从毛发湿度仪到“送上云端”

新闻专员

从毛发湿度仪到“送上云端”
——地面观测仪升级换代记

　　毛发湿度表——人工观测时代的宠儿

　　“我国的地面气象观测正在从人工器测观测时代过渡到准自动化观测时代，并且正在向全自动化观测时代迈进。”中国气象局气象探测中心地面与高空观测室副主任王柏林告诉记者。

　　在人工观测时代，观云测天的仪器相对简单，主要包括毛发湿度表、虹吸式雨量计以及电接风向风速计等。

　　在木结构的仪器之中，一根固定长度的头发被拉得笔直。“毛发湿度表是根据脱脂人发随空气湿度大小而改变长度的特性，用人发制成的测定空气相对湿度的仪器。”王柏林说，人们发现头发和空气湿度有较好的对应关系，在不同的湿度条件之下，头发的长度会发生细微的变化，如在即将下雨时，湿度接近饱和，头发就会悄然伸长。不过毛发湿度表还是存在着10%左右的误差。

　　人工测量风向风速的仪器叫做电接风向风速计，“驻扎”在十米风杆上。风杯和风向标会在自然风的作用之下发生偏转，通过传感器将信号传送到指示器上，而自记纸会将两类数据记录下来。这种简单的观测仪器也会出现误差。第一种误差的来源是控制风速和风向标的轴承，如果安装时间较长，轴承的禁锢程度就会较强，对于风的响应比较迟钝，此外，记录风向风速的表笔也可能出现跳笔，导致漏记。

　　由于测量仪器相对落后，无形中增加了观测员的人工操作工作量。

　　当然，在人工观测时代，专业人员的“一双慧眼”对于观云测天的意义不可小觑。此时，观测员通过他们的“火眼金睛”关注着云、能（能见度）、天（天气现象）的变幻，这也是那时观云识天的主要依据。

图为目前使用的能见度观测仪。

　　湿敏电容——准自动化时代的杰作

　　目前，我国正处于从准自动化到全自动化观测的过渡期，仪器自动观测已成地面观测主流。测量湿度的湿敏电容、测量温度的铂电阻等均是这一时期的代表作。

　　湿敏电容是用有机高分子膜作介质的一种小型电容器，当大气中的水汽透过上电极进入介电层，介电层吸收水汽后，会导致电容器的电容量发生变化。电容量的变化正比于相对湿度。由于仪器更加精密，算法更科学，其误差也从毛发湿度表时代的10%左右降低到了4%左右。

　　在准自动化时代，原本应当由观测员负责的观云测天工作也被仪器“抢占”。举例而言，原本由观测员完成的观云识天已经由一种特殊的摄像镜头所取代。这一镜头一般被安装在近地面位置上，直视天空，按照指令定时拍摄照片。软件自动通过图像识别的方式，计算出云和天之间的比例，从而测算出云量；而计算云高是通过激光测距方式进行的。激光云高仪将一束激光打入天空，当激光遇到云层，就会被反射下来，通过激光的传播速度和传播时间，软件便可以输出云层距离地面的高度。

　　能见度观测的进步也是代表准自动化时代观测科学性的“佳作”。在人工观测时代，观测员通过目视固定设置于离台站不同距离的物体来判断能见度的大小，而在准自动化时代，能见度仪则承担起这一职责，它利用气溶胶粒子对于光线的散射作用，通过判定颗粒物的多少以及直径大小，计算出能见度的值。

　　此时,观测阵地也在悄然前移。以往，人工观测只能在2423个国家级站点进行，在准自动化时代，观测站点可扩展到约55000个区域性站点，甚至可到达无人区。“以往只能依靠安装在沿海的设备获取台风的资料，而今，观测仪器可以被安装在沿海省份的无人岛甚至于海面的浮标之上。”王柏林告诉记者，虽然卫星可以识别台风的个头大小及移动方向，但地面观测仪却可以直接“触摸”台风“身体”，获悉台风过境之时，风速风向、相对湿度以及气压有多大，这些资料对于预测台风的强度乃至发展趋势弥足珍贵。

　　“在当下，观测人员的职责也从以往主要负责天气现象观测和记录转变为主要承担仪器的维护和维修工作，并保证观测数据的完整性。“王柏林说。

　　开放兼容——全自动化观测时代的风潮

　　到2020年，我国将努力实现地面气象观测的全面自动化，此时的仪器质量又将有质的飞跃。王柏林向记者透露，“以天气现象仪为例，它原本是通过放置于地面上的一个仪器，承接雨雪冰霜，并且通过其反光率的不同，判断在其上覆盖物的差别。这种方式的弊端在于其会受到天气现象左右（包括太阳辐射量的多寡、白昼与黑夜的区别等等）。未来，气象部门将会尝试地表传感器测量方法，即在地下安装传感器，向上放射光束，通过不同光束的敏感性识别地面覆盖物的类型。”王柏林还提出，目前观云测天技术路线也存在欠缺之处，譬如，目前测量云量和云状的设视角范围有限，未来，中国气象局气象探测中心将尝试使用云雷达技术，对云天进行360度“无死角”扫描，获取更精确的信息。

　　“利用社会力量，扩充观测点也是未来我们努力的方向之一。”王柏林说，目前，加上区域观测站，我们仅有5万多个站点，难以捕捉到小尺度天气系统，未来，随着气象行业开放度进一步扩大，我们将有望吸引更多的志愿者，甚至行业力量加入，于无形之中增加观测的站点和资料，并借助信息云将这些气象部门之外的观测数据送上“云端”，为预报人员提供更加丰富和精准的实况信息。　(中国气象报)