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，
2、是推动气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
3、结果，对于天气预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（19021915 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
4、朝着遥感遥测、自动化、高精度、高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（Traditional Alphanume
5、ric Codes，TAC ）向表格驱动代码（Table Driven Code Forms，TDCFs）的过渡工作，推动最终实现由观测系统自动完成 BUFR码（Binary Universal Form for the Representation of meteorological data）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
6、。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
7、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 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。地面气象观测规范中强调了观测方法的统一性问题，指出气象台站在地面气象观测中必须做到观测时间、观测仪器、观测方法和数据处理等方面保持高度统
8、一。1.1.5 地面气象观测的 “三性 ”1.1.5.1 代表性观测记录不仅要反映测点的气象状况，而且要反映测点周围一定范围内的平均气象状况。地面气象观测在选择站址和仪器性能，确定仪器安装位置时要充分满足记录的代表性要求。根据观测用途不同代表性要求也不一样。测站代表性：是指空间某定点要素值测量的结果能够反映测站该时刻（或时段）被测要素值的真实状态或实际的变化情况。假设仪器是精确的，测站代表性的程度则主要由被测量值本身所决定。因此测站代表性表示所测要素值所受地方性条件干扰的程度。例如在高大建筑物的附近安装雨量器，由于建筑物的影响所观测到的降水量值偏离了测站应观测到的实际降水量，则认为这样的雨量记
9、录没有代表性。区域代表性：是指所测得的某一要素值，能够反映测站周围一定范围内该要素区域平均情况的程度。因此代表的区域平均情况的范围越大，则认为代表性越好。测站代表性和区域代表性的关系。从每个测站来说，它代表的是这个区域中一定范围内气象要素的平均状态，。区域的气象特征正是由区域内许多测站的平均气象特征所组成的。这就是说区域代表性是以测站代表性为前提，没有测站代表性就没有区域代表性，但只有测站代表性而没有区域代表性，气象资料的使用也受到限制。代表性主要与台站所处的地理条件、观测仪器的性能、安装地点和安装方法、所取平均观测时间的长短有关。1.1.5.2 准确性观测记录要真实地反映实际气象状况。气象观
10、测的准确性可以用气象观测资料与当时真值的接近程度来衡量，地面气象观测使用的气象观测仪器性能和制定的观测方法要充分满足规定的准确度要求，只要所测得资料能满足实际工作提出的精度要求，且所测得的要素值能反映当时的客观特征，这样的资料就认为是准确的。例如天气预报所要求的是能反映较大尺度范围各地特征的气象资料，它所需要的气温资料只要有 0.5的精度，温度中的过小脉动值在天气分析中并不需要考虑，但是作为气候分析，显然这种精度是达不到要求的，WMO 要求0.1。1.1.5.3 比较性所谓比较性，它有两层含义：一是站与站之间的比较，就是不同测站同一时刻取得的同一要素值能够相互比较，并经过比较能够显示出这个要素
