自然地理学实验气压.ppt

实验二、气压观测实验二、气压观测(一一)目的与要求目的与要求 了了解解水银气压表和和空盒气压表的的构构造造原原理理，掌握水银气压表的观测方法及本站气压的订正方法。掌握水银气压表的观测方法及本站气压的订正方法。(二二)主要内容主要内容 (1)(1)观察各测压仪器的构造，了解其测压原理；观察各测压仪器的构造，了解其测压原理；(2)(2)利利用用动槽式水水银银气气压压表表观观测测气气压压及及进进行行本本站站气压订正。气压订正。(三三)仪器构造及原理仪器构造及原理 气气象象台台站站常常用用水水银银气气压压表表测测定定本本站站气气压压，野野外外观观测常使用空盒气压表。测常使用空盒气压表。水银气压表水银气压表空盒气压计空盒气压计 1 1水银气压表水银气压表 水银气压表水银气压表是用一根一端封闭的玻璃管，装满水银，开是用一根一端封闭的玻璃管，装满水银，开口一端插入水银槽中，管内水银柱受重力作用而下降，当作口一端插入水银槽中，管内水银柱受重力作用而下降，当作用在水银槽水银面上的大气压强与玻璃管内水银柱的压强相用在水银槽水银面上的大气压强与玻璃管内水银柱的压强相平衡时，水银柱就稳定在某一高度上，这个高度就表示出当平衡时，水银柱就稳定在某一高度上，这个高度就表示出当时的气压。根据压强公式：时的气压。根据压强公式：p=wp=ws=s=gv/sgv/s=ghgh 式中：式中：w w为水银柱重量为水银柱重量 v v为水银柱体积为水银柱体积 s s为内管截面积为内管截面积 为水银密度为水银密度 g g为重力加速度为重力加速度 h h为水银柱高度为水银柱高度 在在标标准准状状态态下下(t=O(t=O，纬纬度度4545的的海海平平面面上上)与与g g为为常常量量，气气压压只只是是水水银银柱柱高高度度的的函函数数，故故可可用用水水银银柱柱高高度度h h表示气压的高低。表示气压的高低。动动槽槽式式水水银银气气压压表表(福丁式福丁式)这这种种仪仪器器的的主主要要特特点点是是有有一一个个“固固定定零零点点”，每每次次观观测测时时，需需将将水水银银面面调调整整到到这这个个零零点点上上。构构造造可可分分为为内内管管、外外套套管管、水水银银槽槽与与附附属属温温度度表表等等几部分。几部分。动槽式水银气压表动槽式水银气压表(福丁式福丁式)内内管管：是是一一根根直直径径约约8mm8mm，长长约约900mm900mm的的玻玻璃璃管管。这这根根玻玻璃璃管管的的顶顶端端封封闭闭，底底端端开开口口，开开口口处处的的内内径径较较小小，经经过过专专门门的的方方法法洗洗涤涤干干净净并并抽抽成成真真空空后后，用用十十分分纯纯净净的的水水银银灌灌满满。内内管管装装在在气气压压表表外外部部的的套套管管中中，用用数数个个软软木木圈圈支支住住，开开口口的的一一端端插插在在水水银银槽里。槽里。动槽式水银气压表动槽式水银气压表(福丁式福丁式)外套管外套管：是用：是用黄铜黄铜制成。制成。它它的的作作用用是是保保护护与与固固定定内内管管，同同时时刻刻有有标标尺尺。套套管管的的顶顶端端有有悬悬环环，上上半半部部前前后后都都开开有有长长方方形形窗窗孔孔，用用来来观观测测内内管管中中水水银银柱柱的的高高低低，转转动动调调整整螺螺旋旋能能使使游游尺尺上上下下移移动动，标标尺尺和和游游尺尺是是用用来来测测定定气气压压整整数数和和小小数数的的。铜铜套套管管下下部部装装有有一一只只附附属属温温度度表表，其其球球部部在在内内管管与与套套管管之之间间，用用来来测测定定水水银银及及铜铜套套管管的的温温度度。套套管管的的下下端端与与水水银银槽槽相相连接。连接。动槽式水银气压表动槽式水银气压表(福丁式福丁式)水水银银槽槽：分分为为上上下下两两部部分分，中中间间有有一一个个玻玻璃璃圈圈，并并用用三三根根吊吊环环螺螺丝丝扣扣紧紧。