一、实习目的和意义
1.通过小气候特征观测，了解小气候观测的原理、观测仪器和安装方法。 2.掌握辐射、空气温度、湿度、土壤温度、风等气象要素垂直梯度观测方法。 3.学会整理小气候观测资料，分析小气候要素形成的原因，揭示不同下垫面小气候 特征，了解不同下垫面产生的小气候效应，以便进一步改善小气候环境。 二、实习内容
实地观测内容：直接辐射S、散射辐射Sd、反射辐射Sr、地面温度、地面最高、5cm、 10cm、15cm、20cm的土壤温度、风向和风速、0.2m和1.5m的温湿度。
计算内容：直接辐射通量密度Sb、总辐射Sr、水气压e、相对湿度u，露点td，饱和差 d。 三、实习区域概况
1.测点的概况及描述：北林气象站，东经116.3℃，北纬40℃，地势平坦。距观测点3米的北面左右是气象站的2层办公楼，高大约8米；南面8米左右是一排一层的民宅，高约4米；东面6米左右是一排2层的民宅，高约8米；西面7米左右是我们学校的一片温室培育基地，温室高约1.5米。
周围建筑物状况：周围建筑较矮，为施工用地。 下垫面状况：水泥地、裸地（干湿）、草地。（本组为水泥地）。 植被状况：只有些小草，灌木，总体植被稀少 土壤状况：土壤种类（水泥地、裸地（干湿）、草地），湿度。
2.观测仪器及时间：各个小气候要素均为正点每小时观测一次（从8：00到19：00）。 利用天空辐射表和直接辐射表观测太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射、总辐射 通风干湿表观测0.20m和1.5m高度处的气温和空气湿度。 三杯轻便风向风速表观测1m高度的风向、风速。
地面、地面最低、最高温度表及曲管地温表观测地面和土壤温度。 空盒气压表测气压。 四、观测方法
1.辐射仪器观测方法
在进行太阳直接辐射、天空散射辐射和反射辐射观测时，正点观测前进行各项准备工作，目测天空云状、云量、太阳视面、大气现象、地面状况，正点观测时刻开始进行各项辐射观测，每个项目各读取三次读数。每两次读数的间隔时间约为5 s～10 s。日落后停测。
2.通风干湿表的观测方法
采用阿斯曼通风干湿表测量要注意两点：一是保持通风，二是保持湿球纱布充分湿润。观测前，先给湿球加水，通风，湿球温度稳定后读数。先读干球，后读湿球。先读小数后读整数。先从下往上读，再从上往下读，取2次平均数记入观测表中。观测的同时，记载当 时的风向、风速、云况等。如果只有一个通风干湿表进行梯度观测时，可采取上下往返观测， 先从下而上各高度的观测，再从上而下进行重复观测，这样可消除观测数据的时间误差，提高资料的准确性和比较性。在观测50cm以下高度的温湿度时，通风干湿表的保护管应水平地朝向迎风面的一方，以使空气畅通地流经温度表球部，但应避免太阳光线射入套管内。 3.地温观测方法
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从东到西，从浅到深，即0、5、10、15、20cm逐个读取，精确到0.1℃。最高、最低地温观测方法与观测场地温相同。 4.风的观测方法
观测员要从下风方向接近仪器进行读数，将三杯轻便风向风速表方位盘制动小套向右旋转一角度，半分钟后，按下风速按钮，指针自动停转后，读出风速示值，以两分钟风向指针摆动范围的中间位置记录风向。观测完毕，将方位盘制动小套左转一小角度，借弹簧的弹力，小套管弹回上方，固定好方位盘。 五、实习结果
（注：水泥地正南方向有一排挡板，9点时有树荫遮挡，12点天阴）
实习时间：2010年4月7日 实习地点： 六、实习结果分析
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（1）太阳辐射的时间、空间变化
太阳辐射的变化（水泥地）900辐射通量密度（w/m2）80070060050040030020010008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00直接辐射通量密度S散射辐射通量密度Sd总辐射St反射辐射通量密度SR时间
水泥地反射率30.0%25.0%反射率20.0%水泥地反射率15.0%10.0%5.0%0.0%8:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00时间
