三农村气象观测技术培训手册

三农村气象观测技术培训手册TOC\o"1-2"\h\u28945第1章气象观测基础 3226271.1气象观测的意义与任务 3172781.1.1意义 3183411.1.2任务 3124701.2气象观测的种类与要素 48041.2.1地面气象观测要素 4226381.2.2高空气象观测要素 4211221.2.3农业气象观测要素 45980第2章气象观测站建设与管理 432612.1观测站选址与规划 423642.1.1选址原则 4175462.1.2选址流程 5276982.1.3观测站规划 5257822.2观测设备选型与安装 5307582.2.1设备选型原则 593622.2.2设备选型 546142.2.3设备安装 5155352.3观测站运维与管理 5169172.3.1运维制度 6180312.3.2运维内容 6198852.3.3观测员培训 6177252.3.4观测站环境保护 66179第3章气温观测 636873.1气温观测原理与方法 6193663.1.1观测原理 6115083.1.2观测方法 646983.2气温观测误差分析 722783.2.1仪器误差 7104903.2.2环境误差 755733.2.3人员操作误差 78126第4章气压观测 7108664.1气压观测原理与方法 78704.1.1原理概述 7298354.1.2观测方法 7142224.2气压观测误差分析 8194254.2.1系统误差 8216924.2.2随机误差 838084.2.3偶然误差 8122324.2.4误差处理方法 814026第5章降水量观测 975595.1降水量观测原理与方法 928695.1.1原理 9237875.1.2方法 9220735.2雨量计的类型与维护 989425.2.1类型 9182105.2.2维护 9243205.3降水量观测误差分析 10244875.3.1设备误差 10173715.3.2环境因素 10266185.3.3人为因素 1016347第6章湿度观测 1020896.1湿度观测原理与方法 10105886.1.1湿度观测原理 10229476.1.2湿度观测方法 11180796.2湿度计的类型与维护 1166316.2.1湿度计类型 11220896.2.2湿度计维护 11121966.3湿度观测误差分析 119344第7章风速与风向观测 12322087.1风速与风向观测原理与方法 12230797.1.1观测原理 1272967.1.2观测方法 12242697.2风速仪与风向仪的类型与维护 1234687.2.1风速仪类型 12110847.2.2风向仪类型 12295077.2.3仪器维护 1367017.3风速与风向观测误差分析 13168187.3.1风速观测误差 13277167.3.2风向观测误差 13264587.3.3减少误差的措施 1311049第8章辐射观测 1341568.1辐射观测原理与方法 1383088.1.1辐射基本概念 13324238.1.2辐射观测原理 1340748.1.3辐射观测方法 1438968.2辐射仪的类型与维护 1451178.2.1辐射仪类型 14270938.2.2辐射仪维护 14141488.3辐射观测误差分析 14122248.3.1系统误差 14314598.3.2随机误差 14140578.3.3修正方法 1414580第9章农业气象灾害预警 1595159.1农业气象灾害类型与特点 1529279.1.1灾害类型 1546349.1.2灾害特点 15253829.2预警方法与流程 15195899.2.1预警方法 1560979.2.2预警流程 1622759.3预警信息发布与传播 16166999.3.1预警信息发布 