每日科学（第26期）——百叶箱的秘密

学生：游梓悦 指导教师：陈国荣

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学习目标：

l 理解百叶箱的作用：学习百叶箱是如何帮助我们测量天气预报中的温度和湿度的。

l 认识百叶箱的结构特点：了解百叶箱为什么要全部涂成白色，它的百叶窗是怎样的，以及为什么百叶箱的门大多朝北。

l 掌握基本的气象观测知识：通过了解百叶箱的设计，学生们可以对气象观测有一个初步的认识。

科学原理：

l 百叶箱的颜色：百叶箱通常是白色的，因为白色反射阳光，不易吸热。这可以防止阳光直射对内部温度测量的影响。

l 百叶窗的设计：百叶窗以45度角倾斜，形成人字形结构。这样可以保证良好的通风，同时保护内部设备免受外界环境（如雨水、直射阳光）的影响。

l 百叶箱门的朝向：在北半球，百叶箱的门通常朝北，因为在这里大部分时间太阳位于南方。这样设计是为了避免观测员在打开箱门时太阳直射，影响测量结果。

百叶箱的发明历史：

百叶箱是由英国土木工程师汤玛士·史蒂文生（Thomas Stevenson, 1818-1887）与父亲罗伯·史蒂文生（Robert Stevenson）共同发明的。这一发明为气象观测提供了一种标准化的方法，对气象学的发展产生了重要影响。

百叶箱在气象学中的作用：

百叶箱是一种气象观测装备，主要用于测量大气的温度和湿度。它通常由木质或玻璃钢制成，内部装有各种温度表，如最高温度表、最低温度表、干球温度表和湿球温度表。这些温度表的数据结合使用，可以精确计算出大气的湿度。由于温度表不能直接暴露在外界环境中，百叶箱的设计能够防止太阳直射和地面反射辐射对温度表的影响，确保测量数据的准确性。

百叶箱的设计特点：

百叶箱通常涂成白色，这是为了减少太阳光的吸收，保持箱内空气温度的稳定。其箱壁由两排叶片组成，叶片与水平面之间的夹角约为45度，形成人字形，这样的设计既有利于通风，又能保护内部仪器不受外界环境的影响。此外，百叶箱通常被安置在距地面1米高的支架上，以保证箱内温度表的实际高度达到1.5米，这是为了确保观测数据的标准化和一致性。

地面气象观测的重要性：

地面气象观测是最古老和经典的大气分析方法，通过地面气象观测可以获得一些直接的物理量，如气温、气压、风速风向和降水量等。这些观测数据被视为地面大气的“真实状况”，对于了解人类及其建筑物最常直接感觉到的物理参数至关重要。随着科技的发展，虽然有些早期发明的传感器已被废弃，但百叶箱仍在使用，显示出其在气象学中的持久价值。

全球气象观测的标准化：

世界气象组织（WMO）已将预报所需的气象要素以及所有观测流程标准化，使我们能够在全球范围内交换气象观测资料，以获得对地球大气层的全面监测。百叶箱作为标准化的气象观测设备，在这一过程中发挥了重要作用。

思考题与参考答案：

1. 百叶箱的设计如何影响其功能？

• 思考题：如果百叶箱不是涂成白色，而是涂成深色，会对测量结果产生什么影响？为什么？

• 参考答案：如果百叶箱涂成深色，它会吸收更多的太阳光热量，导致箱内的温度上升，从而影响温度计测量的准确性。深色表面比白色表面更容易吸热，因此温度读数可能会偏高，无法准确反映遮阴处的大气温度。

2. 如果没有百叶箱，气象观测会面临哪些挑战？

• 思考题：如果气象观测没有使用百叶箱，直接将温度计暴露在外界环境中，会对测量结果产生什么影响？

• 参考答案：如果温度计直接暴露在外界环境中，它们会受到直射阳光和地面反射辐射的影响，导致温度计表面温度迅速上升或下降。这样，温度计测量的将不再是大气温度，而是温度计表面的温度，从而导致数据不准确。例如，白天阳光直射可能会导致温度读数偏高，而夜晚地面辐射可能导致读数偏低。