1、大气探测学大气探测学1大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计5.4 5.4 电测温度表电测温度表5.5 5.5 地温的测量地温的测量5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备5.7 5.7 测温元件的热滞效应测温元件的热滞效应2大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概概 述述什么是温度？什么是温度？从微观上讲，温度是描述大量分子运从微观上讲，温度是描述大量分子运动平均动能的一个物理量，也就是说动平均动能的一个物理量，也就是说它反映了大量分子无规则运动的剧烈它反映了大量分
2、子无规则运动的剧烈程度。程度。从宏观上讲，温度是反映物体冷热程从宏观上讲，温度是反映物体冷热程度的一个物理量。度的一个物理量。3大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概概 述述达到热平衡达到热平衡的不同物体的不同物体具有相同的具有相同的温度。温度。用温度表来用温度表来测量物体温测量物体温度的依据是度的依据是什么呢？什么呢？4大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概概 述述热平衡？热平衡？当两个冷热不同的物体相互接触时就当两个冷热不同的物体相互接触时就会发生热传导现象，较热的物体总是会发生热传导现象，较热的物体总是将热量传送到较冷的物体，直到这两将热量传送到较冷的物体，直到这两个物体
3、的冷热程度相同，具有一个共个物体的冷热程度相同，具有一个共同的物理性质。同的物理性质。5大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概概 述述温标：温标：（1 1）摄氏温标（）摄氏温标（）（2 2）华氏温标（）华氏温标（）（3 3）热力学温标（）热力学温标（K K）三种温标间的换算关系：三种温标间的换算关系：t15.273T)32(95t6大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概概 述述测温方法：测温方法：（1 1）接触式：测温仪器直接放入大气介质）接触式：测温仪器直接放入大气介质中。中。将仪器的感温元件和被测物体接触，待两将仪器的感温元件和被测物体接触，待两者达到热平衡时，测得感温元件
4、的形体和者达到热平衡时，测得感温元件的形体和特性变化，从而可知被测物体的温度。特性变化，从而可知被测物体的温度。常规测温仪器有温度表和温度计两类。常规测温仪器有温度表和温度计两类。7大气探测第五章：空气温度观测5.1 5.1 概概 述述 （2 2）非接触式：以遥感方式测量大气温度。）非接触式：以遥感方式测量大气温度。根据接收来自被测物的电磁波或声波信息，根据接收来自被测物的电磁波或声波信息，来探测被测物温度。这类仪器不需要使感来探测被测物温度。这类仪器不需要使感应元件与被测物直接接触，因此称为遥感应元件与被测物直接接触，因此称为遥感测温。测温。8大气探测第五章：空气温度观测陆地站观测项目：陆地
5、站观测项目：气温（离地面气温（离地面1.5m1.5m高）高）v干湿球温度干湿球温度v最高、最低温度最高、最低温度v配有温度计的气象站做气温的连续记录配有温度计的气象站做气温的连续记录地温地温v地面温度地面温度v地面最高、最低温度地面最高、最低温度v土壤浅层地温：离地面土壤浅层地温：离地面5 5、1010、1515、20cm20cmv土壤深层地温：离地面土壤深层地温：离地面4040、8080、160160、320cm320cm草面草面(雪面）温度雪面）温度9大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表1.1.构造原理：构造原理：构造：其感应部分是一个充满液体的玻璃构造
6、：其感应部分是一个充满液体的玻璃球或柱，一根一端封闭的玻璃毛细管与它球或柱，一根一端封闭的玻璃毛细管与它相连。相连。常用的测温液有水银和酒精。温度表可以根据不常用的测温液有水银和酒精。温度表可以根据不同的测温目的，选用不同的测温液。同的测温目的，选用不同的测温液。原理：是利用装在玻璃容器中的测温液原理：是利用装在玻璃容器中的测温液体随温度改变引起的体积膨胀，从液柱体随温度改变引起的体积膨胀，从液柱位置的变化来测定温度的。位置的变化来测定温度的。10大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表2.2.灵敏度：灵敏度：设温度为设温度为 0 0时，表内液体体积为时，表内液