16103019.3.2预警信息传播 1627402第10章气象数据分析与应用 1685410.1气象数据收集与整理 163271210.1.1数据收集 171743810.1.2数据整理 172791310.2气象数据分析方法 172654710.2.1描述性统计分析 172096210.2.2相关性分析 17550410.2.3时间序列分析 172101210.2.4空间分析 17722510.3气象信息在农业生产中的应用与实践 171525710.3.1气象灾害预警 171120010.3.2气候资源利用 172289010.3.3农业气象服务 182335610.3.4气候变化应对 18第1章气象观测基础1.1气象观测的意义与任务气象观测是指对大气状态、大气现象及其变化规律进行系统的观察和测定。在农村地区开展气象观测具有重要的意义和任务。1.1.1意义（1）为天气预报提供基础数据，提高农村地区灾害性天气的预警能力。（2）为农业气象服务提供科学依据，指导农业生产。（3）为气候变化研究提供基础资料，为政策制定提供参考。（4）提高农村居民对气象知识的了解，增强防灾减灾意识。1.1.2任务（1）定期进行地面气象观测，获取气温、降水、湿度、风向等基本气象要素。（2）开展农业气象观测，了解作物生长与气象条件的关系。（3）参与气象灾害调查和评估，为防灾减灾提供技术支持。1.2气象观测的种类与要素气象观测可分为地面气象观测、高空气象观测和农业气象观测等。各类观测涉及的要素如下：1.2.1地面气象观测要素（1）气温：反映大气温度状况。（2）降水：反映降水强度、持续时间等。（3）湿度：反映大气中水汽含量。（4）风向：反映风来自哪个方向。（5）风速：反映风力大小。（6）气压：反映大气压力状况。1.2.2高空气象观测要素（1）气温：反映高空气温分布。（2）湿度：反映高空中水汽含量。（3）风向和风速：反映高空风场状况。（4）气压：反映高空气压分布。1.2.3农业气象观测要素（1）作物生长状况：反映作物生长与气象条件的关系。（2）土壤湿度：反映土壤水分状况。（3）土壤温度：反映土壤热量状况。（4）辐射：反映太阳辐射对作物生长的影响。通过以上各类气象观测，可以全面了解农村地区的气象状况，为气象服务和科研工作提供基础数据。第2章气象观测站建设与管理2.1观测站选址与规划2.1.1选址原则在选择气象观测站地址时，应遵循以下原则：（1）具有代表性：站点应位于能够反映当地气候特点的区域；（2）交通便利：站点应便于观测员的日常维护及数据收集；（3）环境稳定：站点周边环境应相对稳定，避免频繁的人为和自然干扰；（4）安全可靠：站点应具备一定的安全防护措施，保证观测设备正常运行。2.1.2选址流程（1）收集资料：收集当地气候、地形、土壤等资料，为选址提供参考；（2）现场踏勘：根据选址原则，对预选地址进行实地考察；（3）专家论证：邀请气象、地理、环境等方面的专家对预选地址进行评估；（4）确定选址：综合分析各方意见，确定最终观测站地址。2.1.3观测站规划（1）观测项目规划：根据当地气候特点和观测需求，合理规划观测项目；（2）观测设备布局：根据设备特点及观测要求，合理布局设备位置；（3）基础设施建设：包括观测用房、供电、供水、通信等基础设施的建设；（4）观测站环境保护：加强观测站周边环境保护，避免对观测数据产生干扰。2.2观测设备选型与安装2.2.1设备选型原则（1）准确性：设备应具备较高的测量精度，保证观测数据的可靠性；（2）稳定性：设备应能在各种气候条件下稳定运行；（3）易维护：设备应便于日常维护和故障排除；（4）经济性：在满足观测需求的前提下，尽量选择性价比高的设备。2.2.2设备选型（1）气象要素设备：如温度、湿度、气压、风速、风向、降水等观测设备；（2）自动观测系统：实现自动采集、存储、传输观测数据；（3）辅助设备：如太阳能板、蓄电池、通信设备等。