野外科学试验地面气象观测规范

阿柔站和冰沟站温湿和风速传感器的 对比观测试验
大野口森林站温湿和风速传感器 的对比观测试验
地面气象观测站仪器设备的维护
在常规观测期，至少每两个月一次；在加强观测期，至少每两 周一次，派专业技术人员到现场对观测站点和仪器设备进行检查维 护。检查和维护的内容包括： 场地、观测仪器设备和电缆等是否有人为破坏和自然损坏的情 况； 太阳能板和电瓶等供电设备和数据采集器是否工作正常； 雨量筒的漏斗有无堵塞、风向风速传感器是否转动灵活及辐射表 表头是否洁净； 数据采集器的时钟和实时数据是否准确； 下载近期的观测资料等。 对出现的情况或问题进行现场处理，现场处理不了的问题待 处理后应尽快解决，以确保观测资料的连续性和完整性。定期检查 和维护的情况应当以文字、照片或截屏的形式记录备案。
准确度 0.2―0.4℃ 2―3％
参考传感器 HMP45C（芬兰 Vaisala） PB100/PB210（芬 兰Vaisala） CS100（美国 Campbell） 010C-1,014A /O24A,034A （美国MetOne） 380（美国 MetOne） 52202（美国 R.M.Young） SR50A（美国 Campbell）
观测场内仪器的布置要求 —辐射架要求

辐射观测仪器一般安装在观测场南边高 度为1.5m，长度大于2m的支架上。观测 仪器感应面应保持水平，并不能受任何 障碍物影响。下垫面保持自然状态。
观测场内仪器的布置要求 —土壤剖面要求

土壤传感器一般安装在观测场的东北角，土壤 剖面一般位于土壤坑的西边或南边，并按 0.1，0.2，0.4，0.8，1.2和1.6m（如果土壤 坑由于冻土或集石等的存在只能挖至1.2m深 度，则按0.05，0.1，0.2，0.4，0.8和1.2m） 的深度布设土壤温度和水分传感器，土壤热流 传感器分别布设在0.05和0.15m深度上。土壤 坑在挖掘和添埋时，地下土壤应采取分层处 理，以便尽可能保持土壤的自然状况。
观测资料的检查和整编
对地面气象观测站维护时下载的观测数据应 及时进行检查和整编。检查和整编的内容包括： 检查资料序列的连续性； 检查观测资料是否出现奇异值或不合理值； 建立经初步质量控制的观测资料连续系列； 绘制各观测变量随时间的变化曲线。 原始数据和资料检查情况要归档备案。
黑河流域遥感－地面观测同步试验 （WATER ）
准确性
观测记录要真实地反映实际气象状况。 地面气象观测使用的气象观测仪器性能和 制订的观测方法要充分满足本规范规定的 准确度要求。
比较性
不同地方的气象台站在同一时间观测 的同一气象要素值，或同一个气象台站在 不同时间观测的同一气象要素值能进行比 较，从而能分别表示出气象要素的地区分 布特征和随时间的变化特点。地面气象观 测在观测时间、观测仪器、观测方法和数 据处理等方面要保持高度统一。

HMP45C 温湿探头
防辐射 通风罩


传感器要求架设在至少 有9m半径的空旷场地上。 距周围建筑物的距离应 大于建筑物高度的4倍。 距离铺设路面或场地的 距离至少39m。 传感器要有防热辐射的 保护罩，并保持通风。 每1年要进行传感器标定。
辐射表的安装和维护



安装位置的下垫面应代表周 围大范围的整体状况。 辐射表架设在观测场的南侧 或桅杆的南面，以避免周围 物体阴影的影响。 辐射表架设高度应高于 1.5m，以避免自身阴影的影 响。 辐射表要进行水平调整。 每2年要进行传感器标定。
气象站场内观测设备 布置示意图
桅杆拉绳
桅杆拉绳
4m 16m 8m 4m 5m
土壤剖面 桅杆 土壤坑
桅杆拉绳 N
辐射支架 支架拉绳 支架拉绳
12m 2m 5m
观测场内仪器的布置要求
观测场内仪器设施的布置要注意互 不影响，便于观测操作。具体要求如下： 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，相互间隔不小于3m，仪器距观测场 边缘护栏也不小于3m。
Hale Waihona Puke Baidu
总辐射和 反射辐射
0-1400 W/m2
0.1 W/m2
5-10％
地面有效 辐射和天 空长波辐 射
0-600 W/m2
0.1 W/m2
5-10％
采样速率和记录步长