图1 本测点水平面上直接辐射、散射辐射、总辐射、反射辐射、反射率日变化
图1分析：
直接辐射:由图可知，9点的太阳直接辐射明显偏低，这是由于9点时观测点被东面数木的树阴遮挡，所以数值可视为误差值。此外，11点、12点的测量值也明显偏低，这是由于当时云量增多，天气较为阴暗导致，可以认为是误差值。排除这些错误值的影响，可以发现太阳直接辐射在8点到12点呈逐渐增加趋势，12点到18点呈减弱趋势。这说明影响太阳
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直接辐射的主要因素是太阳高度角。
散射辐射：因为散射辐射的强弱与太阳高度和大气透明度有关。8点到13点随着太阳高度角增大，到达地面的直接辐射也增强，散射辐射也随之增强，13点到18随着太阳高度角减小，到达地面的直接辐射也减弱，散射辐射也随之减弱。
总辐射：太阳总辐射等于太阳直接辐射和散射辐射之和。在日出之后 ，总辐射中大部分是直接辐射，随着太阳高度角的增大，总辐射也在增加，又由于与直接辐射相比，散射辐射数值较小，所以总辐射的变化规律和直接辐射的变化规律大体相同。
反射辐射：由图可知，反射辐射在8点到13点成上升趋势，在14点到18点成降落趋势。而在9点时突然降低，这是由于此测点在9时有树荫遮挡。12点的降低是由于云量多了。由此可知在水泥地上反射辐射跟太阳高度角有光，即太阳高度角越大，地面接受到的短波辐射越多，反射的长波辐射也越多。
反射率：地表对太阳辐射的反射率，决定于地表面的性质和状态。在相对稳定的水泥地地表上时。反射率较大。除去9点和12点的误差值，反射率一天之中变化不大。
不同下垫面的反射率60.0%50.0%反射率40.0%30.0%20.0%10.0%0.0%8:00水泥地反射率干裸地反射率湿裸地反射率草地反射率9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:00时间
图2 水泥地、湿、干裸地与草地反射率对比
图2分析：
不同下垫面的反射率：地表对太阳辐射的反射率，决定于地表面的性质和状态。 由图可知，在9点和12点水泥地、干湿裸地均出现波动。而草地则比较平稳，这是因为草地的地表性质稳定。
（2）地面和土壤温度时间、空间变化
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0～20cm土温日变化图40353025201510508:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00时间图3 本测点0cm～20cm土温日变化图
图3分析：
0cm~20cm的土温日变化：
0cm处（地面温度）：从早上8点到13点，地面温度上升，从13点到19点，地面温度下降。这是由于8点到13点，太阳高度角不断增大，直接辐射逐渐增加，致使温度上升。13点到19点，太阳高度角不断减小，直接辐射逐渐减小，温度下降。
5cm、10cm、15cm、20cm处：所选之地周围有小灌木，温度变化较小。从8点到17点，地温逐渐增加，这是因为地面吸收的辐射逐渐累积增加，致使地面的温度增加。18点和19点太阳落山了，这时只有地面长波辐射的出，没有短波辐射的进，所以地温降低。
0cm5cm10cm15cm20cm土温(℃)
09时、13时、17时、19时土温0cm～20cm随深度变化曲线40353025201510508:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:000cm5cm10cm15cm20cm土温（℃）时间图4
本测点09时、13时、17时、19时0cm～20cm土温随深度变化曲线
图4分析：
0cm~20cm的土温日变化：
0cm处（地面温度）：9点和13点，地面温度上升，17点和19点，地面温度下降。这是由于9点和13点，太阳高度角不断增大，直接辐射逐渐增加，致使温度上升。17点和19点，太阳高度角不断减小，直接辐射逐渐减小，温度下降。
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5cm、10cm、15cm、20cm处：所选之地周围有小灌木，温度变化较小。9点和13点，地温逐渐增加，这是因为地面吸收的辐射逐渐累积增加，致使地面的温度增加。17点和19点太阳慢慢落山了，这时只有地面长波辐射的出，没有短波辐射的进，所以地温降低。