2.2.3设备安装（1）安装前准备：按照设备说明书进行安装前的准备工作；（2）设备安装：按照安装图纸和流程，进行设备安装；（3）设备调试：对安装完成的设备进行调试，保证设备正常运行；（4）设备验收：组织专家对安装调试完成的设备进行验收。2.3观测站运维与管理2.3.1运维制度（1）建立健全观测站运维管理制度，保证观测设备正常运行；（2）制定观测站运维计划，定期对设备进行维护保养；（3）制定应急预案，应对突发情况。2.3.2运维内容（1）设备检查：定期检查设备运行状态，发觉问题及时处理；（2）设备维护：按照设备说明书进行定期维护，保证设备功能稳定；（3）数据管理：对观测数据进行审核、整理、存储，保证数据质量。2.3.3观测员培训（1）开展气象观测业务培训，提高观测员业务水平；（2）组织观测员参加相关技术交流，学习先进观测技术；（3）定期对观测员进行考核，保证观测员具备相应的业务能力。2.3.4观测站环境保护（1）加强观测站周边环境保护，避免人为和自然因素干扰；（2）定期对观测站环境进行检查，发觉问题及时整改；（3）加强观测站安全管理，保证观测设备正常运行。第3章气温观测3.1气温观测原理与方法气温观测是农村气象观测的重要组成部分，对于了解和掌握当地气候特点、指导农业生产具有重要意义。气温观测主要依据气体温度计的原理进行。3.1.1观测原理气温观测采用气体温度计，其工作原理基于气体在恒定压力下，其体积与绝对温度成正比的特性。常用的气体温度计有酒精温度计和汞温度计。3.1.2观测方法（1）仪器准备：检查温度计是否完好，保证温度计的感温泡完全暴露在空气中。（2）观测位置：气温观测应在标准气象观测场内进行，温度计放置在离地面1.5米高的百叶箱内。（3）观测时间：按照规定的时间进行观测，通常为北京时间的2时、8时、14时和20时。（4）观测步骤：a.打开百叶箱，轻轻取出温度计，避免触碰感温泡。b.读取温度计上的温度值，准确至0.1℃。c.记录观测数据，并将温度计放回百叶箱。3.2气温观测误差分析气温观测误差主要来源于以下几个方面：3.2.1仪器误差（1）温度计本身的不精确性：包括温度计感温泡的尺寸、形状和材料等。（2）温度计的读数误差：由于观测人员的视力、读数技巧等因素导致的误差。3.2.2环境误差（1）辐射误差：由于太阳辐射、地面反射等对温度计感温泡的影响而产生的误差。（2）风速误差：风速对温度计感温泡周围空气流动的影响，导致气温观测值偏低。（3）湿度误差：湿度对温度计感温泡的影响，可能导致温度计示数偏低。3.2.3人员操作误差（1）操作不当：如取出温度计时触碰感温泡，导致温度变化。（2）读数不准确：由于观测人员对温度计刻度线的辨识不清，导致读数误差。（3）记录错误：在记录气温观测数据时，出现笔误或计算错误等。第4章气压观测4.1气压观测原理与方法4.1.1原理概述气压，又称大气压，是指大气对于单位面积的压力。气压观测是气象观测中的一项重要内容，对于天气预报、气候变化研究等领域具有重要意义。气压观测的基本原理是利用气压计来测量大气压力，并通过一定的换算关系得到气压值。4.1.2观测方法（1）水银气压计法：水银气压计是传统的气压观测仪器，其工作原理是利用一个密封的水银柱，在重力作用下，使水银柱的高度与大气压力成正比。通过读取水银柱的高度，即可得到气压值。（2）空盒气压计法：空盒气压计是一种电子气压计，采用压电效应原理。当大气压力作用于压电传感器时，会产生电荷，通过电荷放大、滤波等处理，可以得到与气压值成正比的电压信号，进而得到气压值。（3）激光气压计法：激光气压计是近年来发展起来的一种新型气压观测技术，利用激光在气体中的传播速度与气体密度之间的关系，通过测量激光在气体中的传播时间，计算得到气压值。