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自动气象站的常规观测仪器

自动气象站的常规观测仪器

李惠贞
2015年4月

香港天文台在1984年建立首两个自动气象站,分别位于尖沙咀的天文台总部及沙田。直至2014年年底,天文台设置的自动气象站数目已增加至超过80个,相信是全球最密集的自动气象站网络之一。这自动气象站网络收集重要的气象数据,以支援本港的天气预测及警告服务。自动气象站一般装设了几种常规的观测仪器,测量气温、湿度、风速风向、雨量及气压。
量度以上气象元素看似简单,但仍需要适当的工具、地点及符合一定的标准及规格。首先说说气温和湿度,我们利用了白金丝电阻温度表来测量气温(干球温度),而另一支被湿布包裹着的白金丝电阻温度表则用作测量湿球温度(图一)。白金丝的电阻值与温度呈极佳的线性关系,因此白金丝电阻温度表是测量气温的一种非常理想的工具。我们从干球及湿球温度便可计算出相对湿度。这两支白金丝电阻温度表需要放置在一个百叶箱内,离地约1.2米,而最佳测量气温的地点是在平整、空气流通、不受障碍物遮挡阳光的空旷草地上 [1]。
图一
图一   百叶箱内两支白金丝电阻温度表分别测量干球及湿球温度
大多的自动气象站采用风杯式风速表来测量风速和风向(图二)。风速传感器是由三个风杯组成,在垂直的轴及球轴承上转动[2] 。当风吹动时会转动风杯,而转动的速率显示风力的程度; 风向标则测量风向,尖端所指示的方向便显示出风向。风速表一般需要安装在空旷的地方及离地面十米高。
图二
图二   风杯式风速表
测量雨量通常采用翻斗式雨量器。翻斗式雨量器的中央装置了两个轻便、大小一样的雨斗(图三),状似跷跷板。当其中一个雨斗所收集的雨水达到预设的雨量时,雨斗便会翻侧,把收集到的雨水排走,同时另一雨斗会继续收集雨水。从某段时间内雨斗翻动的次数便可计算出该段时间录得的总雨量。雨量器亦应该安装在离附近障碍物一定距离的地方。
图三
图三   翻斗式雨量器
测量气压通常采用电容式压力传感器。气压传感器包含两块相近、平行设置、及电绝缘的金属片,其中一块金属片可因应空气压力的变化而变曲。当空气压力有所改变时,金属片的弯曲改变了两块金属片的空隙间距,其效果相等于可变电容器的运作。电容值的变化便可显示气压。气压传感器一般安装在环境较稳定的室内地方。
参考资料:
[1] World Meteorological Organization, 2014: Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. WMO-No.8.
[2] Observer's Handbook (M.O. 1028), 2000:  Measurement of Surface Wind. 4th ed. UK Met Office.