湿、干裸地与草地地面温度日变化对比403530土温(℃)25201510508:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00干裸地湿裸地草地时间
图5 湿、干裸地与草地地面温度日变化对比
图5分析：
变化趋势：三者变化规律大致相同。从早上8点到中午14点，地面温度逐渐增加。从中午14点到晚上19点，地面温度逐渐降低。
变化原因及不同点：地面温度跟太阳的直接辐射成正比，即跟太阳高度角成正比。地面温度同一时刻的大小为：干裸地>草地>湿裸地。这是由于下垫面的不同所引起的。地面水份越多，地温越低，这是因为水的蒸发吸收热量。湿裸地的水份最多。还有草地因为植物的蒸腾作用，和植物的叶表面的吸热，致使温度较低。而干裸地无吸收散发热量的物质，所以干裸地的温度较高。
（3）气温、相对湿度时间、空间变化
本测点0.2m、1.5m气温日变化2520温度（℃）1510508:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:000.2m的温度1.5m的温度时间
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图6 本测点0.2m、1.5m气温日变化
图6分析：
气温变化：从早上8点到中午14点，变化趋势较大，之后较为平缓。在15点以后开始下降。
变化原因：下垫面为水泥地，气温变化明显。从8点太阳升起到14点的太阳高度角的最大值，0.2m,1.5m的气温都在增加。这是因为地面吸热逐渐增多，导致温度上升。由于观测那天下午后风较大，导致热量的流动，气温会有所降低，还有太阳直接辐射的减小。0.2m,1.5m的变化大致相同，这可能因为两者都接近地面，难以区分。但有时0.2m处还是会大于1.5m,这是因为热源来自地面。
本测点0.2m、1.5m实际水汽压（e）相对湿度（u)日变化1201008060402008:000.2m水汽压1.5m水汽压0.2m相对湿度1.5m相对湿度9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00时间
图7 本测点0.2m、1.5m实际水汽压（e）相对湿度（u)日变化
图7分析：
水汽压变化趋势：实际水汽压e的变化较小，相对平稳。在1.5m处的实际水汽压15点突然偏高，可能是由于测量不准确导致的误差。
相对湿度变化趋势：0.2m处的相对湿度u大于1.5m处的相对湿度u。在1.5m处的15时出现突高值，可能是由于测量误差引起的。
分析原因：测量当天天气较为凉爽，风较大，空气流通好，致使热量不集中。致使水汽压较稳定。而相对湿度0.2m处明显大于1.5m处，这是因为水源来自地面，离地面越近相对水汽压u越大。
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0.2m气温日变化对比图2520温度（℃）1510508:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00水泥地干裸地湿裸地草地时间
1.5m气温日变化对比2520温度（℃）1510508:00水泥地湿裸地干裸地草地9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00时间
0.2m和1.5m的气温变化对比分析：
在总体趋势上0.2mc处的气温日变化和1.5m处的变化基本相同。即从8点到14前后增加，之后降低。四种下垫面的变化趋势也是一样，但大小不同，因为不同的下垫面吸收的热量不同，引起的气温大小就不同。其中干裸地变化最大，草地最小。1.5m的气温变化不稳定，可能是每次浇水引起的气温突然降低，也可能是仪器损坏。
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0.2m空气湿度日变化对比12010080水泥地干裸地湿裸地草地湿度60402008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00时间