4.2气压观测误差分析4.2.1系统误差（1）仪器误差：气压计本身存在的误差，包括仪器制造、安装、校准等方面的误差。（2）环境误差：包括温度、湿度、海拔等因素对气压观测的影响。4.2.2随机误差（1）观测误差：由于观测者的主观因素，如读数不准确、记录错误等，导致的气压观测误差。（2）大气扰动：如风、湍流等因素，会影响气压观测的准确性。4.2.3偶然误差偶然误差是由不可预知因素引起的，如气压计的突然故障、观测场地的突发事件等。这类误差通常不具有规律性，难以消除。4.2.4误差处理方法（1）定期校准：对气压计进行定期校准，以减小仪器误差。（2）环境校正：对气压观测值进行温度、湿度、海拔等环境因素的校正，以减小环境误差。（3）数据质量控制：采用数据质量控制方法，对观测数据进行检查、筛选，剔除异常值，提高气压观测数据的准确性。（4）综合分析：结合其他气象要素观测数据，对气压观测数据进行综合分析，以提高气压观测的可靠性。第5章降水量观测5.1降水量观测原理与方法降水量观测是气象观测的重要组成部分，对于了解和掌握降水状况、水资源评估及防洪减灾具有重要意义。降水量观测遵循以下原理与方法：5.1.1原理降水量观测基于降水量定义，即降水过程中，从云层到地面的液态或固态水总量。观测原理主要包括：（1）降水粒子在空中下落时，受到重力作用，其速度逐渐增大，与空气阻力达到平衡，最终呈匀速下落状态。（2）通过安装在地面上的雨量计，收集降水粒子，测量降水量。5.1.2方法降水量观测方法主要有以下几种：（1）雨量计法：利用雨量计收集降水，通过读取雨量计的降水量刻度，得到降水量数据。（2）雷达估算法：利用雷达回波强度和降水粒子谱分布关系，反演出降水的强度和总量。（3）卫星遥感法：通过卫星传感器接收地表面反射的电磁波，反演出降水的空间分布。5.2雨量计的类型与维护雨量计是降水量观测的主要设备，根据其工作原理和结构，可分为以下几种类型：5.2.1类型（1）翻斗式雨量计：利用降水粒子使翻斗翻转的原理，通过计算翻斗翻转次数，得到降水量。（2）称重式雨量计：通过测量降水前后容器重量差，计算降水量。（3）浮子式雨量计：利用降水粒子使浮子上升的原理，通过测量浮子上升的高度，得到降水量。5.2.2维护为保证雨量计的正常工作和数据准确性，应做好以下维护工作：（1）定期检查雨量计的清洁度，保持雨量计内部无灰尘、杂物。（2）检查雨量计的密封功能，防止雨水渗漏。（3）定期校准雨量计，保证其测量精度。（4）遇到异常情况，及时进行排查和处理。5.3降水量观测误差分析降水量观测误差主要来源于以下几个方面：5.3.1设备误差（1）雨量计的制造和安装误差。（2）雨量计的磨损和老化。（3）雨量计的响应时间不一致。5.3.2环境因素（1）风场影响：强风可能导致降水分布不均，影响雨量计的测量结果。（2）气温影响：气温变化可能导致降水粒子蒸发或结冰，影响降水量观测。（3）地形影响：地形起伏可能导致降水分布不均，影响雨量计的测量结果。5.3.3人为因素（1）观测人员的操作失误。（2）数据记录和处理错误。（3）观测设备维护不当。通过分析以上误差来源，可采取相应的措施降低降水量观测误差，提高观测数据的准确性。第6章湿度观测6.1湿度观测原理与方法湿度是描述空气中水蒸气含量的重要气象要素之一。准确观测湿度对于了解气候变化、农业生产及水资源管理具有重要意义。本节主要介绍湿度的观测原理与方法。6.1.1湿度观测原理湿度观测主要是通过测定空气中水蒸气的含量来实现。目前常用的湿度观测方法有：露点温度法、湿度计法、电子湿度传感器法等。（1）露点温度法：露点温度是指在气压不变的情况下，空气冷却至水蒸气开始凝结为露珠的温度。通过测量露点温度，可以计算出空气中的水蒸气含量。（2）湿度计法：湿度计是通过某些物质与水蒸气发生物理或化学变化，从而测量空气湿度的仪器。