通通过过玻玻璃璃圈圈可可以以看看见见槽槽内内水银面。水银面。槽槽的的上上部部主主要要是是一一个个皮皮囊囊,由由很很软软的的羊羊皮皮制制成成，其其特特性性是是能能通通气气而而不不漏漏水水银银。皮皮囊囊的的一一头头牢牢固固的的紧紧扎扎在在玻玻璃璃内内管管上上，另另一一端端扎扎在在上上木木杯杯上上，此此木木杯杯中中间间凸凸出出成成圆圆筒筒形形，内内管管即即通通过过此此木木杯杯而而深深入入槽槽内内。用用来来指指示示刻刻度度零零点点的的象象牙牙针针，就就固固定定在木杯的平面上，而其尖端向下。在木杯的平面上，而其尖端向下。动槽式水银气压表动槽式水银气压表(福丁式福丁式)水水银银槽槽：分分为为上上下下两两部部分分，中中间间有有一一个个玻玻璃璃圈圈，并并用用三三根根吊吊环环螺螺丝丝扣扣紧紧。通通过过玻玻璃璃圈圈可可以以看看见见槽槽内内水银面。水银面。槽槽的的下下部部有有一一个个皮皮囊囊，呈呈圆圆袋袋状状，袋袋口口扎扎在在下下木木杯杯的的下下部部。此此木木杯杯分分成成上上下下两两截截，以以螺螺丝丝紧紧连连着着上上下下。木木杯杯均均放放在在铜铜制制槽槽座座内内，下下皮皮囊囊的的外外面面有有一一铜铜套套管管，在在铜铜套套管管底底盘盘中中央央有有一一用用以以调调节节下下皮皮囊囊水水银银面面升升降降的的调调整整螺螺丝丝，螺螺丝丝的的顶顶部部有有一一光光滑滑的的小小木木托托顶顶住住下下皮皮囊囊，以以免免皮皮囊囊受磨损。受磨损。2 2空盒气压表空盒气压表 空空盒盒气气压压表表多多用用于于野野外外观观测测，它它由由感感应应、传传动动放放大大、指指示示三三部部分分组组成成。大大气气压压力力作作用用在在空空盒盒上上时时，空空盒盒被被压压缩缩。当当空空盒盒弹弹力力与与大大气气压压力力相相平平衡衡时时，空空盒盒就就保保持持一一定定的的形形状状。指指针针就就指指出出相相应应的的气气压压值值。当当大大气气压压力力增增大大时时，空空盒盒就就进进一一步步被被压压缩缩，带带动动连连结结杆杆右右移移，指指示示气气压压升升高高。反反之之，当当气气压压减减小小时时，空空盒盒就就膨膨胀胀，带带动动连连结结杆杆左左移移，指指示气压降低。示气压降低。3 3气压计气压计 气气压压计计是是用用来来记记录录气气压压连连续续变变化化的的仪仪器器，在在构构造造上上分分为为感感应应、传传递递放放大大和和自自记记三三部部分分。感感应应部部分分是是由由几几个个空空盒盒串串联联而而成成，原原理理与与空空盒盒气气压压表表相相同同。传传递递放放大大部部分分由由两两组组杠杠杆杆组组成成。自自记记部部分分与与温温度度计计、湿湿度度计计相相同同。气气压压计计水平稳固地安置在室内水银气压表附近的台架或桌子上。水平稳固地安置在室内水银气压表附近的台架或桌子上。(四四)观测方法和步骤观测方法和步骤 1 1水银气压表的安置水银气压表的安置水水银银气气压压表表应应垂垂直直悬悬挂挂在在气气压压室室特特制制的的三三角角保护箱保护箱内，内，保护箱应固定安装保护箱应固定安装在墙上或柱子上。在墙上或柱子上。气压表的悬挂高度以观测员便于读数为准。气压表的悬挂高度以观测员便于读数为准。气气压压室室内内光光线线要要充充足足，温温度度变变化化应应很很小小，并并尽量避免阳光的直接照射。尽量避免阳光的直接照射。室内应保持空气流通，但应避免直接通风。室内应保持空气流通，但应避免直接通风。(四四)观测方法和步骤观测方法和步骤 2 2动槽式水银气压表的观测步骤动槽式水银气压表的观测步骤 (1)(1)观观测测附附属属温温度度，精精确确到到0 011，并并经经附附温温表表的的器差订正。器差订正。(2)(2)调调整整水水银银槽槽内内水水银银面面，使使之之与与象象牙牙针针恰恰恰恰相相接。调整时，动作要轻且慢。接。调整时，动作要轻且慢。