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氣壓 【實習目的】 通過實習了解測量氣壓的常規(guī)儀器及其構(gòu)造原理，掌握氣壓的觀測方法及氣壓觀測記錄的訂正方法。 【實習儀器】 動槽式水銀氣壓表、空盒氣壓表、自記氣壓計等。 【實習內(nèi)容】 一、氣壓的觀測 氣壓是指作用在單位面積上的大氣壓力，即等于單位面積上向上延伸到大氣上界的垂直空氣柱的重量。氣壓以百帕（hPa）為單位，測量時精確到0.1hPa。 測量氣壓的儀器主要有水銀氣壓表、空盒氣壓表、氣壓計、電測氣壓傳感器。通常用水銀氣壓表來測量氣壓，用氣壓計來連續(xù)記錄氣壓的變化，進行野外觀測時通常使用空盒氣壓表。電測氣壓傳感器主要有振筒式氣壓傳感器和膜盒式電容氣壓傳感器，用于氣壓的自動觀測。 以下主要介紹在常規(guī)地面氣象觀測及其它氣壓觀測中廣泛使用的水銀氣壓表、空盒氣壓表和氣壓計的構(gòu)造原理及使用方法。 （一）水銀氣壓表 常用的水銀氣壓表有動槽式水銀氣壓表和定槽式水銀氣壓表兩種，均是根據(jù)托里拆利原理制成。水銀氣壓表主要由水銀柱內(nèi)管、含讀數(shù)標尺的外套管、水銀槽三部分組成，如圖4-1所示。 圖4-1 動槽式水銀氣壓表和定槽式水銀氣壓表 水銀氣壓表安裝在溫度少變，光線充足的室內(nèi)，垂直懸掛，并避免陽光直接照射。 1．動槽式水銀氣壓表 動槽式水銀氣壓表又被稱為福丁式水銀氣壓表，水銀柱內(nèi)管是一根直徑約8mm，長約900mm的玻璃管，頂端封閉，底端開口，管內(nèi)灌滿純凈水銀后開口端插入水銀槽內(nèi)，在玻璃管的上部形成一段真空。 外套管用黃銅制成，其作用是保護和固定水銀柱內(nèi)管，并且在外套管上刻有標尺刻度，用于測定水銀柱頂端的高度。套管上部前后都開有長方形窗孔，可以直接觀測到水銀柱內(nèi)管中水銀柱的頂端。正面窗孔的右側(cè)有刻度標尺，窗孔裝有游尺，轉(zhuǎn)動右側(cè)的游尺調(diào)整螺旋可以使游尺上下移動。在外套管的中部裝有一支附屬溫度表，簡稱附溫表，用來測量氣壓表表身的溫度。外套管的下端與水銀槽連接。 水銀槽分上、下兩部分，中間有一個玻璃圈，通過玻璃圈可以看見槽內(nèi)水銀面。水銀槽上部有一個上木杯，木杯上部用羊皮囊與水銀柱內(nèi)管包扎聯(lián)結(jié)，上木杯下面有一個針尖朝下的象牙針，以象牙針尖作為氣壓表刻度尺的基點。水銀槽下部有一個下木杯，木杯下面包扎有一個圓袋狀的羊皮囊，用來盛裝水銀，羊皮囊用木托托住，借助水銀槽底部的水銀面調(diào)整螺旋可以升降羊皮囊，使水銀槽內(nèi)的水銀面恰好與象牙針尖接觸。 動槽式水銀氣壓表的觀測方法如下： ①讀取附屬溫度。觀測附屬溫度表，讀數(shù)精確到0.1℃。 ②調(diào)整水銀槽內(nèi)水銀面。調(diào)整時旋動水銀槽底部的水銀面調(diào)整螺旋，使水銀面自下而上緩慢地升高，直到象牙針尖恰好與水銀面相接，水銀面上既無小渦，也無空隙。 ③調(diào)整游尺與讀數(shù)。旋動游尺調(diào)整螺旋，先使游尺稍高于水銀柱頂，再慢慢下降游尺，直到游尺環(huán)的前后下緣與水銀柱凸面頂點剛剛相切。此時，游尺下緣零線所對標尺的刻度即為整數(shù)讀數(shù)，再從游尺刻度線上找出一根與標尺上某一刻度相吻合的刻度線，則游尺上這根刻度線的數(shù)字就是小數(shù)讀數(shù)。 ④降低水銀面。讀數(shù)后，旋動水銀槽底部的水銀面調(diào)整螺旋來降低水銀面，使水銀面離開象牙針尖約2～3mm。 2．