7、体体积为 ，液体和玻璃的膨胀系数为液体和玻璃的膨胀系数为和和，毛细管的，毛细管的截面积为，当温度改变截面积为，当温度改变时，液体的时，液体的体积改变，液柱的长度改变，则：体积改变，液柱的长度改变，则：V V0 01+(-)t-V1+(-)t-V0 0=V=V0 0(-)t(-)t V/S=VV/S=V0 0(-)t/S(-)t/S /V V0 0(-)/S(-)/S11大气探测第五章：空气温度观测5.2 玻璃液体温度表 /表示液体温度表的灵敏度，表示液体温度表的灵敏度，即温度改变单位示度时，引起的液柱即温度改变单位示度时，引起的液柱长度的改变量。其大小取决于长度的改变量。其大小取决于V V0
8、0、S S的值的值.温度表内液体体积越大，毛细管截面温度表内液体体积越大，毛细管截面积越小，液体与玻璃的相对膨胀系数积越小，液体与玻璃的相对膨胀系数越大，则温度表的灵敏度就越高。越大，则温度表的灵敏度就越高。/V V0 0(-)/S(-)/S12大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表3.3.测量误差：测量误差：（1 1）基点的永恒位移）基点的永恒位移 （2 2）玻璃变形引起的误差）玻璃变形引起的误差 （3 3）刻度误差）刻度误差上述误差均可以通过对上述误差均可以通过对仪器的检定，得出订正值，仪器的检定，得出订正值，并编制成检定证，使用时对并编制成检定证，使用时
9、对读数加以订正。读数加以订正。13大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表4.4.常用的玻璃液体温度表：常用的玻璃液体温度表：v干湿球温度表干湿球温度表v最高温度表最高温度表v最低温度表最低温度表v地面温度表地面温度表v曲管地温表曲管地温表v直管地温表直管地温表14大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表（1 1）干湿球温度表）干湿球温度表:由两支型号完全一样的由两支型号完全一样的温度表组成。其中干球温度表组成。其中干球温度表用于测定温度表用于测定 1.5 1.5米米高度处的气温。高度处的气温。15大气探测第五章：空气温度观测5.
10、2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表（2 2）最高温度表）最高温度表:它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，使感应部分与毛细管之间形成一窄道。使感应部分与毛细管之间形成一窄道。16大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表最高温度表示意图最高温度表示意图17大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表最高温度表的测量原理：最高温度表的测量原理：升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数，水银被挤进毛细管内；于玻璃热膨胀系数，水银被挤进毛细管内；但
11、在降温时，毛细管内的水银不能通过狭缝但在降温时，毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部，水银柱在此中断。因此，水银退回到球部，水银柱在此中断。因此，水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度。柱顶可指示出一段时间内的最高温度。当观测完时，需要由人工将毛细管中的当观测完时，需要由人工将毛细管中的水银复位。水银复位。18大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表（3 3）最低温度表）最低温度表:感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃感应液是酒精，它的毛细管内有一哑铃形游标。形游标。19大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表 观测时将游标调整到酒精
12、柱的顶端，然后观测时将游标调整到酒精柱的顶端，然后将温度表平放。将温度表平放。升温时，酒精从游标和毛细管之间的狭缝升温时，酒精从游标和毛细管之间的狭缝通过，游标不动；通过，游标不动；温度下降时，液柱顶端表面张力使游标向温度下降时，液柱顶端表面张力使游标向球部方向移动。球部方向移动。因此，游标指示的温度只降不升，远离球因此，游标指示的温度只降不升，远离球部的一端将指示出一定时段的最低温度。部的一端将指示出一定时段的最低温度。20大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表21大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表（4 4）地面温度表）