(3)(3)调调整整游游尺尺，使使其其稍稍高高于于水水银银柱柱顶顶，然然后后再再慢慢慢慢下下降降，直直到到游游尺尺环环的的下下缘缘与与水水银银柱柱凸凸面面顶顶点点相相切切。此此时时，在在游游尺尺下下缘缘即即可可读读出出整整数数，从从游游尺尺上上找找出出一一根根与与标标尺尺上上某某一一刻刻度度相相吻吻合合的的刻刻度度线线，则则游游尺尺上上这这根根刻刻度度线的数字就是线的数字就是小数小数读数。读数。(4)(4)读读数数并并记记录录后后，旋旋转转底底部部螺螺旋旋，降降低低水水银银面面，使其离开象牙针。使其离开象牙针。3.3.本站气压订正本站气压订正 水水银银气气压压表表的的读读数数，只只表表示示观观测测所所得得的的水水银银柱柱高高度度。由由于于仪仪器器差差的的存存在在和和气气压压表表并并不不总总是是在在标标准准条条件件下下使使用用，即即使使气气压压相相同同，也也会会因因温温度度和和重重力力加加速速度度的的不不同同，水水银银柱柱高高度度不不一一样样。因因此此，水水银银气气压压表表读读数数须须顺顺序序经经过过仪仪器器差差、温温度差度差、重力差重力差三步订正才是本站气压。三步订正才是本站气压。(1)(1)仪器差订正仪器差订正(C(C1 1)从从该该气气压压表表的的检检定定证证中中查查取取仪仪器器差差订订正正值值，然然后后与与气气压压读读数数相相加加，其其代代数数和和即即为为经经器器差差订订正后的气压值。正后的气压值。(2)(2)温度差订正温度差订正(Ct)(Ct)当当温温度度变变化化时时，水水银银和和测测量量水水银银柱柱高高度度的的黄黄铜铜标标尺尺也也随随之之发发生生热热胀胀冷冷缩缩的的变变化化，因因水水银银和和黄黄铜铜的的热热膨膨胀胀系系数数不不同同(水水银银线线胀胀系系数数 a=0.0001818a=0.0001818，黄黄 铜铜 的的 线线 胀胀 系系 数数r=0.0000184)r=0.0000184)，这这就就引引起起了了示示度度的的改改变变。这这种种纯纯由由温温度度的的变变化化而而引引起起的的气气压压读读数数的的改变值，称为水银气压表的温度差。改变值，称为水银气压表的温度差。(2)(2)温度差订正温度差订正(Ct)(Ct)当当附附温温在在零零上上时时，CtCt为为负负，因因为为水水银银膨膨胀胀较较铜铜尺尺膨膨胀胀得得大大，这这样样，依依水水银银柱柱高高度度来来测测气气压压时时，就就会会比比实实际际偏偏高高，因因而而要要减减去去，即订正时需减去水银多伸长的部分；即订正时需减去水银多伸长的部分；反反之之附附温温在在零零下下时时，CtCt为为正正，即即订订正正时时需需加回水银多收缩了的部分。加回水银多收缩了的部分。为为使使用用方方便便，编编制制成成气气象象常常用用表表第第2 2号号第第1 1表表。每每次次直直接接利利用用经经器器差差订订正正后后的的气气压压值值及及附属温度值，直接查取温度差订正值。附属温度值，直接查取温度差订正值。查表方法是查表方法是：从从横横行行查查取取气气压压值值(mm(mm或或hPahPa)，表表上上气气压压数数值值在在814mm814mm以以下下时时，每每隔隔2mm2mm或或hPahPa一一行行。820mm820mm以以上上时时每每隔隔10mm10mm或或hPahPa一一行行，查查时时采采用用靠靠近近法法(因因订订正正值值相相差差很很小小)，若若气气压压正正好好在在两两个个气气压压中中间间应取气压偏大的二行的温度差。应取气压偏大的二行的温度差。再再用用第第一一纵纵行行找找出出附附温温的的整整数数，由由附附温温与与气气压压相相交交处处查查出出温温度度差差订订正正值值。若若附附温温有有小小数数，则则从从表表的的下下部部小小数数部部分分查查出出相相应应的的订订正正值值，加加在整数的订正值上。在整数的订正值上。