氣象儀器儀表

提到“地面氣象觀測”，人們一般會想到四四方方的氣象觀測場，潔白的百葉箱、温度計、風向標等，並把這些理解為地面的觀測。不過這樣理解並不全面，因為天上的雲、大氣中的聲、光、電等天氣現象，也都屬於地面氣象觀測的範圍。所以地面氣象觀測的定義應為：利用氣象儀器和目力，對靠近地面的大氣層的氣象要素值，以及對自由大氣中的一些現象進行觀測。

地面氣象觀測的內容很多，包括氣温、氣壓、空氣濕度、風向風速、雲、能見度、天氣現象、降水、蒸發、日照、雪深、地温、凍土、電線結凍等。

地面氣象觀測的許多項目都是通過固定在觀測場內的各種儀器進行的，所以氣象站的站址和觀測場地的選擇以及維護，儀器的安裝是否正確，都對資料的代表性、準確性和比較性有極大的影響。

一般説來，氣象台站的地址應選在能代表其周圍大部分地區天氣、氣候特點的地方，並且儘量避免小範圍和局部環境的影響，同時應當選在當地最多風向的上風方，不要選在山谷、窪地、陡坡、絕壁上。觀測場要求四周平坦空曠並能代表周圍的地形，觀測場附近不應有任何物體。孤立、不高的個別障礙物離觀測場的距離，至少要在障礙物高度的三倍以上；寬大、密集、成片的障礙物，距離要在障礙物高度的十倍以上。觀測場周圍十米範圍內不能種植高杆作物，以保證氣流暢通。氣象台站的房屋一般應建在觀測場的北面。另外，一個氣象台站建成之後，要長期穩定，不要輕易搬家，因為輕易搬家不僅會影響觀測資料的連續性，影響使用，還會造成很大浪費。

建立地面氣象觀測是一項非常重要的工作，它是整個氣象工作的基礎，是氣象台站掌握當地天氣實況，索取氣象資料的主要手段。在我國，從平原到山區，從沙漠到海島，已經建立起了數千個氣象台站，把全國這些氣象台站的氣象資料收集在一起，就可以瞭解中國範圍內的天氣、氣候狀況。

氣温的測量 氣温是衡量空氣冷熱程度的物理量，表示空氣分子運動的平均動能的大小。我們通常用攝氏温標（t）來表示，也有用華氏温標（F）表示的，理論研究工作中常用絕對温度（T）表示，其換算關係為：

t = 5*( F─32 ) /9　t = T ─ 273.15

地面氣温一般指距地面1.25—2.0米處的大氣温度。測量時，為了防止太陽輻射對觀測值的影響，測温儀器必須放在百葉箱或防輻射罩內，並且還要滿足測量元件有良好的通風條件。

測量氣温的儀器常用的有LV温度傳感器、LV智能温度傳感器。

氣壓是大氣壓強的簡稱，其數值等於單位面積上從地面直至大氣頂的垂直氣柱的重量。國際單位制中，壓強的單位是帕斯卡，簡稱帕，氣象部門採用百帕作為氣壓單位。歷史上也曾用毫巴（即千分之一巴）和毫米水銀柱作為氣壓單位，其換算關係如下：

1百帕=1毫巴=3/4毫米水銀柱

氣象站氣壓表高度處測到的大氣壓強，稱為本站氣壓，屬於地方氣候資料之一。由於各測站海拔高度不同，本站氣壓不便於比較，為了繪製地面天氣圖，需要將本站氣壓換算到相當於海平面高度上的氣壓值，我們稱之為海平面氣壓。

目前氣象台站普遍使用的測量氣壓的儀器有水銀氣壓表和數字氣壓表、氣壓傳感器LV。

濕度表示空氣中水汽的含量或乾濕程度，在氣象觀測中常用水汽壓、相對濕度和露點温度三種物理量表示。

1） 水汽壓（e）：是水汽在大氣總壓力中的分壓力。它表示了空氣中水汽的絕對含量的大小，以毫巴為單位。空氣吸收水汽有一定限量，達到了限量就不再吸收，這個限量叫“飽和點”。空氣中水汽達到飽和點時的水汽壓，稱為飽和水汽壓（或稱最大水汽張力）。飽和水汽壓是温度的函數，隨温度升高而增大。在同一温度下，純冰面上的飽和水汽壓要小於純水面上的飽和水汽壓。

2） 相對濕度（rh）：濕空氣中實際水汽壓e與同温度下飽和水汽壓E的百分比，即

rh =（e/E）* 100%

相對濕度的大小能直接表示空氣距離飽和的相對程度。空氣完全乾燥時，相對濕度為零。相對濕度越小，表示當時空氣越乾燥。當相對濕度接近於100%時，表示空氣很潮濕，越接近於飽和。

3） 露點（或霜點）温度：指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的温度。形象地説，就是空氣中的水蒸氣變為露珠時候的温度叫露點温度。露點温度本是個温度值，可為什麼用它來表示濕度呢？這是因為，當空氣中水汽已達到飽和時，氣温與露點温度相同；當水汽未達到飽和時，氣温一定高於露點温度。所以露點與氣温的差值可以表示空氣中的水汽距離飽和的程度。