13、地面温度表:地面温度表地面温度表（又称厘米温度表），地（又称厘米温度表），地面最高和最低温度表的构造和原理，与面最高和最低温度表的构造和原理，与测定气温用的温度表基本相同。测定气温用的温度表基本相同。22大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表（5 5）曲管地温表）曲管地温表:5,10,15,205,10,15,20厘米曲管地温表的构造和原理亦厘米曲管地温表的构造和原理亦基本同上，只是表身下部伸长、长度不一，基本同上，只是表身下部伸长、长度不一，并且在感应部分上端弯折，与表身成并且在感应部分上端弯折，与表身成 135 135夹角。夹角。23大气探测第五章：空气温
14、度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表24大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表（6 6）直管地温表）直管地温表:40,80,160,32040,80,160,320厘米厘米直管地温表原理基本直管地温表原理基本相同。相同。装在带有铜底帽的管装在带有铜底帽的管形保护框内，保护框形保护框内，保护框中部有一长孔，使温中部有一长孔，使温度表刻度部位显露，度表刻度部位显露，便于读数。便于读数。25大气探测第五章：空气温度观测5.2 5.2 玻璃液体温度表玻璃液体温度表26大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计是自动记录气温连
15、续变化的仪器。是自动记录气温连续变化的仪器。由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。由感应部分、传递放大部分、自记部分组成。27大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计1.1.感应部分：感应部分：双金属片双金属片由两层热膨胀系数相差很大的由两层热膨胀系数相差很大的金属薄片热压而成。金属薄片热压而成。膨胀系数大的金属片膨胀系数大的金属片主动片主动片(在下面在下面)，膨胀系数小的金属片膨胀系数小的金属片被动片被动片(在上面）。在上面）。材料材料常用黄铜、无磁钢和殷钢。常用黄铜、无磁钢和殷钢。利用双金属片曲率随温度变化的特性来测利用双金属片曲率随温度变化的特性来测量温
16、度。量温度。28大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计如果固定双金属片如果固定双金属片的一端，另一端作的一端，另一端作为自由端可以随温为自由端可以随温度变化自由移动，度变化自由移动，那么自由端的位移那么自由端的位移量和温度的变化是量和温度的变化是何关系呢何关系呢?29大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计1 1L L0 0(1+(1+1 1t)t)2 2L L0 0(1+(1+2 2t)t)h1h2E设温度为设温度为00时，双金属片是平直的，其时，双金属片是平直的，其长度为长度为L L0 0 ；当温度为时，双金属片产生了弯曲，
17、由当温度为时，双金属片产生了弯曲，由于两个金属片的膨胀系数不一样，因此，于两个金属片的膨胀系数不一样，因此，其长度分别为：其长度分别为：30大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计 弯曲的双金属片可视为以弯曲的双金属片可视为以为半径（以焊接为半径（以焊接面计算即双金属片的中间），以面计算即双金属片的中间），以点为圆心点为圆心的一段圆弧，圆心角为的一段圆弧，圆心角为弧度。如果取双金弧度。如果取双金属片的厚度分别为属片的厚度分别为h h1 1、h h2 2 ，则其长度又可表，则其长度又可表示为示为:21210)(2hhtL可解出：可解出：h1h2E)21()21(2
18、211hRLhRL31大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计 若此时，双金属片焊接面自由端的位若此时，双金属片焊接面自由端的位移量为移量为，则：，则：coscos=2Rsin=2Rsin2 2(/2/2)当当很小时，可以认为：很小时，可以认为：LL0 0/,sinsin2 2(/2/2)()(/2/2)2 2=2 2/4/4At)(212120thhL 因此，双金属片自由端位移量的大小是与温度因此，双金属片自由端位移量的大小是与温度变化成正比的，故温度自记纸具有等分的刻度。变化成正比的，故温度自记纸具有等分的刻度。h1h2E32大气探测第五章：空气温度观测5.