例例1 1 经经器器差差订订正正后后的的气气压压为为1013.5 1013.5 hPahPa，附附温温为为13.313.3。从从气气象象常常用用表表第第2 2号号第第1 1表表取取气气压压1013.5hPa1013.5hPa的的一一行行，附附温温取取1313一一行行，在在相相交交处处查查得得2.142.14，再再 查查 小小 数数 表表 0.30.3得得 0.050.05，则则 温温 度度 差差 订订 正正 值值Ct=2.14+0.05=2.19Ct=2.14+0.05=2.19。因因t0t0，故故订订正正值值为为负负值值，C Ct t =-2.19-2.19。于于是是经经温温度度差差订订正正后后的的气气压压值值为为：1013.5 1013.5-2.19 2.19=1011.31 1011.31 hpahpa。(3)(3)重力差重力差(Cg)(Cg)订正订正 水水银银气气压压表表是是以以纬纬度度4545海海平平面面上上的的重重力力为为标标准准的的，凡凡纬纬度度不不在在4545，海海拔拔不不在在海海平平面面上上的的气气压压表表，由由于于重重力力的的改改变变，使使水水银银气气压压表表的的水水银银柱柱高高度度也也要要改改变变。这这种种因因重重力力不不同同，而而造造成成的的水水银银柱柱高高度度与与标标准准重重力力情情况况下下的的水水银银柱柱高高度度差差值值，称称为为重重力力差差。为为此此，凡凡纬纬度度不不在在4545，海海拔拔高高度度不不在在海海平平面面上上的的台台站站，均均需需将将经经器器差差、温温度度差差订订正正后后的的水水银银柱柱高高度度进进行行重重力力差差订订正正。重重力力差差订订正正分分纬纬度度重重力力差差与与高高度度重重力力差差两两种。种。(3)(3)重力差重力差(Cg)(Cg)订正订正 1)1)纬度重力差订正纬度重力差订正(C(C)：纬度重力差是由于不在：纬度重力差是由于不在纬度纬度4545的地方，与纬度的地方，与纬度4545处所要重力不同而引起处所要重力不同而引起的水银柱示度差值。的水银柱示度差值。地球是一个地球是一个椭球体椭球体，使各纬度地面距地心的距离随，使各纬度地面距地心的距离随着纬度的增高而减小，因此地心引力随纬度的增高而着纬度的增高而减小，因此地心引力随纬度的增高而增大，则增大，则重力随着纬度的增高而增大重力随着纬度的增高而增大。由于取由于取4545为标准，为标准，纬度小于纬度小于4545的地区的地区所受的所受的重力比纬度重力比纬度4545处为小，当实际气压相同时需要有较处为小，当实际气压相同时需要有较长的一段水银柱与外界大气压相平衡，与纬度长的一段水银柱与外界大气压相平衡，与纬度4545处处比较，则比较，则读数偏高读数偏高，故应减去因重力小而多出的一，故应减去因重力小而多出的一段水银柱，即段水银柱，即C C为负为负。反之，反之，纬度高于纬度高于4545的地区所受的重力大，相似的地区所受的重力大，相似气压情况下，水银柱就气压情况下，水银柱就偏低偏低，故，故C C为正为正。纬纬度度重重力力差差C C可可以以直直接接从从气气象象常常用用表表第第3 3号号第第1 1表表查出。查出。查查表表方方法法是是：用用经经器器差差、温温度度差差订订正正后后的的气气压压值值与与台台站站纬纬度度查查表表。表表上上气气压压每每隔隔5mm5mm一一行行，查查时时采采用用靠靠近近法法。纬纬度度每每隔隔3030一一行行，查查表表时时须进行须进行内插内插。