風是空氣流動時產生的一種自然現象。空氣流動有上下流動和左右流動，上下流動為垂直運動，也叫對流；左右流動為水平運動，也就是風。風是一個矢量，用風向和風速表示。地面風指離地平面10─12米高的風。風向指風吹來的方向，一般用16個方位或360°表示。以360°表示時，由北起按順時針方向度量。風速指單位時間內空氣的水平位移，常以米/秒、公里/小時、海里/小時表示。1805年英國人F·蒲福根據風對地面（或海面）物體的影響，提出風力等級表，幾經修改後得下表。目測風時，根據風力等級表中各級風的特徵，即可估計出相應的風速。

（1）風向測量儀器：風向標是一種應用最廣泛的測量風向儀器的主要部件，由水平指向杆、尾翼和旋轉軸組成。在風的作用下，尾翼產生旋轉力矩使風向標轉動，並不斷調整指向杆指示風向。

（2） 風速測量儀器：a）風速風向儀是應用最廣泛的一種，由三個半球形或拋物形空杯，都順一面均勻分佈在一水平支架上，支架與轉軸相連。在風力作用下，風杯繞轉軸旋轉，其轉速正比於風速。轉速可以用電觸點、測速發電機、齒輪或光電計數器等記錄。b）槳葉式風速表是由若干片槳葉按一定角度等間隔地裝置在一鉛直面內，能逆風繞水平軸轉動，其轉速正比於風速。槳葉有平板葉片的風車式和螺旋槳式兩種。最常見的是由三葉式螺旋槳，裝在形似飛機機身的流線形風向標前部，風向標使葉片旋轉平面始絡對準風的來向。c）熱力式風速表是被電流加熱的細金屬絲或微型球體電阻，放置在氣流中，其散熱率與風速的平方根成線性關係。通常在使加熱電流不變時，測出被加熱物體的温度，就能推算出風速。熱力式風速表感應速度快，時間常數只有百分之幾秒，在小風速時靈敏度較高，宜應用於室內和野外的大氣湍流實驗，也是農業氣象測量的重要工具。

在一定時段內，從雲中降落到水平地面上的液態或固態（經融化後）降水，在無滲透、蒸發、流失情況下積聚的水層深度，稱為該地該時段內的降水量，單位為毫米。在氣象上通常用某一段時間內降水量的多少來劃分降水強度。最常用的對降雨的分類方法是按降水量的多少來劃分降雨的等級。根據國家氣象部門規定的降水量標準，降雨可分為小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨六種（見表2）。

種類 24小是降水量 12小是降水量 小雨 小於10.0 小於5.0 中雨 10.0-24.9 5.0-14.9 大雨 25.0-49.9 15.0-29.9 暴雨 50.0-99.9 30.0-69.9 大暴雨 100.0-249.0 70.0-139.9 特大暴雨 250.0以上 140.0以上

同樣雪的大小也按降水量分類. 雪可分為小雪，中雪和大雪三類， 具體見表3.

測量水量的降雨量傳感器：1、降雨量傳感器也是用來自動測量降水量的儀器，主要由承水器、過濾漏斗、翻鬥、幹簧管、底座和專用量杯等組成。降水通過承水器，再通過一個過濾鬥流入翻鬥裏，當翻鬥流入一定量的雨水後，翻鬥翻轉，倒空鬥裏的水，翻斗的另一個鬥又開始接水，翻斗的每次翻轉動作通過幹簧管轉成脈衝信號傳輸到採集系統。

2、自動雨量站：LV自動雨量站是用於收集地面降雨信息的自動觀測儀器。主要應用於氣象，防汛，農業，水文水利，環保，高速公路，機場和港口等領域。自動雨量站是無人全自動雨量記錄儀器，它即可作為無人職守的可移動式自記站使用，也可選配系統配套的有線通訊模塊或無線通訊模塊組成雨量站網絡系統。

自動雨量站由翻鬥式雨量傳感器，雨量微電腦採集器和傳輸模塊構成，雨量自動採集器具有雨量實時顯示，自動記錄，實時時間，歷史數據紀錄，超限報警和數據通訊等功能。翻鬥式雨量傳感器得到的雨量電信號傳輸到自動採集器，自動採集器將採集到的雨量值通過有線（RS232或RS485）傳輸或無線（GPRS）傳輸，傳送給數據中心計算機。

水由液態或固態轉變成汽態，逸入大氣中的過程稱為蒸發。觀測一定面積的水面在一段時間間隔內因蒸發減少的水層深度來確定蒸發量大小，單位為毫米。

測量蒸發的儀器常用的有小型蒸發器和大型蒸發桶兩種。

小型蒸發器是口徑為20釐米，高約10釐米的金屬圓盆，盆口成刀刃狀，為防止鳥獸飲水，器口上部套一個向外張成喇叭狀的金屬絲網圈。測量時，將儀器放在架子上，器口離地70釐米，每日放入定量清水，隔24小時後，用量杯測量剩餘水量，所減少的水量即為蒸發量

大型蒸發桶是一個器口面積為0.3平方米的圓柱形桶，桶底中心裝一直管，直管上端裝有測針座和水面指示針，桶體埋入地中，桶口略高於地面。每天20時觀測，將測針插入測針座，讀取水面高度，根據每天水位變化與降水量計算蒸發量