地面气象观测基本原理.ppt

1、,地面气象观测基本知识介绍,熊家宇,管天为民 追求卓越,一、地面气象观测规范简述,二、自动气象站探测原理,三、地面观测规章制度,地面气象观测基本知识介绍,第1章 地面气象观测组织工作,自动观测项目每天进行24次定时观测；人工观测项目，昼夜守班站每天进行02、08、14、20时4次定时观测，白天守班站每天进行08、14、20时3次定时观测。 正点前约10分钟查看显示的自动观测实时数据。 00分，正点数据采样。 00-01分，完成自动项目的观测。 01-03分，向微机录入人工观测数据。,地面气象观测基本知识介绍,第1章 地面气象观测组织工作,正点前30分钟左右巡视观测场和人工仪器设备。 4560分

2、观测云、能、温、湿、降水、风、压、地温、雪深等，连续观测天象。 雪压、冻土、蒸发、地面状态等项目的观测可在40分至正点后10分钟内进行。,地面气象观测基本知识介绍,自动观测项目每天进行24次定时观测。 人工观测项目，昼夜守班站每天进行02、08、14、20时4次定时观测，白天守班站每天进行08、14、20时3次定时观测。 基准站使用自动气象站后以自动观测记录进行编发报，但仍然保留24次人工定时观测。 人工器测日照以日落为日界，辐射和自动观测日照以地方平均太阳时24时为日界，其余观测项目均以北京时20时为日界。,地面气象观测基本知识介绍,第1章 地面气象观测组织工作,值班员每日19时正点检查屏幕

3、显示的采集器时钟，当与电台报时的北京时相差大于30秒时，在正点后按自动气象站技术操作手册规定的操作方法调整采集器的内部时钟，保证误差在30秒之内。 未使用自动气象站的地面气象观测站，观测用钟表要每日19时对时，保证走时误差在30秒之内。,地面气象观测基本知识介绍,第1章 地面气象观测组织工作,观测场25m25m；条件限制16m（东西向）20m（南北向）。 可将观测场南边缘向南扩展10m。 稀疏围栏约1.2m高。 草高不能超过20cm。 小路0.30.5m宽。 仪器东西间隔不小于4 m，南北间隔不小于3 m，距观测场边缘护栏不小于3 m。,地面气象观测基本知识介绍,第2章 地面气象观测场,第2章

4、 地面气象观测场,地面气象观测基本知识介绍,旧站址的观测记录持续到12月31日，新站址的正式观测记录从1月1日开始。 新旧两地水平距离超过2000m、或拔海高度差在100m以上要对比观测，时间基准站为1年（112月）；基本站和一般站为1、4、7或7、10、1月，对比观测的时次为02、08、14、20时（80cm、160cm、320cm等层的地温仅在14时）4个时次，夜间不守班站02时可用自记记录代替。,第2章 地面气象观测场,地面气象观测基本知识介绍,表2.1 仪器安装要求表,第2章 地面气象观测场,地面气象观测基本知识介绍,表2.1 仪器安装要求表,第2章 地面气象观测场,地面气象观测基本知

5、识介绍,表2.1 仪器安装要求表,当人工观测改为自动观测时，平行观测期限至少为2年。第1年以人工观测记录（采用原用观测仪器）为正式观测记录，1年后以自动观测记录（采用新观测仪器观测）为正式观测记录。 平行观测时次为02、08、14、20时4个时次，非昼夜守班站，02时可不平行观测。 换用不同技术特性的仪器平行观测期限至少3个月。,地面气象观测基本知识介绍,第3章 地面气象观测仪器,地面气象观测基本知识介绍,第3章 地面气象观测仪器,第4章 云,地面气象观测基本知识介绍,层积云视宽度角多数大于5。 高积云大多数云块的视宽度角在15。 全天无云，总云量记0；天空完全为云所遮蔽，记10；天空完全为云

6、所遮蔽，但只要从云隙中可见青天，则记10；云占全天10分之1，总云量记1；云占全天10分之2，总云量记2，其余依次类推。 天空有少许云，其量不到天空的10分之零点5时，总云量记0。 云高的云状只记10个云属和Fc、Fs、Fn3个云类。 因雪暴、雾使天空的云量、云状无法辨明时，总、低云量记10，云状栏记该现象符号。 因吹雪、雾、轻雾使天空的云量、云状不能完全辨明时，总、低云量记10。,第4章 云,地面气象观测基本知识介绍,表4.2 各云属常见云底高度范围表,第4章 云,地面气象观测基本知识介绍,表4.3 几种特殊情况下云量、云状的记法举例,第5章 能见度,地面气象观测基本知识介绍,气象光学视程是