19、3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计.传递放大部分：传递放大部分：主要作用是把双金属片变形的位移量，主要作用是把双金属片变形的位移量，进行传递和放大。进行传递和放大。因双金属片的位移量很小，需在本部因双金属片的位移量很小，需在本部分中利用杠杆原理加以放大；为了将分中利用杠杆原理加以放大；为了将感应部分所得的温度信号记录下来，感应部分所得的温度信号记录下来，也需要通过本部分传递到记录部分。也需要通过本部分传递到记录部分。33大气探测第五章：空气温度观测5.3 5.3 双金属片温度计双金属片温度计3.3.自记部分：自记部分：包括自记钟、自记纸和自记笔三部分。包括自记钟、自记纸和自记笔三部分。温
20、度计应稳固地安装在大百叶箱中下面温度计应稳固地安装在大百叶箱中下面架子上，底座保持水平，感应部分中部架子上，底座保持水平，感应部分中部离地离地1.5m1.5m。34大气探测第五章：空气温度观测35大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表热电偶温度表热电偶温度表金属电阻温度表金属电阻温度表热敏电阻温度表热敏电阻温度表36大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表利用热电原理进行温度测量的利用热电原理进行温度测量的仪器称为热电偶温度表。仪器称为热电偶温度表。37大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表热电原理：热电原理：将两个不
21、同的金属导体，连接成将两个不同的金属导体，连接成一个闭合回路。由于不同导体的一个闭合回路。由于不同导体的自由电子密度不同，在接触处就自由电子密度不同，在接触处就会发生电子的扩散，若两端接触会发生电子的扩散，若两端接触点的温度不同，就会产生温差电点的温度不同，就会产生温差电动势，回路中就有电流产生，这动势，回路中就有电流产生，这种现象叫热电现象。这种装置称种现象叫热电现象。这种装置称为热电偶或温差电偶。为热电偶或温差电偶。38大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表)(12ttE在气象测温范围内，热电偶电动在气象测温范围内，热电偶电动势和温度差（势和温度差（t t2 2-
22、t-t1 1）有这样）有这样的关系：的关系：式中式中为与两金属性质有关的常为与两金属性质有关的常数，称为热电系数。数，称为热电系数。39大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表测温方法：测温方法：电位计法：测定热电偶回路中的温差电动势；电位计法：测定热电偶回路中的温差电动势；检流计法：测定热电偶回路中的电流。检流计法：测定热电偶回路中的电流。测温特点：测温特点：感应元件体积小、惯性系数小、受辐射影感应元件体积小、惯性系数小、受辐射影响较小。常用于测量小空间的脉动温度和响较小。常用于测量小空间的脉动温度和平均温度，对直接测量近地层温度梯度也平均温度，对直接测量近地层温度梯
23、度也十分有利。另外，测量时不需要供电电流，十分有利。另外，测量时不需要供电电流，可以避免电源系统造成测量误差。可以避免电源系统造成测量误差。40大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表测量误差：测量误差：热电偶焊接点清洗不干净，元件和焊剂热电偶焊接点清洗不干净，元件和焊剂受潮氧化，在焊接点附近产生电解物质受潮氧化，在焊接点附近产生电解物质而产生的附加化学电动势引起的误差以而产生的附加化学电动势引起的误差以及导线导热的误差。及导线导热的误差。41大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表测量原理：测量原理：金属导体电阻的阻值随金属导体电阻的阻值随温度
24、的升高而增大，根温度的升高而增大，根据电阻和温度的这种关据电阻和温度的这种关系，只要测定金属电阻系，只要测定金属电阻的阻值，就可知导体所的阻值，就可知导体所处环境的温度。处环境的温度。42大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表在气象范围内，金属电阻值与温度在气象范围内，金属电阻值与温度的关系：的关系：R Rt t=R=R0 0(1+(1+t)t)R Rt t温度在温度在t t时的电阻时的电阻 R R0 0温度在温度在0 0时的电阻时的电阻 金属电阻的温度系数金属电阻的温度系数43大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表对上式微分，得电阻温对上式