11、空间分布的正确特征。二是同一测站不同时刻的同一要素值也要求能够进行比较，用以说明要素随时间的变化特点。因此，观测的比较性是建立在一致性的基础上的，即要求观测时间、仪器性能、观测方法、数据处理等方面的一致性。地面气象观测的“三性”是互相联系互相制约的。代表性是建立在准确性的基础上，没有准确性也就谈不到代表性；然而只有准确性而没有代表性的气象资料是难以应用的。同时比较性也必须以准确性和代表性为前提，因为如果资料既不准确，又无代表性，就没有时空比较的意义。1.1.6 地面气象观测仪器1.1.6.1 仪器的性能指标仪器的性能指标主要有准确度、灵敏度、测量范围、分辨力、响应时间、平均时间、采样速率、漂移
12、等。准确度：表示测量结果与被测量真值的一致程度。如果把准确度解释成一个质量术语，它的数量表述即是不确定度。灵敏度：指单位待测量的变化所引起的指示仪表输出的变化。例如辐射仪器灵敏度 K 定义为仪器达到稳态后，输出量（V）与输入量（W/m 2）之比，即 K（V/Wm 2）= V/E ，也就是单位辐照度产生的电压微伏数， K 值是否稳定是衡量一个辐射表等级标准的重要指标。测量范围：指在保证主要技术性能的情况下，仪器能测定的被测量的量值范围。分辨力：指仪器测量时能给出的被测量量值的最小间隔。响应时间：亦称滞后系数，是指被测量值阶跃变化后，仪器测量值达到最终稳定值的不同百分比所需要的时间。其中达到 63
13、.2所需的时间称为仪器的时间常数。平均时间：指求被测量平均值的固定时间段。采样速率：指自动观测时获取被测量数据的时间间隔。各要素的采样速率与仪器的时间常数有关。漂移：指测量仪器的计量特性随时间的缓慢变化。1.1.6.2 观测仪器的要求地面气象观测所使用的各种仪器，必须满足以下要求：（1）应具有国务院气象主管机构业务主管部门颁发的使用许可证，或经国务院气象主管机构业务主管部门审批同意用于观测业务。（2）仪器需满足规定的时间响应速率（仪器时间常数）、测量范围、测量精确度和灵敏度。（3）仪器性能需长期保持稳定。（4）仪器在不同气候区和不同拔海高度都能保持性能良好。如在高温、严寒、阴湿、干旱和风沙等天
14、气条件下均能正常工作。（5）仪器的结构合理，单一响应性好。对所测要素响应灵敏，而对其它要素响应微小，并能从结构上加以补偿，以避免繁琐的订正。（6）操作与维护方便，具有详细的技术及操作手册。通常仪器的初始检定与设想输出之间会出现一定的偏差，当正常工作时，需要对观测资料进行修正。结构简单、结实、操作与维护方便也是重要的，因为大多数气象仪器要年复一年地连续使用，对全部或部分暴露在自然条件下的仪器，结构坚固特别重要。1.1.6.3 自动气象站技术性能要求地面气象观测站使用的自动气象站基本技术性能应符合表 1.1 的要求。表 1.1 我国自动气象站技术性能要求测量要素 测量范围 分辨力 准确度 平均时间
15、 采样速率气温 -50+50 0.1 0.2 1min 6 次/min30 次/min相对湿度 0100 1 4（ 80）8（80 ） 1min 6 次/min30 次/min气压 5001100hPa（任意 200hPa） 0.1hPa 0.3hPa 1min 6 次/min30 次/min风向 0360 3 5 1 次 /s风速 060m/s 0.1m/s （0.5+0.03V）m/s（0.3+0.03V）m/s （基准站）3s1min2min10min 1 次 /s（普通）注：V 为实际风速，下同090m/s（强风）1m/s（ 20m/s）V5%（20m/s）4 次 /s降水 雨强04m
16、m/min 0.1mm 0.4mm（ 10mm）4（10mm） 累计 1 次/min日照 024h 60s 0.1h 累计 蒸发 0100mm 0.1mm 1.5 累计 地温 -50+80 0.1 0.50.3（基准站） 1min 6 次/min30 次/min总辐射 02000W/m 2 1W/m2 5 1min 6 次/min30 次/min净辐射 -200 1400W/m2 1W/m2 1520 1min 6 次/min30 次/min直接辐射 02000W/m 2 1W/m2 2 1min 6 次/min30 次/min1.1.6.4 维护和检验（1）地面气象观测仪器设备应按规定进行校