7、指白炽灯发出色温为2700K的平行光束的光通量在大气中削弱至初始值的5%所通过的路途长度。 白天能见度是指视力正常(对比感阈为0.05)的人。 能见度观测记录以千米（km）为单位，取1位小数，第2位小数舍去，不足0.1km记0.0。夜间观测能见度时，应先在黑暗处停留515分钟。,第5章 能见度,地面气象观测基本知识介绍,目标物的视角以0.55.0之间为宜。 目标物的仰角不宜超过6。 目标物的颜色、细微部分清晰可辨时，能见度通常可定为该目标物距离的5倍以上。 目标物的颜色、细微部分隐约可辨时，能见度可定为该目标物距离的2.5到5倍。 目标物的颜色、细微部分很难分辨时，能见度可定为大于该目标物的距

8、离，但不应超过2.5倍。,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,大风的起止时间，凡两段出现的时间间歇在15分钟或以内时，应作为一次记载；若间歇时间超过15分钟，则另记起止时间。 两次闻雷时间相隔15分钟或以内，应连续记载；如两次间隔时间超过15分钟，须另记起止时间。 若起止方向之间达到180或以上时，须按雷暴的行径，在起止方向间加记一个中间方向。,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,沙尘暴、雾、雪暴以及浮尘、吹雪、烟幕、霾现象出现能见度小于1.0km时，都应观测和记录最小能见度，记录加方括号 。. 最大冰雹的最大直径大于10mm时，应同时测量冰雹的最大平均重量。 强浓雾 能见度小

9、于0.05km 浓雾 能见度0.05km小于0.5km 雾 能见度0.5km小于1.0km 特强沙尘暴 能见度小于0.05km 强沙尘暴 能见度0.05km小于0.5km 沙尘暴 能见度0.5km小于1.0km,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,表6.1 降水现象的特征和区别,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,表6.2 地面凝结现象的特征和区别,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,6.3 视程障碍现象的特征和区别,第6章 天气现象,地面气象观测基本知识介绍,6.3 视程障碍现象的特征和区别,第6章 天气现象,地面气象观测基

10、本知识介绍,6.3 视程障碍现象的特征和区别,地面气象观测基本知识介绍,第7章 气压,气压以百帕（hPa）为单位，取1位小数。 水银气压表安装后要稳定4个小时。 气压读数复验后，降下水银面。旋转槽底调整螺旋，使水银面离开象牙针尖约23mm。 观测用电灯1540W。 记号前后两处读数0.3hPa（温度0.3C，相对湿度3%），称为跳跃式变化。 自记值同实测值的比较，系统误差超过1.5hPa时，应调整仪器笔位。 日转型自记钟一天快慢超过10分钟，应调整自记钟的快慢针。 计算海平面气压的气温直减率，规定采用0.5/100m。,地面气象观测基本知识介绍,第8章 空气温度和湿度,百叶箱内外箱壁每月至少定

11、期擦洗1次。 湿球杯口距球部约2-3cm。 纱布长约10cm。 包卷纱布的重叠部分不要超过球部圆周的1/4。 湿球纱布冻结后，在球下部2-3mm处剪断。 气温在-10.0或以上湿球纱布结冰时，观测前须湿球溶冰。 风速、湿度中常时，在观测前30分钟左右进行；湿度很小，风速很大时，在观测前20分钟以内进行；湿度很大，风速很小时，要在观测前50分钟左右进行。,地面气象观测基本知识介绍,第8章 空气温度和湿度,湿球纱布一般应每周换1次。 水杯中的蒸馏水一般每周更换1次。 最高温度表安装高出干湿球温度表球部3cm。 最低温度表水平地安装并低于最高温度表1 cm。 15日20时应读取最低温度表酒精柱，5日

12、的平均差值如果0.5，最低温度表可以使用，0.5，应撤换最低温度表。 中途换用了最低温度表，在换用后的前5天内，观测酒精柱的示度。,地面气象观测基本知识介绍,第8章 空气温度和湿度,温度计记录值与实测值相比较，系统误差超过1.0时，应及时调整仪器笔位。 铂电阻在0 时的电阻值为100。 湿度计读数时，若笔尖超出自记纸下沿（0%）， 但未靠着钟筒的底沿；或笔尖超出自记纸上沿（100%），但未超出自记纸，则按外延法读数，订正后的值100时，记为100；若订正后的最小相对湿度0时，则记为0。,地面气象观测基本知识介绍,第9章 风向和风速,最大风速是指在某个时段内出现的最大10分钟平均风速值，瞬时风速