1.5m空气湿度日变化对比10090807060504030201008:00水泥地干裸地湿裸地草地湿度9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00时间
图8 水泥地、湿、干裸地与草地0.2m、1.5m气温、空气湿度日变化对比
0.2m和1.5m的空气相对湿度变化对比分析：
0.2m的空气相对湿度变化不大，不同下垫面的数值大小不同，水泥地最大，裸地次之，草地最小。因为植被吸收会水分，使近地面的空气相对湿度变化较小。在14点每种下垫面的空气相对较小，因为此时的太阳直接辐射最大。每组的气温变化都不稳定，因为观测这天风向不定，风速不稳定。
1.5m的空气相对湿度变化跟0.2m差不多，草地变化最为平缓。湿裸地在14点后几乎不变。这都是水分引起的。水泥地15点的数据偏高，可能是由于测量引起的误差。湿裸地最不稳定，不知是浇水后还是仪器抑或是测量错误。
（4）风速、气压时间变化
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本测点风速日变化2.5风速（m/s）21.510.508:00风速9:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00时间
图9 本测点风速日变化
图9分析：
由图可知，风速很不稳定，在10点、13点、18点出现了几个高值，在11点、16点出现了几个低值。测点周围有一排的挡板，还有低矮的建筑楼，人群的走动，这些可能都影响到了风速的测量。总的来说，今日的风速不稳定，时大时小。
本测点本站气压日变化10301028气压（hpa）102610241022102010188:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:00本站气压时间
图10 本测点本站气压（P)日变化
图10分析：
本站气压分析：从早上8点到晚上19点，本站气压的数值逐渐降低。变化明显。这可
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能是因为下垫面为水泥地，致使吸收太阳辐射的能力较强，地面温度较大，水汽蒸发较大。所以气压降低。在8点时气压最大，这是由于此时太阳刚上升，地面温度低，水汽较多，空气密度大，导致8点时的气压最大。
七、实验结论
1.土壤温度，在时间上因为土壤温度的热量来源，归根结底也是太阳辐射，所以土壤温度的日变化也是呈现出同太阳辐射的基本相同的日变化规律，在垂直方向上，随深度的增加，土壤温度降低的是日射型，还有混合型、辐射型，但本次实验并没有体现。
2.太阳辐射的变化主要是体现在时间上，因为太阳辐射受到太阳高度角的直接影响，所以在一天当中，随着太阳高度角的变化，太阳辐射的强度也随之有相似的变化规律，即日出日落时太阳辐射最弱，在中午太阳高度角达到最大的时候，太阳辐射的强度也达到最大。对于地面来说，地面所接收到的太阳辐射还受到下垫面和其他因素的影响。
3.空气温度，空气与外界进行热量交换虽然有传到，辐射，对流，湍流，蒸发等多种方式，但是最主要的还是辐射，辐射是气温周期性变化的主要驱动因素。因此气温的日变化跟太阳辐射的变化趋势大体相同，只是一天的气温的最高值出现的比太阳出现的晚。在空间上，因为近地面气温的热量来源是地表的热量所以近地面温度也会受到下垫面性质的影响。体现在气温的日较差上就是，裸地的日较差大于有植被覆盖的地带的气温日较差。
4.空气湿度，影响空气相对湿度的主要因素是气温，因为气温影响蒸发的水汽量，还会影响到饱和水汽压。一般来说温度对于饱和水汽压的影响会比较大，因此相对湿度的最高值会出现在清晨温度最低时，最高值会出现在正午温度最高的时候。同时相对湿度还会受到天气变化等因素的影响。绝对湿度即实际水汽压主要是受到能够影响蒸发的因素的影响，而温度是主要的因素，在清晨和晚上温度较低的时候，蒸发量少，因此实际水汽压小，在正午时分温度较高，蒸发量大，因此实际水汽压大。在空间上，因为气温受到下垫面性质的影响，因此空气湿度也会受到下垫面性质的影响。
八、改善小气候环境应采取的主要措施
1.改变大气化学组成与气候效应：减少污染气体的排放等。 2.改变下垫面性质与气候效应：植树造林等环保措施。 3.人为热和人为水汽的排放：比如城市热导效应的控制等。
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