25、微分，得电阻温度表的灵敏度：度表的灵敏度：SLR/000RdtdRt其中其中 金属在金属在0 0时的电阻率时的电阻率 L L电阻丝长度电阻丝长度 S S电阻丝截面积电阻丝截面积0灵敏度与灵敏度与电阻温度系数、金属电阻率、电阻温度系数、金属电阻率、金属丝长度成正比，与电阻丝的截面积金属丝长度成正比，与电阻丝的截面积成反比。成反比。44大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表金属材料的要求：金属材料的要求：（1 1）电阻元件具有较大的电阻温度系数。）电阻元件具有较大的电阻温度系数。（2 2）电阻元件的电阻率大。）电阻元件的电阻率大。（3 3）电阻元件与温度有很好的线性关系。
26、）电阻元件与温度有很好的线性关系。（4 4）电阻元件的物理和化学性能稳定。）电阻元件的物理和化学性能稳定。气象上，常用于测温的金属电阻材料，有气象上，常用于测温的金属电阻材料，有铂、镍、铜几种。铂、镍、铜几种。45大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表测量原理：测量原理：半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，因此它具有负温度系数。这是因为当温度升高因此它具有负温度系数。这是因为当温度升高时，半导体内载流子受热激发，使载流子浓度时，半导体内载流子受热激发，使载流子浓度大大增加，从而使半导体电阻值急剧下降。大大增加，从而使半导体电
27、阻值急剧下降。R RT T=Ae=AeB/T AB/T A、B B是定标常数是定标常数根据电阻和温度的这种关系，只要测定电阻的根据电阻和温度的这种关系，只要测定电阻的阻值，就可知半导体所处环境的温度。阻值，就可知半导体所处环境的温度。46大气探测第五章：空气温度观测5.4 5.4 电测温度表电测温度表仪器特点：仪器特点：可远距离测量温度，而且测量的灵敏度高。可远距离测量温度，而且测量的灵敏度高。半导体热敏电阻的阻值很大，比金属电阻半导体热敏电阻的阻值很大，比金属电阻高。因此，在进行测量时，导线电阻的变高。因此，在进行测量时，导线电阻的变化对测量精确度不会有很大影响。化对测量精确度不会有很大影响
28、。缺点：缺点：热敏电阻与温度为非线性关系，稳热敏电阻与温度为非线性关系，稳定性较差，互换性不好。定性较差，互换性不好。47大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量地温：地温：是地表温度和不同深度的土壤温度是地表温度和不同深度的土壤温度的统称。的统称。测量地温的仪器主要有玻璃液体地测量地温的仪器主要有玻璃液体地温表和铂电阻地温传感器。温表和铂电阻地温传感器。48大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量地表温度测量的复杂性：地表温度测量的复杂性：（1 1）地表面及贴地层的温度梯度大，要）地表面及贴地层的温度梯度大，要使传感器只与土壤表面进行热交换，而
29、使传感器只与土壤表面进行热交换，而不受地表面以下土壤或贴地层空气的影不受地表面以下土壤或贴地层空气的影响是不可能的。响是不可能的。（2 2）防辐射问题不能用遮蔽阳光的方法，）防辐射问题不能用遮蔽阳光的方法，否则遮蔽处的热交换状况与周围地表将否则遮蔽处的热交换状况与周围地表将有所不同，而不加遮蔽则阳光直射造成有所不同，而不加遮蔽则阳光直射造成辐射误差影响增大。辐射误差影响增大。49大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量（3 3）即使同一块地面（裸地），由于地）即使同一块地面（裸地），由于地表不同部位的物理、化学性能的差别以表不同部位的物理、化学性能的差别以及平整度和土壤
30、颗粒大小不同，测出来及平整度和土壤颗粒大小不同，测出来的温度也会有较大的差别。的温度也会有较大的差别。理想的测量土壤表面温度的仪器：理想的测量土壤表面温度的仪器：非接触式的红外辐射计。非接触式的红外辐射计。50大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量地温测量仪器的使用：地温测量仪器的使用：（1 1）地面温度表、曲管地温表）地面温度表、曲管地温表观测地段要求：设在观测场内南面裸地上，面积为观测地段要求：设在观测场内南面裸地上，面积为2 24m4m，地表疏松、平整、无草，并与观测场整个，地表疏松、平整、无草，并与观测场整个地面齐平。地面齐平。安装位置：地面三支表放在地安装位
