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地面氣象觀測

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在各種地面觀測平台上,用儀器及目力對氣象要素和天氣現象進行測量和觀察的方法和技術。又稱地面觀測。由於觀測的結果需在一個國家、一個大區以至全球範圍進行分析比較,所以,氣象站的位置,氣象儀器的精度及其安裝使用方法,觀測時間和觀測項目,觀測方法和記錄方法以及觀測結果的傳遞等各方面,都必須按世界氣象組織和國家氣象部門的統一規定進行。

1簡介

地面氣象觀測用目力和藉助儀器對雲和近地面的大氣狀況及其變化進行連續的、
地面氣象觀測場

  地面氣象觀測場

系統的觀察和測定。觀測項目有大氣壓力、空氣溫度、濕度、地表溫度、地中溫度、風、降水、雲量、雲狀、能見度、輻射、日照、蒸發、凍}、積雪、電線積冰等天氣現象。除氣壓外,地而氣象觀測都在觀測場內進行。國家基本站每天進行2 時、8 時、14 時、20 時四次觀測,晝夜守班。除此還要根據需要增加觀測項目和次數。高空氣象觀測藉助儀器對自由大氣中各高度的氣象狀況進行觀察和測定。觀測項目有空氣溫度、濕度、氣壓和風等。主要的探測工具有無線電探空儀和測風氣球,以及氣象飛機、氣象火箭和氣象衛星等。

2簡史

地面氣象觀測是氣象觀測中開始最早、發展最普遍的一類。在沒有氣象儀器之前,全憑目力(風、雲和各種可見現象) 和感覺(冷、熱、干、濕)判定。在氣象儀器發展的基礎上,17~18世紀歐洲陸續組建了氣象觀測網(見大氣科學發展簡史)。至19世紀末,隨著通信網路的發展,基本建成了系統的氣象台站網。此後,由於各種氣象儀器的創製和新技術的應用,常規觀測逐漸向自動化遙測過渡。

3分類

地面氣象觀測按其不同的內容和用途,可分為天氣觀測、氣候觀測、專業觀測和專項觀測等。
氣候觀測
主要是為氣候分析研究積累資料而進行的觀測。其觀測時次和項目由各國自定,中國氣象部門規定:時次和基本天氣觀測一致,項目和天氣觀測類似,另增加日照時數、各層土壤溫度、蒸發量和積雪等。
專項觀測
指採用一些專門的設備,分別對雲霧物理、輻射、天電、大氣臭氧、大氣污染等進行的觀測。其觀測項目(單項或多項)、時間、方法和設備,均按不同需要而定。如輻射觀測包括連續記錄太陽總輻射和天空輻射,定時測量直接太陽輻射,記錄日照時數等。

4氣象觀測場

安置室外儀器設備和進行觀測的場所。要求設在對當地的天氣和氣候具有一定代表性的地點,如:四周空曠,場地平坦,遠避坡谷、水澤和林木等地形地物的影響。場地的標準面積為25×25米2,場內保持不超過20厘米高的均勻草層,圍欄塗以白漆,防止輻射影響。(見彩圖)

5儀器安置

測定空氣溫度和濕度的儀器(見地面氣象觀測儀器)安置在百葉箱內。百葉箱的種類很多,常用的百葉箱為木質結構,四壁呈百葉窗式,一面為門,箱頂和箱底由高低不同的幾塊木板做成,箱內外塗以白漆,以使箱內儀器免受太陽光直接照射和降水、強風的影響,且使箱內外空氣自由流通。箱下支架固定在氣象觀測場上,箱門朝北,箱底離地面有一定高度。箱內干、濕球溫度表球部距地面的高度為 1.5米,最高、最低溫度表則略高於 1.5米。測定氣壓的氣壓表安裝在通氣而無空氣流動、光線充足又不受太陽直射、氣溫變化小的室內。測定風向風速的儀器,其感應部分裝在觀測場內距地面10米高的測風桿上。觀測時讀取兩分鐘內的平均風向和風速值,可在桿旁直接觀測,也可由電纜通到觀測室內記錄和讀數。測量降水量的儀器是安裝在觀測場內的雨量器(計),雨量器(計)口離地高度一般為70厘米。各種自記儀器分別安裝在室內(氣壓計)、百葉箱內(溫度計、濕度計)、觀測場內(雨量計、日照計),定時上自記鍾發條和更換記錄紙便能自動記錄。
由目測發展到儀器測量,再由儀器測量發展到觀測過程、資料傳遞、計算和儲存的自動化,是觀測技術發展的方向。

6世界氣象組織對地面氣象觀測項目要求

聯合國世界氣象組織(World Meteorological Organization)負責制定全球地面氣象觀測方法、觀測變數的單位和精度、觀測時間的統一,建立傳輸資料的全球電信系統與資料編碼格式,並提供不同廠牌儀器之間的觀測性能比較,以確保全球天氣觀測訊息的正確性和即時性。登錄在世界氣象組織的地面氣象觀測站代碼為5位數字,前2數字代表測站所屬的國家或領地,後3數字是測站編號。截至2007年12月,全球地面氣象觀測站數量將近28,000測站,其中57%是綜觀天氣測站,36%是機場天氣觀測站,7%是洋麵的船舶觀測。這些地面氣象觀測站架構成世界天氣守視(World Weather Watch)的基礎。
世界氣象組織對地面氣象觀測項目要求有:溫度(氣溫、海水溫度、土壤溫度)、相對濕度、氣壓、雲(雲狀、雲量、雲高)、風(風速、風向、陣風)、降水、太陽輻射量、能見度、蒸發、波浪(浪高、周期與波向)。觀測時間以格林威治時間零時開始,以3小時為倍數做為觀測時間間距。超過30年以上紀錄長度的測站是全球氣候監測的主要依據。空氣中的氣體和懸浮微粒含量觀測不在常規的地面氣象觀測範圍,這些變數在大部分國家由與環境保護署相當的機構負責觀測。

7台灣地區對地面氣象觀測

台灣地區從日治時期開始設站進行氣象觀測。中央氣象局現有26處有人駐守的地面氣象觀測站,其中6處測站(台北、台中、台南、恆春、澎湖、台東)超過100年歷史,15處測站超過50年歷史,均依照世界氣象組織之規範進行觀測。1987年後為因應更小空間的自然災害防治需求,中央氣象局以台灣河流流域,分區分年設立超過300處無人自動紀錄的氣象站和雨量站;也建立台灣環島19處海岸與近岸海洋氣象觀測站。機場的地面氣象觀測也在世界氣象組織規範下進行觀測業務,但特別著重於影響飛機起降安全的觀測項目,因此台灣的機場地面氣象觀測業務由民用航空局管轄。
台灣電力股份有限公司、經濟部水利署、林務局與國家公園等單位,也因應業務需求而建立地面氣象觀測站;中央氣象局將這些測站歸屬於合作測站性質,並無強制規範其場地、儀器和資料管理。由於電腦網路的普及,各地區都市尺度和森林尺度的自動地面氣象觀測站網加速拓展,氣象資料品質檢定和彙整更形重要。
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