气温、相对湿度、气压、土壤温度、土 壤含水量、土壤热通量和辐射的采样速 率为每分钟6次，风向、风速的采样速率 为每秒钟1次，降水量和雪深的采样速率 为每分钟1次。数据采集器纪录的是各观 测变量30 min的平均值或累计值（降水 量）。


观测场内仪器的布置要求 —梯度塔要求


除特别要求外，风、温、湿梯度观测传感器一 般架设在2m和10m高度上。 对于梯度观测超过3层的PBL塔站，相邻3层的 风、温、湿梯度传感器布设高度应尽可能满足 关系：
z 2 = z1 z3
因此，建议的PBL塔站的观测高度为0.5m、1m、 2m、4m、8m、16m和32m……。
地面气象观测场环境条件要求



气象站站址在满足科学目的的同时，必须符合观测技 术上的要求，也应考虑后勤保障和维护上的便利。 观测场是取得地面气象资料的主要场所，地点应设在 能较好地反映本地较大范围的气象要素特点的地方， 避免局部地形的影响。 观测场四周必须空旷平坦，避免建在陡坡、洼地或邻 近有丛林、铁路、公路、工矿、烟囱、高大建筑物的 地方，避开地方性雾、烟等大气污染严重的地方。 观测场四周障碍物的影子应不会投射到辐射观测仪器 的受光面上，在日出日落方向障碍物的高度角不超过 5o，附近没有反射阳光强的物体。
气象站观测仪器设备技术性 能要求表 —常规气象要素
测量要素 空气温度 空气相对 湿度 气压
测量范围 -40―60℃ 0―100％ 500―1100 hPa 0°―360 ° 0―53 m/s 0 ―4 mm/min 0.5―10 m
分辨 力 0.1℃ 0.1％ 0.01 hPa 0.5° 0.4 m/s 0.25 mm 0.25 mm
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 足观测记录的代表性要求。
青藏高原能量水分循环试验 GAME-Tibet & CEOP/CAMP-Tibet
绿洲系统能量水分循环试验 —金塔试验（JTOEX）
中国和国外几种主要传感器架设要求
传感器 类型 风向 风速 空气 温湿度 测量高度或深度 10 m (中国，WMO和欧洲) 3 m ±0.1 m (美国) 梯度观测： 2 m ±0.1 m, 10 m ±0.5 m (美国) 2m (中国和欧洲) 1.5 m ± 1 m (美国)，1.25-2.0 m (WMO)， 梯度观测：2 m & 10 m (欧洲) 1.5m （中国） < 3 m （美国CAMPBELL） 架设高度应便于校准水平和清洁传感器。 1m（中国） 1.0 m ±0.2 m (美国) > 30 cm (WMO) 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 cm (中国) 10 cm ±1.0 cm (美国) 5, 10, 20, 50, 100 (WMO) 遮挡方面的考虑 大于遮挡物高度10倍的距离 有通风的防辐射罩，大于遮 挡物高度4倍的距离，远离铺 设区30m。 天空不能有遮挡。但容许与 传感器感应面的仰角小于10º 的目标物 大于遮挡物高度4倍的距离， 接雨口应保持水平，避免溅 雨和堆雪影响。 测量区域的土壤与半径30m 范围内的土壤需保持一致。
地面观测场