13、是指3秒钟的平均风速。 风的平均量是指在规定时间段的平均值，有3秒钟、2分钟和10分钟的平均值。 风速感应器（风杯中心）距地高度1012m；若安装在平台上，风速感应器（风杯中心）距平台面（平台有围墙者，为距围墙顶）68m，且距地面高度不得低于10m。 静风时，风速记0.0，风向记C；平均风速超过40.0m/s，则记为40.0，作日合计、日平均时，按40.0统计。,地面气象观测基本知识介绍,第9章 风向和风速,当自记钟在24小时内的计时误差20分钟时，不必进行时间差订正。 风速自记部分是按空气行程200m电接1次，风速自记笔相应跳动1次来记录的。,降水量不足0.05mm时记0.0。 虹吸式雨量计

14、无降水时，自记纸可连续使用810天，用加注1.0mm水量的办法来抬高笔位。 虹吸式雨量计有降水（自记迹线上升0.1mm）时，必须换纸。 在雨季，每月应将盛水器内的自然排水进行12次测量。 在冬季，虹吸式雨量计因防止降水浮子被冻破，在结冰期间可停用。,地面气象观测基本知识介绍,第10章 降水,在规定的日子当雪深达到或超过5cm时要观测雪压。 三次测量的地点，彼此相距应在10m以上。 平均雪深不足0.5cm记0。 8时未达到测定雪深的标准，之后因降雪而达到测定标准时，则应在14时或20时补测一次。 体积量雪器内截面积为100cm2。 5、10、15、20、25日和月末最后一天，雪深达到5cm或以上

15、，在雪深观测后观测雪压。 因降雪使得雪深一日间又增加5cm或以上，须在该日雪深观测后，补测雪压。 称雪器圆筒内截面积50 cm2。,地面气象观测基本知识介绍,第11章 雪深和雪压,E-601B型蒸发器口面积为3000cm2 器口向下6.5cm器壁上是测针插。 土圈高度应低于蒸发桶口缘约7.5cm。 护圈口缘低于蒸发桶口缘5-6 cm。 小型蒸发器口径20cm，高约10cm, 蒸发量为负值时，记0.0。,地面气象观测基本知识介绍,第12章 蒸发,地面气象观测基本知识介绍,第13章 辐射,紫外辐射分三个亚区： UV-C：0.1000.280m UV-B：0.2800.315m UV-A：0.315

16、0.400m,地面气象观测基本知识介绍,第14章 日照,在一给定时间，日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120瓦米-2（Wm-2）的那段时间总和 赤血盐、枸橼酸铁铵分别与水的比例一般为1:10和3:10。 纸上10时线对准筒口的白线，14时线对准筒底的白线。 日照纸浸漂35分钟。 全天无日照，日照时数记0.0。 涂刷日照纸以用量10张为宜。,地面气象观测基本知识介绍,第15章 地温,5、10、15、20cm曲管地温表表身成135夹角。表安装间相隔约5cm。 地温场面积为24m2。 踏板宽约30cm，长约100cm，相距表北面约40cm处。 浅层铂电阻表安装板条全长250mm，宽30mm，厚

17、5mm。 电缆应有1m左右的长度埋入土中。 直管温度地段面积为34m2，人工表表间相隔约50cm， 在表北边约30cm处，应设置一个木制观测台架，架宽约30cm 铂电阻表深层表安在人工深层表南侧50cm处，表间相隔约50cm。,地面气象观测基本知识介绍,第15章 地温,草地观测面积约1 m2。传感器安装在距地6cm高度处，传感器一端有0.5m左右的电缆露出地面。 草温和雪温观测的切换应在20时进行。 当草株高度超过10cm时，应修剪草层高度。 8时地面最低温度可能出现在5之间时，应于8时观测一次地面最低温度。地面温度值降到-36.0以下时，只读地面最低温度表的酒精柱和游标示度，并以经器差订正后

18、的酒精柱读数作为0cm记录。,地面气象观测基本知识介绍,第17章 电线积冰,两组积冰架之间距离约150200cm。 支柱采用50mm50mm5mm规格的角钢。 以4mm(又称8号)、长100cm铁(钢)丝作为导线，两端在距端点5cm处弯成直角。 合页箱长25cm直径15cm或25cm,二、自动气象站观测原理,1、观测原理 2、观测方法 3、造成各气象要素差值的原因,地面气象观测基本知识介绍,1、观测原理,地面气象观测基本知识介绍,随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，