常见的湿度计有毛发湿度计、氯化锂湿度计等。（3）电子湿度传感器法：电子湿度传感器利用某些材料对湿度敏感的特性，将湿度变化转换为电信号输出，从而实现湿度的自动观测。6.1.2湿度观测方法（1）直接观测法：直接观测法是指直接测量空气中的水蒸气含量。如使用电子湿度传感器、毛发湿度计等。（2）间接观测法：间接观测法是通过测量其他气象要素，然后通过计算得到湿度值。如露点温度法。6.2湿度计的类型与维护湿度计是湿度观测的主要设备，了解不同类型的湿度计及其维护方法对保证湿度观测数据的准确性具有重要意义。6.2.1湿度计类型（1）毛发湿度计：毛发湿度计利用动物毛发随湿度变化而变形的特性，通过测量毛发长度的变化来计算湿度。（2）氯化锂湿度计：氯化锂湿度计利用氯化锂吸湿后电阻值变化的原理，通过测量电阻值来确定湿度。（3）电子湿度传感器：电子湿度传感器通过湿度敏感元件将湿度变化转换为电信号输出。6.2.2湿度计维护（1）定期检查湿度计的工作状态，保证其正常运行。（2）保持湿度计清洁，避免尘埃、油污等污染。（3）对于毛发湿度计，要定期更换毛发，保证其准确性。（4）对于氯化锂湿度计，要定期检查电解质溶液，及时更换。（5）电子湿度传感器要定期校准，保证观测数据的准确性。6.3湿度观测误差分析湿度观测误差主要来源于以下几个方面：（1）仪器误差：湿度计的制造、安装、使用和维护不当，可能导致湿度观测数据不准确。（2）环境因素：温度、气压等环境因素的变化，会影响湿度观测的准确性。（3）人为因素：操作不当、读数误差等人为因素，也可能导致湿度观测数据不准确。（4）其他因素：如湿度计的响应时间、湿度梯度等，也可能对湿度观测结果产生影响。了解湿度观测误差的来源，有助于提高湿度观测的准确性和可靠性。在实际观测过程中，应尽量减小这些误差，提高观测数据的质量。第7章风速与风向观测7.1风速与风向观测原理与方法7.1.1观测原理风速与风向观测是气象观测中的重要组成部分，对于了解气候变化、农业生产及自然灾害预警具有重要意义。风速指的是空气在单位时间内移动的水平距离，通常以米/秒（m/s）为单位；风向则是指风吹来的方向。风速与风向的观测主要基于物理原理，通过仪器感应空气流动的速度和方向，从而获得相关数据。7.1.2观测方法（1）风速观测：使用风速仪（风速计）测量风速。风速仪分为杯式、式、超声波式等类型，根据其工作原理和适用场合进行选择。（2）风向观测：使用风向仪（风向计）测量风向。风向仪主要有箭头式、圆盘式、超声波式等类型，可直观显示风向。7.2风速仪与风向仪的类型与维护7.2.1风速仪类型（1）杯式风速仪：利用三个或四个圆锥形杯子旋转来感应风速，适用于低风速测量。（2）风速仪：利用热损失与风速的关系来测量风速，适用于中高风速测量。（3）超声波风速仪：通过超声波在空气中的传播速度受风速影响来测量风速，适用于高风速测量。7.2.2风向仪类型（1）箭头式风向仪：通过箭头指向表示风向，直观且易于识别。（2）圆盘式风向仪：风向与圆盘上的刻度相对应，可精确读取风向。（3）超声波风向仪：通过超声波在空气中的传播速度受风向影响来测量风向，具有较高的测量精度。7.2.3仪器维护（1）定期检查仪器是否完好，如有损坏，应及时更换或维修。（2）保持仪器清洁，避免灰尘、水汽等影响测量精度。（3）根据使用说明，定期对仪器进行校准，保证测量数据的准确性。7.3风速与风向观测误差分析7.3.1风速观测误差（1）仪器误差：不同类型的风速仪具有不同的测量范围和精度，选择不当时会导致误差。（2）环境因素：如温度、湿度、大气压力等对风速仪的测量结果有一定影响。（3）安装位置：风速仪的安装高度、方向等因素会影响测量结果。7.3.2风向观测误差（1）仪器误差：风向仪的类型、制造工艺等因素会影响测量精度。（2）环境因素：如建筑物、树木等障碍物会影响风向仪的测量结果。