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氣象觀測儀器大“變臉”

發布時間:2021年03月17日 來源:中國氣象報

????開欄的話?

  觀測數據是氣象業務得以開展的基石。小到一支溫度計、一個測風儀,大到氣象雷達、探測衛星,氣象數據是如何進行采集的?又是“誰”告訴你風、雨、雷、電將要來到身邊?綜合氣象觀測現代化建設快速發展,氣象探秘系列將為你摘下各類氣象儀器設備與技術的神秘面紗,去更好地認識這些天氣氣候的“記錄者”。

  上世紀七八十年代,氣象觀測環境比較艱苦,數據采集手段相對落后。由于沒有先進的觀測設備,觀測人員只能進行人工觀測,不僅耗時耗力,數據的完整性和精準性也得不到保證。

  如今,人工觀測逐步被自動觀測所取代,常規氣象要素實現自動化觀測,觀測數據實現分鐘級采集,也更加穩定、準確、客觀。氣象探測手段不斷拓展,資料獲取時間密度更高,智能觀測裝備和觀測方法更為完善,逐步實現了從二維觀測向三維立體觀測、從大尺度天氣觀測向中小尺度天氣觀測。

  百葉箱里消失的干濕球溫度表?

老式的百葉箱內左邊是干球溫度表,右邊是濕球溫度表,中間的是毛發濕度表,下方有兩個橫向溫度表。

現代百葉箱的內部充滿了溫濕度傳感器。

  摘要:百葉箱外觀不變,里面的東西早已變了樣,自動觀測后,觀測員再也不用每日打開箱體,工作量大幅下降,設備的壽命和精準性大大提升。

  氣象工作者對工作的熱情,記錄在了百葉箱的溫度表上,打開白色的箱體,雖然它的外觀保持原樣,但里面的東西早已有了變化。

  北京市氣象探測中心地面與高空觀測科副科長孟磊為我們打開百葉箱?!鞍偃~箱是一只里面放有氣象觀測儀器且空氣能流通的箱子,箱子里面放有溫度表、濕度表、最高和最低溫度表等多種儀器,這些儀器用來測量遮蔭處空氣的溫度和濕度?!?/span>

  以往的百葉箱里有一對干濕球溫度表,它們形狀相同、并列排放,用來測定空氣中的溫度和濕度,這是18世紀就發明的測量方法。左邊的一支測量氣溫,稱干球溫度表;右邊的一支在球部位置包扎一層保持浸透蒸餾水的脫脂紗布,稱濕球溫度表。由于水分在蒸發時吸收感溫元件的熱量,因此濕球溫度要低于干球溫度。此外,下方的兩個橫向溫度表分別用來測量最高溫度和最低溫度。

  但是干濕球溫度表不能在低溫(-10°C以下)環境下測濕,因此在極寒的天氣中,測濕只能靠中間的毛發濕度表了。

  隨著電子技術的發展,測量技術發生了怎樣的變化?只見孟磊打開如今更為先進的百葉箱,雖然外表看起來與老式百葉箱沒有什么不同,但干濕球溫度表等已不在其中,取而代之的是溫濕度傳感器?!八鼈兛梢詫囟葷穸冗M行自動測量,將每分鐘測量到的數據傳輸到業務軟件中。自動觀測避免人工誤差 ,每分鐘都有不間斷的數據上傳到后臺。以前觀測員測量完最高溫度和最低溫度后還要將溫度表調回到初始狀態,現在兩個傳感器就能自動測量溫度了?!泵侠谟行└锌卣f。自動觀測后,觀測員再也不用在寒冷的天氣中清理覆蓋冰雪的箱體,同時設備的壽命和精準性也大大提升。

  老式雨量器VS自動站雨量觀測?

雙翻斗雨量傳感器。

老式雨量筒內有漏斗、儲水瓶,外部有雨量杯。

  摘要:人工觀測降雨量時,每日觀測次數受限,蒸發量無法避免,讀數誤差大;自動觀測后,再無這些顧慮,同時可以任意時次疊加計算雨量,大大方便了氣象工作者。

  降雨量代表著一個地區的天氣情況,通過工作人員最直觀的觀測與記錄,它直接或間接地反應當地的氣候是否異常。隨著自動氣象站的普及利用,老式雨量器逐漸被自動站代替。

  人工觀測降雨量采用雨量器進行觀測,它由雨量筒和雨量杯組成。常見的雨量筒外殼是金屬圓筒,分為上下兩節,上節是一個口徑為20厘米的盛水漏斗,為防止雨水濺失,筒口采用堅硬銅質做成內直外斜的刀刃狀,下節筒內放置儲水瓶用來收集雨水。下雨后,到了規定的時次,將儲水瓶中的水倒入雨量杯中,觀測員根據杯上的刻度讀取水位最低位線便可得知這一時段的降雨量為多少。降雪季節時將儲水瓶取出,換上不帶漏斗的筒口,雪花可直接收集在雨量筒內,待雪融化后再讀數。