定槽式水銀氣壓表 定槽式水銀氣壓表又被稱為寇烏式水銀氣壓表，定槽式水銀氣壓表的構(gòu)造與動槽式水銀氣壓表大體相同，由水銀柱內(nèi)管、含讀數(shù)標尺的外套管、水銀槽三部分組成，所不同之處是刻度尺零點位置不固定，槽部無水銀面調(diào)整裝置，采用補償標尺刻度的辦法，以解決零點位置的變動。 定槽式水銀氣壓表的觀測方法如下： ①觀測附屬溫度表，讀數(shù)精確到0.1℃。 ②用手指輕擊氣壓表表身。 ③調(diào)整游尺與讀數(shù)，旋動游尺調(diào)整螺旋，使游尺環(huán)的前后下緣與水銀柱凸面頂點剛剛相切，并進行讀數(shù)。 3．水銀氣壓表的讀數(shù)訂正 水銀氣壓表的讀數(shù)需要按照儀器差訂正、溫度差訂正、重力差訂正的順序進行訂正，將其訂正為器差為0mm、溫度為0℃，緯度為45，重力場高度為平均海平面的標準條件下的氣壓值，即本站氣壓。 （1）儀器差訂正 由于水銀氣壓表本身的誤差而造成的偏差稱為儀器差。儀器差訂正時，根據(jù)氣壓觀測讀數(shù)值，在水銀氣壓表的儀器差訂正表上查出相應的器差訂正值，與氣壓讀數(shù)相加得到的代數(shù)和，即為經(jīng)過儀器差訂正后的氣壓值。 （2）溫度差訂正 水銀氣壓表的標尺刻度是以0℃時為標準的，即使氣壓保持不變，當溫度變化時，水銀的密度也隨之改變，同時測量水銀柱高度的黃銅標尺的長度亦會發(fā)生脹縮，并且水銀和黃銅標尺的膨脹系數(shù)是不同的，由此而引起的誤差稱為氣壓溫度器差。由于水銀的膨脹系數(shù)大于黃銅，因此當溫度高于0℃時，訂正值為負，溫度低于0℃時，訂正值為正。溫度差訂正時，用經(jīng)過儀器差訂正后的氣壓值和附屬溫度值，從《氣象常用表》（第二號）第一表上查取溫度差訂正值，用經(jīng)過儀器差訂正后的氣壓值和溫度差訂正值相加得到的代數(shù)和，即為經(jīng)過溫度差訂正后的氣壓值。 （3）重力差訂正：水銀氣壓表是以緯度為45的海平面上的重力加速度為標準的，不同緯度、不同海拔高度的重力加速度不同，這種因重力不同而引起的偏差，稱為重力差。重力差訂正包括緯度重力差訂正和高度重力差訂正兩個方面。 緯度重力差訂正：由于地球的極半徑小于赤道半徑，從而使得重力加速度隨緯度的增加而增大，因此當緯度大于45時，訂正值為正，緯度小于45時，訂正值為負。緯度重力差訂正時，用經(jīng)過溫度差訂正后的氣壓值和當?shù)鼐暥戎?，從《氣象常用表》（第三號）第一表上查取緯度重力差訂正值? 高度重力差訂正：由于重力加速度隨海拔高度的增加而減小，因此當海拔高度高于海平面時，訂正值為負，低于海平面時，訂正值為正。高度重力差訂正時，用經(jīng)過溫度差訂正后的氣壓值和當?shù)睾０胃叨戎?，從《氣象常用表》（第三號）第二表上查取高度重力差訂正值? 緯度重力差訂正值和高度重力差訂正值相加得到的代數(shù)和，即為重力差訂正值。用經(jīng)過溫度差訂正后的氣壓值和重力差訂正值相加得到的代數(shù)和，即為經(jīng)過重力差訂正后的氣壓值，稱為本站氣壓。 例：水銀氣壓表的氣壓讀數(shù)P=765.55mm，附屬溫度ｔ=12.5℃，當?shù)鼐暥圈?30，海拔高度h=50m，求本站氣壓。 氣壓讀數(shù)：765.55mm 儀器差訂正值： -0.05mm ［儀器檢定證上的器差訂正表］ 765.55+（-0.05）=765.50mm 溫度差訂正值：-1.56mm ［《氣象常用表》(第二號)］ 765.50+（-1.56）=763.94mm 緯度重力差訂正值：-1.01mm ［《氣象常用表》(第三號)］ 高度重力差訂正值：-0.01mm ［《氣象常用表》(第三號)］ 重力差訂正值：(-1.01)+(-0.01)=-1.02mm 本站氣壓：763.94+(-1.02)=762.92mm 將氣壓的單位由mm汞柱換算為hPa： 762.92mm=1017.2 hPa [《氣象常用表》(第二號)] 4．