31、置：地面三支表放在地段中央偏东，按段中央偏东，按0cm0cm、最低、最低、最高自北向南平行排列，感应最高自北向南平行排列，感应部分向东，在南北一条线上，部分向东，在南北一条线上，表间距表间距5cm5cm。51大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量安装位置：曲管地温表安放在最低表安装位置：曲管地温表安放在最低表的西侧约的西侧约20cm20cm处，按处，按5 5、1010、1515、20cm20cm从东向西排列，表间距从东向西排列，表间距10cm10cm，表身与，表身与地面成地面成4545度角。度角。踏板：为避免践踏土壤，踏板：为避免践踏土壤，在地温表北面相距约在地温表北
32、面相距约40cm40cm处，东西向放置栅处，东西向放置栅条式木制踏板，宽约条式木制踏板，宽约30cm30cm，长约，长约100cm100cm。52大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量（2 2）直管地温表）直管地温表观测地段要求：观测场南面有自然覆盖物（草皮或观测地段要求：观测场南面有自然覆盖物（草皮或浅草层，不长草的地区除外）的地面，面积浅草层，不长草的地区除外）的地面，面积3 34m4m。安装位置：自西向东，由浅而深，表间距安装位置：自西向东，由浅而深，表间距50cm50cm。踏板：为方便操作、保护踏板：为方便操作、保护草层和积雪层，在地温表草层和积雪层，在地温表
33、北面约北面约30cm30cm处设一木制台处设一木制台架，高度与地温表外管高架，高度与地温表外管高度相同。度相同。53大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量一般使用铂电阻地温传感器。一般使用铂电阻地温传感器。自动观测系统中的地面温度和浅层地温的观测自动观测系统中的地面温度和浅层地温的观测地段，设在原安装地面温度表和曲管地温表东地段，设在原安装地面温度表和曲管地温表东侧的裸地内，电缆埋在浅土层中，其它相同。侧的裸地内，电缆埋在浅土层中，其它相同。（3 3）地面和浅层地温传感器：）地面和浅层地温传感器：54大气探测第五章：空气温度观测各安装在一根木棒上，木棒的各安装在一根木
34、棒上，木棒的长度依深度而定长度依深度而定(可使用原直管可使用原直管地温表的木棒地温表的木棒)，专用套管安装，专用套管安装在人工观测的直管地温表套管在人工观测的直管地温表套管的南侧的南侧50cm50cm处，并一一对应。处，并一一对应。将传感器安装在相应的专用套将传感器安装在相应的专用套管内。管内。（4 4）深层地温传感器：）深层地温传感器：55大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量使用铂电阻传感器。使用铂电阻传感器。观测区域位于裸地地温观测区西侧，草地面积约观测区域位于裸地地温观测区西侧，草地面积约1 1平平方米。方米。传感器安装在距地传感器安装在距地6cm6cm高度处
35、，并与地面大致平行。高度处，并与地面大致平行。连接电缆大部分埋设在土壤中，但在传感器一端有连接电缆大部分埋设在土壤中，但在传感器一端有0.5m0.5m左右的电缆露出地面，可方便移动。左右的电缆露出地面，可方便移动。（5 5）草面（或雪面）温度传感器）草面（或雪面）温度传感器：当草株高度超过当草株高度超过10cm10cm时，应修剪草层高度。时，应修剪草层高度。56大气探测第五章：空气温度观测5.5 5.5 地温的测量地温的测量在冬季，当有降雪但未掩没草层时，继在冬季，当有降雪但未掩没草层时，继续进行草温观测。当积雪掩没草层时，将续进行草温观测。当积雪掩没草层时，将传感器置于原来位置的雪面上，一半
36、埋在传感器置于原来位置的雪面上，一半埋在雪中，一半露出雪面，测量雪面温度。雪中，一半露出雪面，测量雪面温度。观测雪面温度时，如雪层发生变化，应观测雪面温度时，如雪层发生变化，应在巡视时将传感器重新置于雪面上。积雪在巡视时将传感器重新置于雪面上。积雪融化后，继续观测草温。融化后，继续观测草温。草温和雪温观测的切换应在草温和雪温观测的切换应在2020时进行。时进行。57大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备气温测量中为什么要防辐射？气温测量中为什么要防辐射？由于太阳的直接辐射和地面的反射辐射由于太阳的直接辐射和地面的反射辐射等影响，会使测温元件的表