观测场一般为与周围大部分地区的自然地理条 件相同的16m（南北向）×12m（东西向）的正 南北和正东西平整场地。无单独辐射支架的观 测场可取15米×15米的场地。 观测场四周一般设置不超过1.5m高的稀疏围 栏，围栏所用材料不宜反光太强。 场地应平整，保持有自然地表和植被。场地内 仪器线缆需埋设于地下，并保持场地的自然状 态。
准确度 0.25―0.6℃ 0.1％
参考传感器 109 （美国Campbell） CS616 （美国Campbell） HFP01 (美国Hukseflux) MF-140 （日本EKO）
土壤热流
3％
气象站观测仪器设备技术 性能要求表 —辐射
测量要素
测量范围
分辨 力
准确度
参考传感器 CM3 （美国Campbell） PSP （美国EPPELY） MS102 （日本EKO） CG3 （美国Campbell） PIR （美国EPPELY） MS201 （日本EKO）
辐射
降水
土壤 温湿度
地面气象观测仪器 —地面气象观测仪器的一般要求

地面气象观测仪器应当是正规生产厂家 生产；准确度满足规定的要求；可靠性 高，保证获取的观测数据可信；仪器结 构简单、牢靠耐用，能维持长时间连续 运行；操作和维护方便，具有详细的技 术及操作手册。
青藏高原可可西里索南达杰站
祁连山阿柔冻融观测站
0.5―1.2 hPa
风向 风速
4° 0.12 m/s 0.5 % (<12.7 mm/hr) 2.0 % (<76.2 mm/hr) 10 mm
降水量
雪深
气象站观测仪器设备技术 性能要求表 —土壤剖面
测量要素 土壤温度 土壤水分
测量范围 -50℃―70 ℃ 0―50％ 0-300 W/m2
分辨 力 0.1℃ 0.1％ 0.1 W/m2
鼎新戈壁 PBL塔站
20m
§ 风速、风向 § 空气温度/湿度
8m 4m
-5cm § -10cm § -20cm § -40cm § -80cm §
2m 1m § 土壤热通量 § 土壤温度/湿度 •辐射观测 •大气压 •降水量
地面气象观测仪器
—地面气象观测仪器的技术性能

地面气象观测站使用的观测设备基本技 术性能应符合下表的要求，传感器要选 择有国际认证并符合国家标准的型号。
野外科学试验地面气象观测规范
观测系统（气象梯度塔、辐射、土壤剖面）
胡泽勇 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 2007年12月11日·北京
制定观测规范的目的和意义
由于近地面层的气象要素存在着空间 分布的不均匀性和时间变化上的脉动性， 因此地面气象观测获取的资料必须具有代 表性、准确性、比较性。
代表性
霹雷针
太阳能板
60º
数采箱
风向风速传感器的安装和维护




风向风速传感器要求安 装在没有建筑物和树的 地方，距离建筑物和树 的距离至少要10倍于它 们的高度。 风向风速传感器安装时 要保持风杯的水平和风 向的校北/南。 每1年要更换转动轴承 （恶劣地区每半年）。 每2-3年要进行传感器标 定。
空气温湿传感器的安装和维护
土壤剖面的分层处理
观测站建站信息的档案

观测场的地理条件和环境背景，站点位 置和拔海，传感器型号和参数及其布设 高度和深度以，土壤剖面的照片等建站 资料应存档备案。
气象观测塔的架设


无论地面水平与否，气象观 测塔架设时要保持塔身的铅 直，横杆保持水平。 气象观测塔应有防雷装置。 固定塔身的纤绳每隔10m左右 应有一层，以保持塔的稳定 性。纤绳与塔边应在同一垂 直面上，并与地面成60º夹角。 支撑塔身和固定纤绳的的底 座要坚固。 太阳能板应面朝正南，并与 水平面成60º夹角。 数据采集箱架设在塔身的北 面1-1.5m高度处。
地面气象观测站仪器设备的维护

地面气象观测仪器设备在建站时应按规定进行 校验和检定，保证在观测期内仪器保持规定的 准确度要求。对风速及气温和相对湿度等有梯 度观测的传感器在建站前、拆站后和更换观测 设备时，应当进行为期1天的平行对比观测， 平行对比观测资料应整理并存档备用。根据平 行对比观测的结果，选择测值和位相有较高一 致性的传感器，以保证梯度观测的准确性。