容栅式雨量传感器等。 7 11 8 上图为虹吸式雨量器 3、 翻斗式雨量器 应用:翻斗式雨量计系列产品用于气象台(站) 、水文站、水电站、 排涝站、铁路、公路、国防、科研等部门用来测量液体降水量、降水 强度、降水起迄时间。 单翻斗雨量器 组成:翻斗式雨量计由翻斗式雨量传感器系列产品,雨量显示器 (记录仪) 、传输三芯信号屏蔽线 米以内)所组成。 翻斗式雨 8 11 9 量传感器分辩力为 0.1,0.2,0.5,1.0mm。 弊端:如果雨量大,则雨水会溢出,测量结果不准确;如果雨量 小,雨水下不到里面去,也会带来很大的误差。 4、 光学雨量器 光学雨量传感器主要由光源、光源整合器、采样空间、接收 器、数据处理部分组成。当雨滴(或雪粒等其他降水粒子)穿越 采样空间时,雨滴会遮挡激光,接受传感器接受到的光信号和由 光信号转变的电信号(如电压或电流)就会改变,当雨滴穿过采 样空间后,接受传感器的电信号又恢复雨滴进入采样空间之前的 状态。 在雨滴穿越采样空间时, 对接受传感器的电信号进行处理, 就可以得到雨滴穿越采样空间的时间。 原理:利用光的反射,折射测量雨的大小,强度。 特点:光学雨量传感器具有免维护时间长、适应性好等特点,可 以广泛应用于恶劣环境下的自动雨量监测。光学雨量传感器在暴雨、 山洪、泥石流等灾害性 降水天气的自动监测、 预警中起着关键作用, 具有良好的推广价值和 应用前景。同时,光学 雨量传感技术的研究可 填补该领域的国内空白, 为气象仪器的国产化做 9 10 11 出贡献。 5、 新型雨量器:称重式雨量器 原理:利用下面带有的传感器测量雨的重量,得到雨的大小等。 弊端:冬季结冰,误差大。 组成:雨量计由承雨筒、智能传感器、数据采集器、GPRS 无线信 号接收器和双行液晶显示器以及与之相配套的系统软件组成 6、 虹吸式雨量计 应用:用来连续记录液体降水量,降水的起 迄时间和降水强度,适用于气象台(站)、水文 站、农业、林业等有关单位。 利用虹吸原理排出浮子塞内降水,最大优点: 节约能源,降水有记录,不需要人守候,精 度高,但必须定时到现场去更换记录纸。 雨量器 10 11 SL3-1 型雨量传感器 7、 测雨雷达:组成部分测雨雷达是利用物体对电磁波的散射作 用来对云、雨、雪、雹等进行观测的.当雷达 天线发射出去的电磁波在空间传播时,若遇 到云、雨、雪、雹等目标物,就有一部分辐 射能会被反射回来,并被雷达天线接收,这 时在显示器上就会出现许多亮度不等的区域, 即云、雨、雪、雹等的回波图像,简称气象 回波。所以,用测雨雷达可似随时提供几百公里范围内的降水分 布和结构等气象情报.与气象卫星云图相比,测雨雷达提供中尺度 的降水信息,对于补充地面站的不足十分有效.利用雷达回波可以 测定降雨云团的方位、高度、距离等三维信息,通过纪录还可以 测定降雨的历时和变化过程,配合地面雨量站的实时校正,雷达 测雨的精度很高 三、蒸发测量 11 12 11 蒸发传感器 1 用途 FFZ-01 型数字式水面蒸发传感器是 用于观测水面蒸发在不同时间段变化 规律的仪器,它是依据中华人民共和 国水利电力部标准《水面蒸发观测规 范》SD265-88 要求制造,可直接与Φ 618mm 的蒸发桶或与 20m2 标准蒸发 池配套使用,用以监测水面蒸发量的 测量仪器。它的量测精度、稳定性远 优于超声波型及其它类型的水面蒸发 传感器,又能够实时远传,适于装备各地区、各种类型的蒸发站、气 象站。 2 特点 · 数字化传感器无温漂、时漂,性能长期稳定; · 高分辨力、高精度; · 在风浪和降雨气候条件下也能正常观测,不失准确度; · 抗电磁干扰,即使停电后再通电,输出数据依然正确; · 能与蒸发桶、水圈、自动加水装置、采集记录装置配套使用,实 现蒸发过程自动监控。 3 功能、使用范围 · 与自动补水控制装置配合使用,组成简易型自动遥测蒸发站; 12 13 11 · 与蒸发数据记录器配套组成数字记录式蒸发器,实现蒸发过程的 自动记录; · 与 JFZ-01 型数字式雨量计、数字式溢流量计配套,组成全自动蒸 发雨量测站,装备基本蒸发站网,实现蒸发、降雨过程的自动观测、 记录和远传。 液位传感器:测量水面的高度 液位传感器(静压液位计/液位变送器/液位 传感器/水位传感器)是一种测量液位的压力传 感器.静压投入式液位变送器(液位计)是基于 所测液体静压与该液体的高度成比例的原理, 采 用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电 容压力敏感传感器, 将静压转换为电信号, 再经 过温度补偿和线性修正, 转化成标准电信号 (一 般为 4~20mA/1~5VDC) 原理:超声波测距原理。 通常将超声波传感器放置在百叶箱中,原因是其容易受光照,温度等 影响。 四、辐射测量 13 14 11 组成部分:由辐射表(传感器)与采集器组成 原理:辐射表安装在专用的架子上,采集器要求每分钟输出一次采样 值 (实 际为 1min 均匀 才六 次加 以平 均) ,仪器的形式较多。 辐射表电信号输入采集器的功能:自动采集各辐射表电压 mV 值,计 算各辐射量的辐射度,时曝辐量,日曝辐量;并挑战个极大值及出现 的时间。 欧拉角:用来确定定点转动刚体位置的 3 个一组独立角参量,由章动 角 θ、旋进角(即进动角)ψ 和自转角 j 组成,为欧拉首先提出而得 名。 五、地温传感器 测量地表和地下的温度。 14 15 11 地温传感器利用铂电阻进程测量。 铂电阻温度传感器是利用 金 属 铂 在 温 度 变 化 时 自 身电阻值也随之改变的特性来测量温度的,显示仪表将会指示 出铂电阻值所对应的温度值,当被测介质中存在温度梯度时, 所测量的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度 六、天空成像仪 测量云的覆盖量。 云高仪:测量运动过来的云的云 底高度。目前,还很难测量云的 厚度。 特点:天空成像仪在进行图象分 析时会模糊化遮挡物---镜头、镜 15 16 11 头臂和遮阳带,以减少其对观测的影响。云量的确定是通过内 置的运算法则来实现的。系统既可独立工作,也可采用网络接 入。在独立工作时,可以通过 RS-232 接口与已有的地面气象 系统连接。而网络模式则是通过 10/100- BaseT 或电话调治解 调器(PPP)接口。采用网络模式时,用户可以在当地或远端 通过网络浏览器实时查看到捕获的图象。 实验感想 通过这三个星期到观测场的实习, 我不仅仅认识了各种测风和测雨的 气象仪器,同时还对它们的原理有了一定程度的了解,这对我将来的 工作和学习都有很大的帮助。 16

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