17、验和检定，气象站不得使用未经检定、超过检定周期或检定不合格的仪器设备。（2）地面气象观测仪器设备应经常维护和定期检修，保证在规定的检定周期内仪器保持规定的准确度要求。1.1.6.5 换用不同技术特性的仪器及平行观测的要求当人工观测改为自动观测或换用不同技术特性的仪器进行观测时，为了了解取得资料序列的差异，必须进行平行观测。（1）平行观测项目为更换观测仪器的观测项目。（2）当人工观测改为自动观测时，平行观测期限至少为 2 年。第一年以人工观测记录（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。（3）当换用不同技术特性的仪器时，平行观测期限可视换用仪
18、器的技术性能变化情况而定，但至少不得少于 3 个月。（4）平行观测时次为北京时间 02、08、14、20 时 4 个时次，非昼夜守班的地面气象观测站，02 时可不平行观测。（5）平行观测资料应统计整理成月报表附在当月正式月报表后面，存档上报。1.1.7 气象观测元数据1.1.7.1 元数据的概念元数据（Metadata ）是“ 关于数据的数据”或“描述数据的数据”。元数据要说明所描述的对象是什么、包括什么内容、能干什么、如何得到等基本问题。元数据作为一个概念，古已有之，作为一个词，来自于计算机科学，传统的图书馆卡片、出版图书的版权说明、磁盘的标签等都是元数据的表现形式。元数据也是数据，其本身也
19、可以作为被描述的对象，这时描述它的数据就是元数据。通过元数据，一方面能够对信息资源进行详细、深入的了解，包括信息资源的格式、质量、处理方法和获取方法等方面细节，另一方面借助它能实现网络共享，使得信息资源的用户（或用户应用系统）可以迅速地发现与其需求相匹配的信息资源，进而通过网络或其它途径取得它并加以利用，从而促进信息资源的共享。元数据的种类有不同的分类方法，一般分为描述性元数据、管理性元数据、结构性元数据、保存性元数据等。1.1.7.2 气象观测元数据的内容气象观测元数据指应用于测量和观测的台站和数据历史，描述了观测的位置、仪器和方法、质量及其它特征。它是台站管理记录的延伸，包含台站选址、仪器
20、安装、仪器类型、维护时间表和发生在观测系统期间内所有系统变化的全部信息，扩大后的元数据信息还应包括数字图像。气象观测元数据是描述性元数据，主要包括台站信息、时间信息、仪器信息、观测规范信息和数据的格式信息等，当这些信息发生变化时要及时更新。地面气象观测元数据存在于地面气象观测的所有数据文件之中，如自动气象站采集数据文件、地面气象数据传输文件、地面气象观测数据文件、气象辐射观测数据文件、地面气象年报表数据文件等，已成为气象信息的重要补充来源。例如，地面气象观测数据文件（A 文件）由台站参数、观测数据、质量控制、附加信息四个部分构成，其中台站参数、质量控制和附加信息为元数据，观测数据段中每个要素的
21、指示码和方式位也是元数据。1.2 地面气象观测的组织工作1.2.1 观测站类型和任务1.2.1.1 观测站类型（1） 可按承担的观测任务和作用分为国家基准气候站、国家基本气象站、国家一般气象站和区域气象观测站四大类，具体规定如下： 国家基准气候站。简称基准站，是根据国家气候区划以及全球气候观测系统的要求，为获取具有充分代表性的长期、连续资料而设置的气候观测站，是国家气候站网的骨干。 国家基本气象站。简称基本站，是根据全国气候分析和天气预报的需要所设置的地面气象观测站，大多担负全球区域或国家气象信息交换任务，是国家天气气候站网的主体。 国家一般气象站。简称一般站，主要是按省（区、市）行政区划设置