（3）安装位置：风向仪的安装高度、方向等因素会影响测量结果。7.3.3减少误差的措施（1）选择合适的仪器类型，保证测量精度。（2）合理选择观测点，避免环境因素对测量的影响。（3）定期进行仪器校准，保证测量数据的准确性。第8章辐射观测8.1辐射观测原理与方法8.1.1辐射基本概念辐射是指能量以电磁波的形式传播的过程。在气象领域，辐射观测主要关注太阳辐射和地球辐射。太阳辐射是地球气候系统能量的主要来源，而地球辐射则是大气、陆地和海洋之间能量交换的重要方式。8.1.2辐射观测原理辐射观测是基于光电效应和热电效应进行的。光电效应是指光子与物质相互作用，使电子获得能量从而逸出物质表面的现象。热电效应是指物体在温度梯度作用下产生电势差的现象。8.1.3辐射观测方法辐射观测方法主要包括直接观测和间接观测。直接观测是通过辐射仪器直接测量太阳辐射和地球辐射的强度。间接观测则是通过测量其他与辐射相关的参数，如温度、湿度等，来推算辐射强度。8.2辐射仪的类型与维护8.2.1辐射仪类型（1）太阳辐射仪：用于测量太阳总辐射、直接辐射和散射辐射等。（2）地球辐射仪：用于测量地面反射辐射、大气长波辐射和地球辐射等。（3）光和热电偶辐射仪：利用光和热电偶传感器测量辐射强度。（4）辐射计：基于热电效应，通过测量温差来推算辐射强度。8.2.2辐射仪维护（1）定期检查仪器是否完好，保证传感器清洁，避免灰尘、水汽等影响测量精度。（2）严格按照使用说明书操作，防止仪器损坏。（3）定期进行仪器校准，保证测量数据的准确性。（4）妥善保管仪器，避免强光直射、高温和潮湿环境。8.3辐射观测误差分析8.3.1系统误差系统误差主要来源于仪器本身、环境因素和观测方法。如仪器老化、传感器灵敏度变化、温度和湿度梯度等。8.3.2随机误差随机误差主要与观测者操作、仪器稳定性、环境变化等因素有关。这类误差难以消除，但可以通过重复观测和数据处理减小其影响。8.3.3修正方法针对不同类型的误差，可以采用以下修正方法：（1）系统误差修正：采用标准仪器进行比对校准，消除或减小系统误差。（2）随机误差修正：通过多次观测取平均值，或采用数据平滑处理方法减小随机误差。（3）综合误差修正：结合多种修正方法，对观测数据进行综合处理，提高数据质量。第9章农业气象灾害预警9.1农业气象灾害类型与特点9.1.1灾害类型农业气象灾害主要包括干旱、洪涝、低温冻害、高温热害、大风、冰雹、病虫害等。各类灾害对农作物生长和农业生产的危害程度不同，需针对不同灾害类型采取相应预警措施。9.1.2灾害特点农业气象灾害具有以下特点：（1）区域性：灾害多发生在特定地理区域内，如干旱多发生在北方地区，洪涝多发生在南方地区；（2）季节性：灾害发生与农作物的生长季节密切相关，如低温冻害多发生在春季；（3）突发性：部分灾害如冰雹、大风等，发生突然，给农业生产带来较大损失；（4）连锁性：一种灾害可能引发其他灾害，如洪涝可能导致病虫害的发生。9.2预警方法与流程9.2.1预警方法农业气象灾害预警方法主要包括：（1）气候背景分析：分析历史气象资料，了解灾害发生的气候背景；（2）气象要素监测：监测气温、降水、湿度、风力等关键气象要素，为预警提供数据支持；（3）灾害指标体系：构建针对不同灾害类型的预警指标体系，为判定灾害发生提供依据；（4）遥感技术：利用遥感技术监测作物长势、土壤湿度等，为灾害预警提供辅助信息；（5）数值天气预报：利用数值天气预报模型，预测未来一段时间内的气象要素变化，为灾害预警提供预测依据。9.2.2预警流程农业气象灾害预警流程如下：（1）收集气象资料：收集气候背景、气象观测、遥感监测等资料；（2）分析预测：根据收集的资料，分析灾害发生的可能性，预测灾害强度和影响范围；（3）发布预警：根据分析预测结果，及时发布预警信息；（4）跟踪监测：对已发布的预警进行跟踪监测，评估