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自動氣象站的常規觀測儀器

自動氣象站的常規觀測儀器

李惠貞
2015年4月

香港天文台在1984年建立首兩個自動氣象站,分別位於尖沙咀的天文台總部及沙田。直至2014年年底,天文台設置的自動氣象站數目已增加至超過80個,相信是全球最密集的自動氣象站網絡之一。這自動氣象站網絡收集重要的氣象數據,以支援本港的天氣預測及警告服務。自動氣象站一般裝設了幾種常規的觀測儀器,測量氣溫、濕度、風速風向、雨量及氣壓。
量度以上氣象元素看似簡單,但仍需要適當的工具、地點及符合一定的標準及規格。首先說說氣溫和濕度,我們利用了白金絲電阻溫度表來測量氣溫(乾球溫度),而另一支被濕布包裹著的白金絲電阻溫度表則用作測量濕球溫度(圖一)。白金絲的電阻值與溫度呈極佳的線性關係,因此白金絲電阻溫度表是測量氣溫的一種非常理想的工具。我們從乾球及濕球溫度便可計算出相對濕度。這兩支白金絲電阻溫度表需要放置在一個百葉箱內,離地約1.2米,而最佳測量氣溫的地點是在平整、空氣流通、不受障礙物遮擋陽光的空曠草地上 [1]。
圖一
圖一   百葉箱內兩支白金絲電阻溫度表分別測量乾球及濕球溫度
大多的自動氣象站採用風杯式風速表來測量風速和風向(圖二)。風速傳感器是由三個風杯組成,在垂直的軸及球軸承上轉動[2] 。當風吹動時會轉動風杯,而轉動的速率顯示風力的程度; 風向標則測量風向,尖端所指示的方向便顯示出風向。風速表一般需要安裝在空曠的地方及離地面十米高。
圖二
圖二   風杯式風速表
測量雨量通常採用翻斗式雨量器。翻斗式雨量器的中央裝置了兩個輕便、大小一樣的雨斗(圖三),狀似蹺蹺板。當其中一個雨斗所收集的雨水達到預設的雨量時,雨斗便會翻側,把收集到的雨水排走,同時另一雨斗會繼續收集雨水。從某段時間內雨斗翻動的次數便可計算出該段時間錄得的總雨量。雨量器亦應該安裝在離附近障礙物一定距離的地方。
圖三
圖三   翻斗式雨量器
測量氣壓通常採用電容式壓力傳感器。氣壓傳感器包含兩塊相近、平行設置、及電絕緣的金屬片,其中一塊金屬片可因應空氣壓力的變化而變曲。當空氣壓力有所改變時,金屬片的彎曲改變了兩塊金屬片的空隙間距,其效果相等於可變電容器的運作。電容值的變化便可顯示氣壓。氣壓傳感器一般安裝在環境較穩定的室內地方。
參考資料:
[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.