22、的地面气象观测站，获取的观测资料主要用于本省（区、市）和当地的气象服务，也是国家天气气候站网的补充。在对气象部门外名称统一规范为国家气象观测站。 区域气象观测站。简称区域站，为满足不同部门特殊服务的需要，或用于天气气候站网的空间加密而设立的气象站，可以是人工观测站或无人气象观测站，其观测项目可根据需要而设定。（2）承担气象辐射观测任务的站，按观测项目和作用分为基准辐射站、一级站、二级站和三级站，具体规定如下： 气象基准辐射站。以测量方法、校准和准确度均遵循可实现的最高标准的方式，提供地表辐射通量的连续、长期和频繁采样的现代化测量。这些站点主要是为确定区域气候趋势和提供卫星观测的地基校正测量而特
23、别建立的。 气象辐射观测一级站。进行总辐射、散射辐射、太阳直接辐射、反射辐射和净全辐射观测的辐射观测站。 气象辐射观测二级站。进行总辐射、净全辐射观测的辐射观测站。 气象辐射观测三级站。只进行总辐射观测的辐射观测站。各种类型的气象辐射观测站，根据需要增加紫外辐射、大气长波辐射和地面长波辐射的观测。1.2.1.2 观测任务和方式地面气象观测工作的基本任务是观测、记录处理和编发气象报告（包括上传气象观测数据）。地面气象观测分为人工观测和自动观测两种方式，其中人工观测又包括人工目测和人工器测。1.2.2 观测项目和程序1.2.2.1 观测项目（1）各气象站均须观测的项目：云、能见度、天气现象、气压、
24、空气的温度和湿度、风向和风速、降水、日照、蒸发、地面温度（含草温）、雪深；（2）由国务院气象主管机构指定地面气象观测站观测的项目：浅层和深层地温、冻土、电线积冰、辐射、地面状态；（3）由省级气象主管机构指定地面气象观测站观测的项目：雪压；根据服务需要增加的观测项目。随着气象业务服务发展的需要，观测自动化的不断推进，地面气象观测项目也在不断增多，如固态降水的自动观测、土壤水分观测等。1.2.2.2 观测程序地面气象观测规范对自动气象站观测方式和人工观测方式的观测程序作了具体的规定，观测员必须在规定的时间进行仪器设备和场地的巡视以及在规定的时间进行气象要素的观测。人工观测项目可根据项目的多少在规定
25、的时间内进行，但全站的观测程序和地点必须统一，并且尽量少变动。1.2.3 时制、日界和对时人工器测日照采用真太阳时，辐射和自动观测日照采用地方平均太阳时，其余观测项目均采用北京时。气象站观测时钟应对北京时。自动气象站以采集器的内部时钟为观测时钟，采集器与计算机保持时钟同步。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。1.2.4 地面气象观测员地面气象观测规范对地面气象观测员提出了明确的要求，随着观测技术的不断更新，自动化观测将成为地面气象观测业务的主体，地面气象观测员应从以观测工作为主逐步转到以仪器维护、资料质量分析控制
26、等工作为主。1.2.5 站网优化地面气象观测站网包括国家气候观测网、国家天气观测网、专业气象观测网和区域气象观测网。国家气候观测网由国家基准气候站组成，基本站作为补充。基本定位是：（1 ）进行高精度的基本气候要素观测，精确反映我国范围内基本气候变化事实，为国家应对气候变化方案提供决策支持；（2）形成全国地面观测资料标准序列，为其它类别地面站和其它观测手段（如卫星），提供高精度、高准确性的对比校准资料；（3 ）为满足极端天气气候事件监测预警、短期气候预测、气候变化检测评估、气候变化归因和影响、气候应用服务、空气质量预报、气候系统模式验证等业务服务需求，承担地球系统多圈层相关要素观测。国家天气观测
27、网由基准站、基本站、一般站组成，区域站作为补充。基本定位是：针对提高天气预报准确率，实现对气象要素、天气现象、气象灾害连续观测，获取天气尺度综合气象信息，满足防灾减灾气象服务需求。地面气象观测主要用于实时探测地面气象要素的变化、监测气象灾害强度、验证预报结果。专业气象观测网由承担专业服务任务的相关国家级地面气象观测站、区域观测站、专门布设的专业要素观测站组成。基本定位是：针对受气象条件影响较大、对国民经济有重要作用的交通、农业、海洋、能源、环境等行业服务的特殊需求，开展敏感要素的气象观测。区域气象观测网主要由本区域内的国家级地面观测站、区域站以及专业网专项要素观测站组成。基本定位是：提供区域性