例例2 2 经经器器差差、温温度度差差订订正正后后的的气气压压值值为为1011.31 1011.31 hPahPa，=36=360 02020，求，求C Ci i将将hPahPa化为化为mmmm(查气象常用表第查气象常用表第2 2号第号第3 3表表)，1hpa1hpa3 34mm4mm 1011.31hPa=758.55mm 1011.31hPa=758.55mm；iiii气压查气压查760760这一行；这一行；iiiiii纬度进行纬度进行线性内插线性内插：36360000为为0.620.6236363030为为0.590.593030 ：2020=-0.03=-0.03：x xx=-0.03*20 x=-0.03*20/30/30=-0.02=-0.02故故36362020处处的的纬纬度度重重力力差差为为：0.62 0.62-0.02 0.02=0.600.60；iviv因为因为4545，故，故CC=-0.60=-0.60；2)2)高度重力差订正高度重力差订正(ChCh)：因因地地心心引引力力与与物物体体离离地地心心距距离离的的平平方方成成反反比，物体的高度升高，地心引力就减小。比，物体的高度升高，地心引力就减小。当当气气压压相相同同时时，以以海海平平面面为为标标准准，高高于于海海平平面面的的地地方方，则则水水银银柱柱长长度度比比海海平平面面处处的的长，气压示度就会偏高，订正值长，气压示度就会偏高，订正值ChCh为负；为负；反之，低于海平面的地方，反之，低于海平面的地方，ChCh为正。为正。这种误差订正即为高度重力差订正。这种误差订正即为高度重力差订正。2)2)高度重力差订正高度重力差订正(Ch)(Ch)：高高度度重重力力差差可可以以从从气气象象常常用用表表第第3 3号号第第2 2表表直直接查取。接查取。方方法法是是：用用经经器器差差、温温度度差差订订正正后后的的气气压压与与水水银银槽槽海海拔拔高高度度查查表表。表表中中气气压压每每隔隔20mm20mm一一行行，海海拔拔高高度度每每隔隔50m50m行行。因因订订正正值值变变化化很很小，故均采用小，故均采用靠近法靠近法。例例3 3 经经器器差差、温温度度差差订订正正后后的的气气压压值值为为755.66mm755.66mm，气压表的海拔高度为，气压表的海拔高度为125.Om125.Om，求，求ChCh。气气压压查查760mm760mm一一行行，高高度度查查150m150m，相相交交处处得得0.020.02，因为高于海平面，所以，因为高于海平面，所以Ch=Ch=-0.02-0.02。重重力力差差包包括括纬纬度度重重力力差差与与高高度度重重力力差差两两者者之之和和(Cg=C(Cg=C+Ch)+Ch)。在在气气压压订订正正过过程程时时一一律律取取两两位位小小数数，最最后后本本站站气气压压只只要要求求精精确确到到一一位位小数小数，并把，并把mmmm换成换成hPahPa。本本站站气气压压查查算算举举例例：本本站站纬纬度度36361212，高高度度170m170m，气气压压读读数数 ，器器差差-0.1mm-0.1mm，附温附温 ，求本站气压。，求本站气压。气压订正的经验公式l温度差（温度差（CtCt）订正：）订正：CtCt=-(Bt -(Bt 0.0001634t)/(1+0.0001818t)0.0001634t)/(1+0.0001818t)BtBt仪器差订正后的气压值仪器差订正后的气压值t t 温度温度l重重力差（力差（CgCg）订正）订正u纬度重力差（纬度重力差（C C）订正）订正C C=-0.00265 =-0.00265 BB cos2 cos2B B仪器差和温度差订正后的气压值仪器差和温度差订正后的气压值 纬度纬度u高度重力差（高度重力差（ChCh）订正）订正ChCh=-0.000000196 =-0.000000196 BhBh h h BhBh仪器差和温度差订正后的气压值仪器差和温度差订正后的气压值h h 高度高度uCgCg=C C +Ch+Ch（五（五)实验作业实验作业进行本站气压订正。进行本站气压订正。附温附温()纬度纬度 海拔高度海拔高度(m)气压读数气压读数 器差器差 36 361212 176.0176.0