37、示度与实际等影响，会使测温元件的表示度与实际气温存在差异，在白天强日射的情况下，气温存在差异，在白天强日射的情况下，将使元件温度高于气温，导致较大的误将使元件温度高于气温，导致较大的误差。差。58大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备防止辐射误差的途径有哪些？防止辐射误差的途径有哪些？（3）人工通风，促进元件与空气之间的热交换，）人工通风，促进元件与空气之间的热交换，减小两者之间的温差。减小两者之间的温差。（1）屏蔽，使太阳辐射和地面辐射不能直接照）屏蔽，使太阳辐射和地面辐射不能直接照射到测温元件上。射到测温元件上。（2）增加元件的反射率，使到
38、达元件表面的短）增加元件的反射率，使到达元件表面的短波辐射绝大部分被反射掉。波辐射绝大部分被反射掉。（4）采用极细的金属丝元件，减小元件的热容）采用极细的金属丝元件，减小元件的热容量，有利于热交换强。量，有利于热交换强。59大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备三种常用的防辐射设备：三种常用的防辐射设备：百百叶叶箱箱通通风风干干湿湿表表防防辐辐射射罩罩60大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备木制百叶箱：木制百叶箱：构造：四壁是由双层百叶构造：四壁是由双层百叶木片组成，百叶片向内、木片组成，百叶
39、片向内、外倾斜各外倾斜各4545，箱顶和箱，箱顶和箱底各由三块宽底各由三块宽110110毫米的毫米的木板组成，中间一块比边木板组成，中间一块比边上两块稍高，以利空气上上两块稍高，以利空气上下流通，箱底离地面高下流通，箱底离地面高125125厘米，箱门朝正北，厘米，箱门朝正北，箱底保持水平。箱底保持水平。61大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备百叶箱分大小两种：百叶箱分大小两种：小百叶箱内部高小百叶箱内部高537mm537mm、宽、宽460mm460mm、深、深290mm290mm，安置干，安置干湿球、最高最低温度表和湿球、最高最低温度表和毛发
40、湿度表；毛发湿度表；大百叶箱内部高大百叶箱内部高612mm612mm、宽、宽460mm460mm、深、深460mm460mm，安置温，安置温度计、湿度计或传感器。度计、湿度计或传感器。百叶箱内外各部分均涂刷百叶箱内外各部分均涂刷白色油漆。白色油漆。62大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备玻璃钢百叶箱：玻璃钢百叶箱：构造：包括百叶箱和支架构造：包括百叶箱和支架两部分。其叶片为倒两部分。其叶片为倒“V”“V”形，上盖有一漏斗状通风形，上盖有一漏斗状通风口，通风好，耐腐蚀；顶口，通风好，耐腐蚀；顶盖内部为蜂窝结构的玻璃盖内部为蜂窝结构的玻璃钢，重量
41、轻，隔热好；立钢，重量轻，隔热好；立柱为独柱式支撑，玻璃钢柱为独柱式支撑，玻璃钢制成，强度好、耐腐蚀、制成，强度好、耐腐蚀、重量轻。重量轻。63大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备优点：在性能、寿命、优点：在性能、寿命、外观等方面均有明显的外观等方面均有明显的突破。性能上它通过减突破。性能上它通过减小热容、增设垂直通风小热容、增设垂直通风口等措施使箱内外环境口等措施使箱内外环境随外界气候变化的速度随外界气候变化的速度得以加快，而且防强风、得以加快，而且防强风、雨、雪、太阳辐射的能雨、雪、太阳辐射的能力有所提高。力有所提高。64大气探测第五章：
42、空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备通风干湿表：通风干湿表：阿斯曼通风干湿表阿斯曼通风干湿表百叶箱通风干湿表百叶箱通风干湿表遥测通风干湿表遥测通风干湿表均是采用人工通风的方法均是采用人工通风的方法防止辐射，用来测量空气防止辐射，用来测量空气的温度和湿度。的温度和湿度。65大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备阿斯曼通风干湿表：阿斯曼通风干湿表：内装相同的两支温度表。内装相同的两支温度表。球部处于双层防辐射套管球部处于双层防辐射套管的中心，仪器上部是一个的中心，仪器上部是一个通风器，它可以以发条或通风器，它可以