19、再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。,1、观测原理,温度：采用测量铂金属材料电阻值与温度成正比例关系来获取温度值，将铂金属制成在温度为0度，电阻值为100欧姆的传感器，则当温度发生变化时，电阻值随之产生变化；根据欧姆定律，在给定固定电流，则当电阻值发生变化，测量电压值即可获得当时的温度值。,1、观测原理,湿度：采用测量高分子碳膜材料制成的电压与湿度的比例关系来获取空气的湿度值。将高分子碳膜材料制成电压为1伏，湿度为0%的电容器；则当湿度发生变化时，将引起电容电压值的变化，从电压的变化即可获取空气的湿度变化 。,1、观测原理,风向：风向传感器输出的是七位格雷码信号

20、，也就是说风标（即格雷码光码盘）每旋转一周（），传感器就输入出个代表不同方位的格雷码位信号，除以等于，所以从理论上说，风标每转动，就有一个不同编码的格雷码信号输出，而每一个格雷码信号又代表一个风向，故其风向的分辨率为，近似为。,1、观测原理,风速：风杯转动时带动固定在其轴部的多齿光盘一起转动。多齿光盘的两面的对应位置分别装有一个发光二极管和一个光敏三极管等组成。当风杯转动时，带动多齿光盘不断切割发光二级管照射到光敏三极管的光线，使光敏三级管不断处于导通与截止的状态，这样通过光敏三级管的导通频率就能得到相应的风速。因光敏三级管的导通频率是一数字信号，此信号的偏差与电缆长度、质量等无关，所以此风速

21、较电接风更真实的反映了实际风速。,1、观测原理,降水：降水由集水器汇集，通过过滤网过滤，经小漏斗流入计数翻斗内，当翻斗承积的水量达到一定数量时翻斗翻动，另一半翻斗开始装水，通过翻斗翻动带动磁钢移动，磁钢经过电路板上的干簧管时，使干簧管接点因磁化而闭合，发出一个个脉冲信号，将非电量转换成电量输出。,1、观测原理,气压：目前测量气压分为数字压阻和振筒式气压表两类。 数字压阻气压表是将石英晶体和惠斯登电桥电路密封在金属盒内构成的，大气压作用在敏感元件所覆盖的抽空的小盒上，通过小盒使电阻受到压缩或拉伸应力的作用，由压电效应知电阻值的变化与大气压成正比；由惠斯登电桥输出的信号，经放大器变换成标准信号。,

22、1、观测原理,振筒式气压表的传感元件为一个薄壁镍合金圆筒，由电磁环形振荡器输入压力引起机械振荡系统自振频率的变化，所测空气压力进入圆筒内，圆筒外保持真空状态，振动的自然谐振频率随施加于筒内外的压力差形成的应力而变化。压力增加，频率也增加。,2、探测方法,自动站的数据采样在采集器中完成，采样顺序：气温、湿度、降水量、风向、风速、气压、地温、辐射、日照、蒸发。 气温、湿度、气压、地温、辐射的采样速率为每分钟6次，去掉一个最大值和一个最小值，余下的4次采样值求算术平均。1分钟平均值为瞬时值。,地面气象观测基本知识介绍,2、探测方法,风向、风速的采样速率为每秒钟1次，求3秒钟、2分钟、10分钟的滑动平

23、均值。3秒钟的平均值为瞬时值。 降水量、蒸发量和日照时数的采样速率为每分钟1次。,地面气象观测基本知识介绍,3、造成各气象要素差值的原因,地面气象观测基本知识介绍,观测环境不同造成的 自动站和人工观测虽处于同一观测场，由于两者在有些项目的观测环境还是存在差异的，这就必然造成观测数据存在差异。如: 人工站气温表读数时受人体温度的影响；夏季天气炎热，气压观测数据受到室内空调制冷的影响；湿球纱布的清洁度对湿度的影响；自动站传感器因没有人工操作，观测环境相对更稳定。,3、造成各气象要素差值的原因,地面气象观测基本知识介绍,观测仪器原理不同造成的 人工观测用的仪器与自动站传感器在原理上的不同。自动气象站