28、高时空分辨率的中小尺度灾害性天气、局部环境和区域气候等观测数据，提高对突发性、时间短、局地性灾害天气事件的监测和服务能力。站网优化的主要内容是站网布局、观测方法、观测精度、观测要素。目前我国存在着站网不能准确代表和反映我国复杂气候特征，关键区站点密度不足，气候资料序列均一性较差，观测环境遭到不同程度的破坏，气压、湿度、降水、辐射、地温传感器等观测精度还不能完全达到 WMO 所要求的天气观测精度和全球气候观测系统（GCOS ）对气候监测的要求，现有业务中未实现自动化观测的云能天等要素存在精度低、主观性强的缺点。站网优化的目的是完善国家气候观测网和国家天气观测网，满足防灾减灾和应对气候变化需求；完
29、善专业气象观测网，满足多领域业务服务需求；完善区域气象观测网，提高区域精细化订正预报和服务的能力。1.3 地面气象观测场和值班室1.3.1 观测场1.3.1.1 观测场的要求地面气象观测场是取得地面气象资料的主要场所，必须符合地面气象观测规范的要求。（1）地面气象观测场应为东西、南北向，大小应为 25 m25 m，有辐射观测的应为 35 m（南北向）25 m（东西向）。受条件限制的高山站、海岛站、无人站，观测场大小以满足仪器设备的安装为原则。（2）不得垫高观测场。（3）在观测场几何中心位置设中心地理标志，用水泥混凝土或其它石材制作，大小为 30cm30cm，与地面齐平或不高出 3cm，中心位置
30、标识出南北、东西向的十字线，在北、东的方位分别标注 N、E，并雕刻经、纬度（精确到分）和拔海高度（精确到 0.1 m）。（4）观测场四周应设置约 1.2m 高的稀疏围栏，围栏应坚固、美观、耐用，白色，不得使用对要素测量有影响的材质（如反光的不锈钢等）。栅条宽度应小于 8cm，栅条的间距应大于 10cm。围栏四周高度应一致，且垂直。一般只在围栏立柱处建设基座，基座要保证围栏安装的牢固。为了对观测场地进行标识，可在观测场四周建设完整的基座，其宽度、高度均以 1520 cm 为宜。观测场围栏的门一般开在北面。场地应平整，保持有均匀草层（不长草的地区例外），草高不能超过 20 cm。对草层的养护，不能
31、对观测记录造成影响。场内不准种植作物。（5）为保持观测场地自然状态，场内铺设 3050 cm 宽的小路，盖板用活动的水泥预制板或石材铺设，以结实、美观、耐用为宜，人员只准在小路上行走。有积雪时，除小路上的积雪可以清除外，应保护场地积雪的自然状态。观测场外四周 2 m 范围内除必建的小路外应与观测场内下垫面一致，不得用水泥或沥清等进行硬化。（6）根据场内仪器布设位置和线缆铺设需要，在小路下修建电缆沟（管）。地沟深 30 50 cm（根据降水情况而定）、宽 30 cm，在地沟 1/2 深度处横向架设钢筋，每隔 1.52.0 m 架设一根，地沟拐角和交叉处适当增加架设密度；地沟靠仪器安装位置一侧沟壁
32、上应留有直径 510 cm 的洞口；地沟底部和沟壁用砖砌实，以防地下水渗入，沟沿与观测场地面平齐或不高出 3cm，防止雨水从观测场流入，地沟要留有排水涵洞，以防雨后积水。地沟盖板可高出观测场地面约 5cm。应在横向钢筋上铺设镀锌线槽，用于铺设仪器信号线和电源线。信号线和电源线尽量不在同一线槽内，各种接头或引出线端应使用专用接头和堵头，以保证线槽完全密封。受条件限制的，可以使用聚氯乙烯管（PVC 管）代替线槽。电缆沟（管）应做到防水、防鼠，并便于维护。（7）降水较多的地区，四周可修建排水沟，以尽可能减少强降水时造成观测场内积水。排水沟的宽度约为 3050 cm，深度约为 2030 cm，并采取必
33、要的安全措施。（8）在风传感器、日照计的正南方分别设置南北标志。南北标志位于观测场南边围栏内侧的地面上，用水泥混凝土或其它石材制作，大小为10cm10cm，与地面齐平或不高出 3cm，地桩应平整，安装应牢固，中心分别与风传感器、日照计相对应。（9）观测场的防雷必须符合气象行业规定的防雷技术标准的要求。台站应尽可能在观测场处设置独立避雷针，使观测场仪器设备在直击雷防护区内，具体安装应符合 GB 500571994建筑物防雷设计规范和地面气象观测规范的要求。1.3.1.2 观测场内仪器设施的布置（1） 总体布局以 25 m25 m 大小观测场为例，场内仪器设施参照图。 台站没有的观测项目，可将其布