43、以发条或微型电动机为动力微型电动机为动力;扇叶旋转时将空气从温度扇叶旋转时将空气从温度表球部所处的套管口吸入，表球部所处的套管口吸入，经叉管和主管流至扇叶，经叉管和主管流至扇叶，然后排出仪器之外。然后排出仪器之外。66大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备双层防辐射套管的结构须考虑：双层防辐射套管的结构须考虑：（1 1）内、外套管之间必须设有隔热垫片，以免热）内、外套管之间必须设有隔热垫片，以免热量传入内部感应元件。量传入内部感应元件。（2 2）外套管外壁必须具有良好的反射率，以防止）外套管外壁必须具有良好的反射率，以防止辐射增热。辐射增热。（
44、3 3）外套管与叉管间必须有隔热环。）外套管与叉管间必须有隔热环。（4 4）通风器吸进的空气必须首先与温度表的干、）通风器吸进的空气必须首先与温度表的干、湿元件接触。湿元件接触。（5 5）保持一定的通风速度，温度表球部附近的通）保持一定的通风速度，温度表球部附近的通风速度在风速度在2.02.03.03.0米秒。米秒。67大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备防辐射罩防辐射罩:轻便防辐射罩轻便防辐射罩 小型防辐射罩小型防辐射罩 主要在野外考察时使用。主要在野外考察时使用。利用自然通风的防辐射装置。利用自然通风的防辐射装置。68大气探测第五章：空气
45、温度观测5.6 5.6 气温测量中的防辐射设备气温测量中的防辐射设备罩的上板为伞形金属薄板，下板为罩的上板为伞形金属薄板，下板为金属平板与伞板相连。金属平板与伞板相连。金属板外侧镀铬具有良好反射率，金属板外侧镀铬具有良好反射率，向内的一面涂黑，以便吸收罩内层的向内的一面涂黑，以便吸收罩内层的辐射。辐射。两块金属板之间嵌有两块透明的有两块金属板之间嵌有两块透明的有机玻璃，传感器就安置在它们之间的机玻璃，传感器就安置在它们之间的夹层中。夹层中。板的作用是为了隔绝金属板上的热板的作用是为了隔绝金属板上的热对流。对流。轻便防辐射罩轻便防辐射罩69大气探测第五章：空气温度观测5.6 5.6 气温测量中的
46、防辐射设备气温测量中的防辐射设备圆形合叶塔式，结构稳固，不圆形合叶塔式，结构稳固，不因外界干扰引起共振，有良好的因外界干扰引起共振，有良好的通风散热效果，具有美观、防辐通风散热效果，具有美观、防辐射、通风、方便等特点。射、通风、方便等特点。小型防辐射罩小型防辐射罩防辐射罩性能不如百叶箱，在特防辐射罩性能不如百叶箱，在特殊条件下，如静风，用百叶箱和殊条件下，如静风，用百叶箱和防辐射罩同时进行气温测量，相防辐射罩同时进行气温测量，相差可达差可达2-32-3度，应注意。度，应注意。70大气探测第五章：空气温度观测M M：测温元件质量：测温元件质量S S：元件的有效面积：元件的有效面积C C：元件比热
47、容：元件比热容h h：热交换系数：热交换系数热滞系数热滞系数：反映测温元件响应外界温度：反映测温元件响应外界温度变化快慢的一个参量（单位为秒）。变化快慢的一个参量（单位为秒）。5.7 5.7 测温元件的热滞效应测温元件的热滞效应1()h sC M热滞系数特性：元件的热容热滞系数特性：元件的热容MCMC越小，有效面越小，有效面积积S S越大，热交换系数越大，热交换系数h h越大，则越大，则越小。越小。71大气探测第五章：空气温度观测1()d TTd 越小，则元件温度随时间的变化率的绝越小，则元件温度随时间的变化率的绝对值越大，表明测温元件的响应越快。对值越大，表明测温元件的响应越快。5.7 5.
48、7 测温元件的热滞效应测温元件的热滞效应元件温度的变化速率可表示为：元件温度的变化速率可表示为：T T：测温元件的温度：测温元件的温度 ：被测对象（介质）温度：被测对象（介质）温度?：时间：时间72大气探测第五章：空气温度观测复习思考题1.1.试述玻璃液体温度表的测温原理，并比较水银与酒精温度试述玻璃液体温度表的测温原理，并比较水银与酒精温度表的优缺点。表的优缺点。2.2.最高和最低温度表的构造与性能有何不同？各自的工作原最高和最低温度表的构造与性能有何不同？各自的工作原理是什么？理是什么？3.3.双金属片测温原理是什么？双金属片测温原理是什么？4.4.电测金属电阻温度表测温特性有何不同？电测金属电阻温度表测温特性有何不同？5.5.地温测量有哪些项目，主要的测量仪器有哪些，各有何特地温测量有哪些项目，主要的测量仪器有哪些，各有何特点？点？6.6.为什么地表温度的测量要比空气温度的测量复杂？为什么地表温度的测量要比空气温度的测量复杂？7.7.气温测量的防辐射设备有哪几种？作用是什么？防辐射误气温测量的防辐射设备有哪几种？作用是什么？防辐射误差的途径有哪些？差的途径有哪些？8.8.什么叫测温元件的热滞效应什么叫测温元件的热滞效应?73大气探测第五章：空气温度观测