  但是,人工觀測降雨每日會受次數限制,雨量的蒸發也無法避免,另外常有部分水珠黏附在儲水瓶及雨量杯上造成雨量的損失,致使人工觀測的數值比實際偏小,當降水量數值偏小時,其差值百分率會變大,造成誤差。

  認真填寫氣象觀測記錄報表、清理雨量器……這些畫面可能將要退出歷史的舞臺。

  孟磊說:“老式的觀測方法慢慢被淘汰,現在采用自動觀測設備。以前人工只能測量每6小時的累積降水量且測量的次數有限,而自動站雨量觀測是一個連續采集降水量的過程,隨降隨記,不存在人為誤差。另外,自動雨量站采集的數據為正點時刻的數據,這個時間非常精確?!?/span>

  打開更為先進的雙翻斗雨量傳感器,它主要由承水器、上翻斗、匯集漏斗、計量翻斗、計數翻斗等組成。承水器收集到的降水通過漏斗進入上翻斗,當雨水積累到一定量時上翻斗翻轉,水進入匯集漏斗,匯集漏斗通過節流管將水注入計量翻斗,當計量翻斗承受的降水量為0.1毫米時它就把降水傾倒進計數翻斗,使計數翻斗翻轉一次。這樣,降水量每次達到0.1毫米時,采集器就自動記錄0.1毫米的降水量。這種方式,減少了人為讀數的誤差,又大大節省了人力成本。

  701氣象雷達“變身”L波段雷達

701氣象雷達

L波段雷達

  摘要:雷達車的悄然變化,除了在外觀上令人耳目一新、每次參與工作的人數大幅減少、性能提升之外,它還可以實現自動追蹤,使誤差概率大幅降低。

  “701氣象雷達是高空大氣探測的專用技術裝備,通過跟蹤和接收由氣球攜帶的高空大氣傳感器發回的信息,測量由地面到高空3萬米以上的大氣參數。雖然701氣象雷達在上世紀70年代初廣泛布網,但是其整體科技水平遠不能適應現代大氣探測和數字信息處理技術的高精度和自動化要求,當時完成一次高空探測需要至少6個人的合作,十分繁瑣?!泵侠诮榻B。

  現如今,L波段高空氣象探測系統(或稱L波段雷達)華麗現身,它是我國自主研發的新一代探空系統,主要由二次測風雷達和電子探空儀兩部分組成,可用于探測大氣層中風向、風速、氣溫、氣壓、濕度等氣象要素,只需要兩個人就能完成一次高空探測。每次探測時間為1小時左右,具有自動化程度高、探測精度高、采樣速度快、抗干擾能力強等特點,其新型的探測系統基本實現了探測數據采集、監測和集成的自動化,提高了高空氣象資料的質量和精度。

  L波段雷達可以實現自動跟蹤,原理是首先施放一個探測氫氣球,然后自動跟蹤該氣球并實時接收氣球上傳感器傳回的溫度、氣壓和濕度的信號??罩械臏囟?、濕度、氣壓三個要素是利用氣球攜帶的數字探空儀來完成收集的。探空儀由傳感器、轉換電路、編碼電路和回答器所組成,感應元件的電參量隨著大氣中溫度、濕度和氣壓的變化而變化,轉換電路對變化后的電參量進行采樣、編碼,再由回答器發回地面被雷達接收,經過解碼和計算,就能得到大氣層中各層高度的溫度、濕度和氣壓的氣象要素值。

  另外,L波段雷達可以測量氣球下方懸掛的傳感器同雷達之間的距離,并對氣球運動軌跡進行連續跟蹤和測量,利用數學模型計算出高空中每一分鐘的風向和風速。

  至此,高空中溫度、壓力、濕度、風向、風速這五個要素的全部數據就被L波段雷達獲取了。


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