34、设位置预留，以便今后业务发展需要，但不得随意增加仪器设备。 辐射观测仪器设置在观测场南扩 10 m（南北向）25 m（东西向）地段内，位于观测场南北中心轴线上，距地温场南边缘垂距约 8 m 处，避开支架和仪器阴影对地温观测的直接影响。图 1.1 地面气象观测站仪器设施布局参考图（2）具体要求观测场内仪器设施的布置要注意互不影响，便于观测操作。 高的仪器设施安置在北边，低的仪器设施安置在南边； 各仪器设施东西排列成行，南北布设成列，相互间东西间隔不小于4m，南北间隔不小于 3m，仪器距观测场边缘护栏不小于 3m； 仪器安置在紧靠东西向小路南面，观测员应从北面接近仪器； 辐射观测仪器一般安装在观测
35、场南面，观测仪器感应面不能受任何障碍物影响； 因条件限制不能安装在观测场内的观测仪器，总辐射、直接辐射、散射辐射、日照以及风观测仪器可安装在天空条件符合要求的屋顶平台上，反射辐射和净全辐射观测仪器安装在符合条件的有代表性下垫面的地方； 北回归线以南的地面气象观测站观测场内仪器设施的布置可根据太阳位置的变化灵活掌握，尽量减少观测员的观测活动对观测记录代表性和准确性的影响。1.3.2 站址迁移及对比观测由于观测环境的破坏、城乡规划建设、重大工程以及其它方面原因，站址需要迁移。为了了解站址迁移前后观测资料序列的差异，为正确使用迁站前后资料提供依据，凡新旧两地水平距离超过 2000 m、或拔海高度差在
36、 100 m 以上、或地形环境有明显差异时，迁站时须在新旧站址同时进行对比观测。对比观测项目为气温（包括最高、最低）、湿度、风向、风速、深层地温（无深层地温观测任务的站不必进行）。为取得全年完整的观测资料，在旧站址的观测记录应持续到 12 月 31 日，新站址的正式观测记录应从 1 月 1 日开始。据统计分析，地理环境相同、拔海高度差不大的站址迁移，可保持资料序列的均一性，不合理的迁站对极端气温、平均气温、雨量、风向、风速等影响较大。1.3.3 观测值班室及设施观测值班室是安放室内观测仪器的场所和值班观测员的工作室。（1）一般应建在观测场北边，保证观测员在值班室有较开阔的视野，能看见观测场的全
37、貌，可随时监视观测场的情况和天气的变化。值班室的面积，基准站和基本站不小于 20 m2，一般站不小于 15 m2，与其它观测业务一起的综合观测值班室应不小于 40 m2。（2）安装集中控制和分配供电电源的配电箱。微机设备、照明、空调供电应分开，采用三相五线制，市电（交流，220V+10% 、-15% 、50Hz），其电源应从配电盘接专线供电，不得与其它设备共用同一相电。室内线缆走暗线，不得暴露，电源插座、开关等安装必须符合供电部门的规范设计要求，布局合理，并有利于用电操作。配置 UPS 电源和发电设备，建立专用机房及相应的配电设备。上述设备的接地应符合规范设计要求。（3）值班室应具备有效的直击
38、雷防护措施，需要有良好的接地体，接地电阻小于 3 ，室内仪器设备均须可靠接地；值班室供电线路、电话线、网线、信号线及其它入室线必须安装适配的电源、信号 SPD。（4）要建立至上级业务部门的通信传输专线（或通过局域网实现），带宽至少应为 2 M，建立备份通信传输线路，备份线路能够保证本站各类观测系统的实时传输。（5）值班室至少应配备工作台 1 个、微机桌 23 张、测报专用微机 1 台、自动气象站微机 1 台，打印机 1 台，综合气象观测业务柜等。工作台上安放与台面相当的玻璃板，玻璃板下摆放与值班有关的各种查算用表。承担辐射观测任务的台站须另增加相应工作台。（6）墙壁醒目位置悬挂电子时钟，走时误
