地面气象观测课程

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1、第1章绪论1.1地面气象观测概述1.1.1气象与气象观测气象是指大气中表现出的所有物理（包括部分化学）过程和现象，这些过程和现象的时间尺度从秒到天到星期，还有在过去和未来更长时间尺度上被称为“气候”的信息。近年来“气象”的概念已经拓展到包含“空间天气”。气象观测是借助仪器和目力对气象要素和气象现象进行的测量和判定。随着观测技术的发展和观测对象项目的扩充，近些年来气象观测已逐步发展为大气探测。气象观测是气象科学的重要分支，它将基础理论与现代科学技术相结合，形成多学科交叉融合的独立学科，处于大气科学发展的前沿。气象观测信息和数据是开展天气预报预警、气候预测预估及气象服务、科学研究的基础，是推动气

2、象科学发展的原动力。地面气象观测是气象观测的重要组成部分，它是对地球表面一定范围内的气象状况及其变化过程进行系统地、连续地观察和测定。1.1.2地面气象观测发展概况16～17世纪，人类发明了一系列测量地面气象要素的仪器并投入实际应用，其标志性仪器为1643年托里拆利发明的水银气压表，在气压表出现的前后，一系列其它地面气象要素观测仪器开始应用，例如玻璃液体温度表、雨量器、毛发湿度表、风杯风速计以及黑白球日射表等。1802年拉马契克进行了云状分类，将云的基本形态分为积状云、层状云、层积云和冰晶云（卷云），逐步发展到了现今使用的云与天气现象的目测内容。在时间和地域上同步和连续的观测结果，对于天气预

3、报的准确性具有重要的意义，因而提出了建立气象台站网的要求。第一个台站网由拉马契克在欧洲建立（1902～1915年），此后全球气象站网相继建立，使地面气象观测成为全球性有组织、有系统的测量工作。17世纪中期到20世纪初，地面气象观测逐步成熟。20世纪80年代，电子计算机在地面气象观测中得到广泛应用，地面气象观测记录处理、报表制作和气象电报编发等实现了从人工向自动处理的转变。20世纪90年代以来，地面自动气象站开始广泛建立，推动了气象观测的自动化，地面气象观测正在逐步由自动观测代替人工观测，观测时次和空间密度得到极大提高。随着科学技术的进步，我国地面气象观测总体上朝着遥感遥测、自动化、高精度、高

4、时空分辨率方向发展，气象观测技术发展迅速，观测手段向观测自动化发展，观测站网向中小尺度天气系统观测发展，观测内容正在向气候相关要素观测发展。主要表现在以下几个方面：一是适应气象预报的精细化要求，地面观测向提高准确度、高时空分辨率方向发展；二是适应气候变化监测、预测和影响评估要求，由传统的大气状态观测向气候系统观测领域拓展；三是地面气象观测业务向自动化观测方向发展，实现地面观测自动化、高精度和连续稳定可靠运行；四是推动气象观测系统从数据采集形成的原始数据编码开始，按照世界气象组织（WMO）的规范要求，启动由传统的字符代码（TraditionalAlphanumericCodes，TAC）向表格

5、驱动代码（TableDrivenCodeForms，TDCFs）的过渡工作，推动最终实现由观测系统自动完成BUFR码（BinaryUniversalFormfortheRepresentationofmeteorologicaldata）编报；五是优化地面观测站网布局，提升对灾害性、关键性、转折性天气监测能力，提高站点覆盖率，建立和完善观测数据统一收集平台；六是移动观测技术将作为有效的应急补充手段得到发展。1.1.3地面气象观测原理地面气象观测的气象要素主要是通过观测仪器获取的，根据仪器传感器置放的位置不同，可分为直接探测和遥感探测。直接探测是将感应元件与被测物质直接接触，以直接测出被测物的

6、气象特征，例如置放在空气中的温度传感器测量出空气的温度。遥感探测是根据大气中声、光、电等信号传播过程中性质的变化，反演出大气要素值的变化，例如透射式能见度仪，是利用光波在传播过程中的衰减程度确定出当时的能见距离。对于同一种气象要素的测量，随着探测原理的差别，仪器性能将会有很大的差别，例如同样是测量地表温度，可以将温度表放置在地表面上直接测量，也可以利用红外辐射表遥测地表的红外辐射，利用普朗克公式反演出地表温度；不同的直接或遥测手段，会组装成形式完全不同的仪表，例如测量大气压力，可以利用玻璃管顶端真空的水银柱与空气柱压力相平衡的原理来进行，也可以利用水的沸点温度与大气压力的关系进行。1.1.4

7、地面气象观测方法观测方法与观测方式和观测仪器紧密联系不可分割。观测方法随着观测方式的变化而变化，如同样是对气温进行观测，自动气象站是采集器通过铂电阻温度传感器而获取的，人工站则通过温度表获取。观测仪器不同，观测方法也不同，仪器的工作原理决定所采取的观测方法。观测方法与观测项目及其数量多少有关。每个项目都有自己特有的观测方法，如气压、气温、湿度的观测；观测项目的数量多少也需要采取相适应的观测程序和步骤。《地面气