海平面氣壓訂正 本站氣壓只表示當?shù)睾０胃叨壬系拇髿鈮簭?。氣象上為了比較各地氣壓的大小，分析水平氣壓場，必須將各地的本站氣壓統(tǒng)一訂正到海平面上，這種訂正稱為海平面氣壓訂正或高度差訂正，訂正后的氣壓稱為海平面氣壓。 海平面氣壓（P0）= 本站氣壓值（Ph）+ 高度差訂正值（C） （1）海拔高度低于15.0m時，高度差訂正值為 式中：h為當?shù)睾０胃叨?；t為當?shù)啬昶骄鶜鉁亍? （2）當海拔高度達到或過15.0m時，高度差訂正值的計算方法如下： ①計算空氣柱平均溫度 式中：tm為空氣柱平均溫度；t為觀測時的氣溫；t12為觀測前12小時的氣溫；h為當?shù)睾０胃叨取? ②用tm和h，由《氣象常用表》（第三號）第四表查算出M值。 ③用本站氣壓Ph 和M值計算出高度差訂正值，計算公式為 （二）空盒氣壓表 空盒氣壓表又稱固體金屬氣壓表、變形氣壓表或彈性壓力表，如圖4-2所示，空盒氣壓表是一種便攜式的氣壓觀測儀器，便于攜帶和使用，適于野外觀測使用。 圖4-2 空盒氣壓表 空盒氣壓表利用金屬空盒的彈性力與大氣壓力相平衡的原理制成，由感應部分、傳遞放大部分和指示部分構(gòu)成。 感應部分是一個或一組有彈性的密閉圓形金屬空盒，金屬空盒內(nèi)近似真空，盒的兩面都有圓形波紋，用以增大金屬空盒的彈性。氣壓增大時，盒面內(nèi)凹，氣壓減小時，盒面外凸。空盒的一端固定在底座上，另一端與傳動放大部分連接。傳遞放大部分由傳動桿、水平軸、拉桿、游絲等部件組成，將感應部分的微小變形進行傳遞放大1000倍以上，并帶動指針偏轉(zhuǎn)。指示部分由指針、刻度盤和附屬溫度表組成，根據(jù)指針在刻度盤上位置，即可讀得當時的氣壓值。附屬溫度表用于讀取附屬溫度。 空盒氣壓表的觀測及訂正方法如下： ①觀測附屬溫度表，讀數(shù)精確到0.1℃。 ②用手指輕擊空盒氣壓表表面。 ③待指針靜止后，讀取指針所指示的氣壓值，讀數(shù)精確到0.1hPa。 ④刻度訂正：刻度訂正是為了消除空盒氣壓表的刻度誤差。對照氣壓讀數(shù)值在空盒氣壓表檢定證中查出刻度訂正值，用氣壓讀數(shù)值和刻度訂正值相加得到的代數(shù)和，即為經(jīng)過刻度訂正后的氣壓值。 ⑤溫度訂正：溫度訂正是為了消除溫度的變化對金屬空盒的影響，在空盒氣壓表檢定證中查出溫度變化1℃時的氣壓訂正值，與附屬溫度值相乘得到溫度訂正值，再用經(jīng)過刻度訂正后的氣壓值和溫度訂正值相加得到的代數(shù)和，即為經(jīng)過溫度訂正后的氣壓值。 ⑥補充訂正：補充訂正是為了消除空盒氣壓表的殘余變形引起的誤差。在空盒氣壓表檢定證中查出補充訂正值，用經(jīng)過溫度訂正后的氣壓值和補充訂正值相加得到的代數(shù)和，即為實際的氣壓值。 （三）氣壓計 氣壓計又被稱為自記氣壓計、空盒氣壓計，是自動、連續(xù)記錄氣壓變化的儀器。由感應部分（金屬彈性膜盒組）、傳遞放大部分（桿杠）和自記部分（自記鐘、筆擋、自記筆、自記紙）組成，如圖4-3所示。 圖4-3 氣壓計 氣壓計的感應部分通常由5～7個空盒串接而成，其感應原理與空盒氣壓表相同?？蘸械牡纵S固定在雙金屬片上，雙金屬片用以補償溫度變化對空盒變形的影響。氣壓計的傳遞放大部分和自記部分與雙金屬片溫度計基本相同。 由于自記鐘筒走時的快慢，感應部件反應的滯后，傳遞機械的摩擦等原因，氣壓自記紙上的讀數(shù)往往存在誤差，需要進行時間訂正和讀數(shù)訂正，訂正方法與雙金屬片溫度計、毛發(fā)濕度計相同。