39、差小于 30s。（7）墙面上必须悬挂能见度目标物图、观测员职责、值班制度、交接班制度、场地仪器设备维护制度。还可根据需要悬挂本站常规历年气象资料图表和其它规章制度、工作流程等。（8）整理装订后的各类资料、各种查算表、业务技术规定、规章制度等专柜存放，在柜子相应位置贴上标签，分类存放，要求放置整齐、便于取放。（9）室内应有取暖（制冷）设备，配有空调的，其空调机不能正对气压传感器，距离应在 1.5 m 以上。（10 ）备份仪器、常用工具等有专柜，并分类存放。1.4 地面气象探测环境保护1.4.1 探测环境的基本要求 （1）世界气象组织对探测环境的要求 测点不应设在凹地，附近应无陡峭的倾斜地表。 测
40、点应远离树木、建筑物、墙或其它障碍物。任何此类障碍（包括栅栏）离雨量器承水口上边沿的距离，应不小于障碍物高度的 2 倍，最好 4 倍于此高度。 在平坦开阔地域上，测风仪器的标准安置高度是地面以上 10 m（开阔地域的定义是风速表与任何障碍物之间的距离至少是障碍物高度的 10 倍）。不能在成行的树、房屋或任何障碍物的直接尾流中进行风的观测，因为尾流很容易顺风扩展到相当于障碍物高度的 12 倍到 15 倍处，所以要达到障碍物高度的 10 倍是最低的要求。 当太阳处于地平线 3以上时，在全年测量时段内，日照计对太阳的视野应无遮挡。 蒸发器应位于相当平坦的地方，并避开树、建筑物、灌木或仪器百叶箱等障碍
41、物，这些障碍物距蒸发器的距离，应大于它们高出蒸发器高度的 5 倍。对于成群障碍物，此距离应增至 10 倍。 观测云的场地必须尽量开敞，并要求对天空及周围地区有最开阔的视野；云的夜间观测，最好在不受外来灯光影响的测点进行。 能见度仪器应安装在远离局地大气污染的地方，例如烟、工业污染、多尘路面等。 在沿海站，要求有开阔的海面视野，但又不应太接近悬崖边缘。因为悬崖引发的风的旋涡，将影响降水量和风的测量。（2） 地面气象观测站探测环境保护规范（GB 31221-2014）对探测环境的要求观测场最多风向的上风方 90范围内 5000 m、其他方向 2000 m，在此范围内不宜规划工矿区，不宜建设易产生烟
42、幕等污染大气的设施；国家基准气候站的观测场上风方向 5000 m 范围内还不宜规划人口总数超过五千人的居民区。各类气象站四周应当开阔，保持气流通畅。周围的建筑物、作物、树木等障碍物和其它对气象探测有影响的各种源体，与气象观测场围栏必须保持一定距离，具体保护标准见表 1.2。 表 1.2 气象观测场围栏与周围障碍物边缘和各种影响源体边缘之间距离的保护标准站类项目名称国家基准气候站 国家基本气象站 国家一般气象站障碍物控制区范围 2000 m 1000 m 800 m控制区内的障碍物任一点的高度距离比1/10 1/10 1/8控制区内的障碍物与观测场围栏最近距离50 50 30观测场围栏与铁路路基
43、之间的最小距离200 200 100观测场围栏与公路路基之间的最小距 50 50 30离观测场围栏与人工建造的水体之间的最小距离100 100 50观测场围栏与垃圾场、排污口等其他影响源之间的最小距离500 500 200日出、日落方向内（此范围不受控制区限制），障碍物遮挡仰角5 5 7“探测环境”是指为避开各种干扰，保证气象探测设施准确获得气象探测信息所必需的最小距离构成的环境空间。“障碍物”是指观测场以外高于观测场地平面 1 米以上的建筑物、构筑物、树木、作物等物体。“高度距离比 ”是指障碍物高出观测场地平面以上部分的高度与该高度点在观测场地平面的投影点至观测场围栏最近点之间的距离之比。“
44、影响源”是指对气象要素代表性或气象仪器测量性能有影响的各类源体。主要包括热源、污染源、辐射源、电磁干扰源等，如铁路、公路、水体、垃圾场、排污口等。“遮挡仰角”是指从观测场围栏距障碍物最近点的地面向该障碍物可见的最高点看去，视线与视线在观测场所在地平面的投影所形成的夹角。1.5 地面气象观测质量保证1.5.1 影响观测质量的因素任何观测，都不可避免地存在着一定的误差，影响观测质量的因素较多，有主观因素也有客观因素，归纳起来主要有以下一些因素：（1）仪器设备。正确选择仪器对获取高质量的资料来说是必要条件，而非充分条件。没有一种测量技术是完美无缺的，所有仪器都会产生各种系统误差和随机误差，通过恰当的