24、使用的传感器较人工观测仪器更为精确、灵敏，如自动站风向风速仪采用低惯性轻金属的风传感器,其启动风速仅为0.3/,与人工站风感应器相比,具有惯性小、启动快、感应灵敏的特点；它能够观测中大气中的微小变化，使得所得到要素极值具有代表性，如温度、湿度、气压的极值等；它的测量值有较高的准确度和分辨率，自动站观测数据较人工观测更为准确可靠。,3、造成各气象要素差值的原因,地面气象观测基本知识介绍,观测时间不同步造成的 地面气象测报规范要求人工观测在观测时次的4560分之间完成气温、湿度、降水、风、气压、地温的观测，而自动站是在1分钟按一定的顺序瞬间完成各项目观测的。人工观测靠观测员逐项进行,由于观测时间跨

25、度相对较大，而近地面气象要素随时间而变化,自动观测和人工观测时间上的不同步,导致两种观测结果出现差值,而且这种差值随气象要素随时间的变化速率和变化幅度大小而不同,一般而言,气象要素随时间的变化越大则自动站与人工观测数据间的差值也越大。,3、造成各气象要素差值的原因,地面气象观测基本知识介绍,观测样本不同造成的 自动站观测的每一次测量值都是多个观测样本的平均值，如气压、温度、湿度等，都是每10秒采集一个样本值，去掉一个最大值和一个最小值后，剩下的4个观测样本的平均值作为观测值；而人工观测，只是观测员在观测时瞬间的示值。,三、地面观测规章制度,一、观测员职责 二、值班职责 三、交接班职责 四、场地

26、、仪器设备维护制度 五、业务学习制度,地面气象观测基本知识介绍,三、地面观测规章制度,地面气象观测员 应经过系统业务技术培训，参加业务主管部门定期组织的考核，取得省级或以上业务主管部门认定的地面气象观测业务岗位资格。 应熟练掌握地面气象观测技术，遵守观测值班纪律，密切监视天气演变，坚持实事求是，不得涂改、伪造观测记录，积极、认真地按本规范的要求完成观测任务。 。,地面气象观测基本知识介绍,三、地面观测规章制度,地面气象观测员 负责观测仪器和场地的日常维护，时刻保持仪器和场地处于良好状态。 在每次观测时，要及时、认真地填写地面观测簿和向微机终端输入人工观测记录，并应按规定的数据格式和编码规定按时

27、发送气象观测数据，进行资料预审和编制报表。 应积极参加业务主管部门组织的专项业务技术进修培训，不断掌握新的观测业务技术知识和新仪器的使用维护方法。,地面气象观测基本知识介绍,三、地面观测规章制度,值班制度 、严格执行规范和各项技术规定，及时准确地完成本班各项测报任务。 、值班时严守岗位，不擅离职守,集中精力监视天气变化，不做与值班无关的事，不私自代班、调班，保持值班室整洁、肃静，不让无关人员（和小孩）进入值班室、观测场。 、值班时坚持每小时正点前巡视仪器；经常注意云、能、天的变化；遇有疑难问题及时汇报，并采取措施，保持记录准确、完整。,地面气象观测基本知识介绍,三、地面观测规章制度,值班制度

28、、观测时必须携带观测簿，观测一项，记录一项，不得追记；严禁伪造、涂改，防止缺、漏、早、迟测和缺、漏报等现象的发生；记录字迹要工整、清楚，严禁字上改字和用橡皮擦、小刀刮等现象发生。 、认真校对上一班全部记录，认真填写值班日记。 6、每天必须定点对时，拨正观测所用钟表并上弦。 、注意观测和积累本地区天气变化的一些特征现象，为做好天气预报提供线索。,地面气象观测基本知识介绍,三、地面观测规章制度,交接班制度 、值班员要为下一班工作创造条件，提前做好交班的准备；接班员在班前要注意休息，严禁酗酒，按时到达值班室，认真做好值班前的一切准备工作。 、交接班必须严肃认真，共同巡视场地（室）仪器等，并当面做好四交接： （1）现用的仪器、设备、工具。 （2）值班用规范、技术规定、电码、表簿、各种使用手册等。 （3）本班的天气变化及其特点。 （4）下一班要继续完成的工作和其它注意事项。,地面气象观测基本知识介绍,三、地面观测规章制度,交接班制度 、交接班过程中发生的天气和临时任务（指交接班完毕，双方签字以前需要处理的事项），由交班员处理，接班员主动协助。 、接班员未到，值班员不得离开岗位和中断工作。 、交接完毕，双方签