45、防范和修正措施可使它们对资料质量的影响减小到一个可接受的程度。（2）仪器安装。地面气象仪器的布局和安装由地面气象观测规范加以规定，不正确的安装会引起测量的准确性降低。（3）兼容性。当使用不同技术特性的仪器作同类测量时，会发生资料兼容性问题。例如当人工观测改为自动观测、增加不同时间常数的新仪器、使用不同的传感器保护罩时，都可能遇到兼容性问题。对资料兼容性和均一性的影响要通过长时间的比对来进行仔细研究。（4）测量方法。测量方法不完善，测量操作不当等原因会造成一定误差。（5）测量环境条件。测量环境条件对测量结果有很大影响，通过对环境条件改善可减小这种误差。（6）测试和校准。气象仪器性能和仪器特性发生
46、变化，如硬件元件老化、维修不力、安装不当等，这些都会导致相对于校准值的长时间漂移或突然改变。因此，仪器需要定期检查和校准以保证提供的资料可靠。（7）仪器维护与场地维护。每台仪器所提供的数据质量在很大程度上受其维护质量的影响，而这又主要取决于观测人员的维护能力。观测场地对观测数据有较大的影响，场地的维护状况直接影响到观测质量。（8）培训和教育。观测质量同样也依赖于对观测员的培训和教育。观测员的观测熟练程度、操作习惯及观测时的情绪、责任心等都可能影响到测量结果。设备越复杂，系统维护和使用所需要的技术知识就越多，需要通过不断更新知识，使观测员的技术知识满足业务工作的需要。1.5.2 质量管理地面气象
47、观测的质量管理贯穿于观测活动的所有环节上，包括从规划到安装、运行、维护、检验、质量控制、教育培训、资料处理、分发、加工和存档等一系列协调活动。质量管理的目的是确保提供应用的资料符合各种要求，包括不确定性、分辨率、连续性、均一性、代表性、时限、格式等。好的资料无需特别出色，重要的是其质量应是已知的和可证实的。提供高质量的气象资料不是一件简单的事情，没有一套完善的质量管理体系是不可能的。质量控制是质量管理系统中的重要组成部分，它是检查观测记录质量是否达到一定要求的过程。质量控制的目的是确定正确的记录，找出缺测记录、错误记录和可疑记录，并且对这些记录做出标识或使用尽可能准确的值来代替，把不准确或错误
48、的观测值的数量和缺测次数减少到最低程度。在提高观测质量方面有两个关键环节：防止误差和订正误差。质量控制是每个观测员的基本职责，为了获得高质量观测数据，应当做好以下几方面的工作：（1）保证仪器设备处于正常的工作状态。（2）实时进行质量监控，及时发现任何不正确的结果，包括对检测值合理性、变化率和同其它测量值比较的一般性总体检查。（3）全部观测数据内部的一致性检验。如温度、露点和日极值间的关系，雨、云和天气现象的关系等。（4）数据维护时的气候界限值和极值检验。观测员应了解或备有本站各参数的正常季节变化范围，检查存在的异常数值。（5）人工输入的观测资料和上传数据文件的检查，应与原始资料进行核对。（6）
49、运行性能监控。实时质量控制程序有它的局限性，一些误差并不能检测出来，像传感器的缓慢漂移，这需要通过空间一致性的检验和后续的数据审核才能发现。1.5.3 工作质量考核（1）考核的目的了解台站及测报人员的测报质量情况，便于及时总结经验教训，肯定成绩，纠正错误，促进气象测报业务技术水平和业务质量的提高。（2）考核范围观测、操作和气象电报。（3）考核内容 重大差错，包括伪造涂改原始记录或电报、丢失或毁坏原始记录、缺测、缺报、早迟和迟测。 观测错。 操作错，包括输入错、检查错、时钟设置错、其它操作错和辐射仪器维护错。 发报错，包括多发报、过时报、编发电报（含更正报）中的错情、允许编发更正报的各类气象电报。 使用超检仪器。（4）气象电报正点或过时的时限（见表 1.4）表 1.4 各类地面气象电报正点或过时的时限报 类 正 点 报 过 时 报地面天气报HH5，或 HH8 （临近正点前后出现更严重的天气现象）HH5（或 HH8）HH45补充天气报 同上 同上船舶天气报 HH5 HH 5HH
