地基觀測系統

地基觀測指的是基於地面感測器進行的觀測，包括傳統的人工地面常規觀測、地面加密氣象站觀測、天氣雷達、風廓線雷達、閃電定位儀、地基微波輻射計、聲雷達、雷射雷達、各種大氣成分觀測儀、地基GPS水汽總量探測與城市移動觀測等。

基本介紹

• 中文名：地基觀測系統
• 外文名：surface observation system
• 釋義：基於地面感測器進行的觀測
• 項目1：地面加密氣象站網
• 項目2：都卜勒天氣雷達
• 項目3：風廓線雷達

簡介

地基觀測指的是基於地面感測器進行的觀測，包括傳統的人工地面常規觀測、地面加密氣象站觀測、天氣雷達、風廓線雷達、閃電定位儀、地基微波輻射計、聲雷達、雷射雷達、各種大氣成分觀測儀、地基GPS水汽總量探測與城市移動觀測等。

地面加密氣象站網

加密自動氣象觀測站是目前城市中使用最為廣泛的氣象監測手段，觀測項目主要包括氣壓、氣溫、風向、風速、降水量、相對濕度、地溫、輻射、蒸發量等。由於常規地面氣象站無論在空間和時間上的解析度都比較粗，而城市氣象災害往往具有短歷時的特點，在空間分布上也極不均勻，常規氣象觀測站難以捕捉到發生在城市中的小尺度天氣現象，所以，地面加密自動氣象站網就成為城市氣象災害監測的重要手段之一。但目前城市氣象觀測還存在一些問題和挑戰，特別是缺乏在城市區域布設氣象觀測站點的規範，在實際套用中還需要考慮地面加密氣象站網監測數據的準確性和代表性。

都卜勒天氣雷達

都卜勒天氣雷達是目前城市災害性天氣監測的主要工具之一，能夠定量探測降雨回波強度、空氣徑向移速、速度譜寬和降水物相態等信息。其探測對象包括降水、熱帶氣旋、雷暴、中尺度氣旋、湍流、龍捲、冰雹、凍雨、凍結層、融化層等，並具有一定的晴空回波探測能力，是目前其他大氣探測手段無法取代的重要探測系統。它具有高時空解析度、及時準確的遙感探測能力，在突發災害性天氣、極端氣候事件、生態環境、交通安全保障以及雲水資源利用等方面都可以發揮重要作用。

風廓線雷達

風廓線雷達以晴空湍流作產生回波的散射目標，利用大氣湍流對雷達電磁波的散射作用，遙感探測大氣中的風速。配備聲探測功能的風廓線雷達(RASS-Radio Acoustic Sounding System)還可以通過電波和聲波的相互作用遙感大氣溫度。風廓線雷達具有觀測頻次多、連續獲取資料、自動化程度高、業務運行成本低等優勢，是加強對災害性天氣監測能力和提高短期數值天氣預報模式質量的重要手段。風廓線雷達探測網的實際布設要針對氣象預警和業務的套用目的，以能探測和捕獲造成重要氣象事件的中、小尺度天氣系統演變機制為原則。大氣風場隨高度的垂直分布和變化對天氣過程有明顯的作用，在較短時同就可對大氣的空間特徵形成深厚的影響，天氣系統對大氣風場的垂直結構特徵是較為敏感的，因此應該選擇可探測較高層次的風廓線雷達設備布網。

微波輻射計

微波輻射計，是一種測量微波段熱輻射的裝置，是高靈敏度微波接收機。它可作為被動遙感器。宇宙間一切物體均輻射電磁波，其輻射強度、頻譜分布和極化狀況取決於物質的溫度、表面性質和物質特性。用微波輻射計接收這些信息可作為遙感物質的基礎。微波輻射計由天線、接收機和數據記錄三個部分組成。微波輻射計常常用於接收微弱的寬頻帶信號，它類似於噪聲，接收時它易於被接收機的噪聲所混淆。通常採用提高靈敏度的方法或鎖相技術，以提高信號在接收機中的信噪比。目前微波輻射計已在氣象工作中得到廣泛套用，可在各種天氣條件下進行連續的、高時間解析度的溫度、濕度和液態水含址的垂直廓線探測，探測高度可達10 km。微波輻射計在大氣、海洋、植被和土壤濕度遙感等方面都獲得了很好的套用，已經在氣象保障、天氣預報、強對流監測和洪澇災害監測等方面發揮了很大的作用。針對城市大氣邊界層的觀測，微波輻射計具有非常好的探測能力。

GPS/Met水汽觀測系統

GPs/Met是GPS/Meteorology的簡寫，即GPS氣象學。全球定位系統(GPS)是美國從20世紀70年代開始發展的全球衛星定位系統，其主要目的是為移動目標定位和導航。由於它具有很高的定位精度，已被廣泛地用於許多軍用和民用目的。GPS高精度測試中，最基本的觀測址是衛星至GpS接收機天線的無線電信號的傳播時間，這一傳播時間受大氣影響而產生額外延遲，這種延遲主要是電離層和中性大氣層對電磁波折射作用的結果，造成定位誤差。雖然地基GPS氣象探測技術不能得到大氣水汽垂直廓線，但氣柱水汽總量(可降水量)的探測可以為降水臨近預報、數值預報模式初始場改善和氣候研究提供非常有用的幫助，目前GPS,Met觀測資料在城市的精細天氣預報中發揮了重要的作用。

城市陸氣交換渦動相關通址觀測系統

渦動相關法(Eddy Covariance Method)已經成為直接測定大氣與生態系統水熱和CO2交換通址的重要方法。渦動相關法是通過計算物理址的脈動與風速脈動的協方差求算湍流通量，最早被套用於草地的顯熱和潛熱通量測量，將渦動相關法用於測定大氣群落/生態系統間CO2通量開始於20世紀80年代。目前，渦動相關儀器分開路式和閉路式兩種。開路式渦相關儀高頻、回響速度快，但雨天不能用，需要人工校準閉路式渦相關儀不受天氣影響，可以自動校準，但容易丟失高頻數據，造成通量低估。渦動相關法對觀測環境不會造成擾動，能夠得到長期連續的通量數據，可以用來測量較大尺度的下墊面通量，但是渦動相關技術在觀測時仍然受限於一些環境條件，上風向沒有足夠的下墊面，晚間大氣比較穩定，湍流較弱，測定儀器下方存在點源等因素都可以造成渦動相關技術測定精確性的降低。目前城市生態系統水熱和CO2通量的測量正在向長期化的方向發展，渦動相關法所觀測的數據已經成為檢驗各種城市冠層模型估算精度的權威資料，也是檢驗各種通量觀測或估算方法精度的標準方法，是城市氣候研究中的重要觀測手段。

大口徑雷射閃爍儀

大口徑閃爍儀LAS(Large Aperture Scintillometer)，是用來測量空氣折射指數的波動強度的一種地基儀器，由發射儀和接收儀組成，其測值通過一定算法可以轉換為路徑上由地面進人大氣的面平均顯熱通量。研究結果表明，由LAS得到的顯熱通量與渦動相關儀所測結果具有較好的一致性。LAS的發射儀和接收儀以一定距離分開放置，若考慮風向的影響，LAS測值可表征路徑上的面平均狀況，這是LAS優於其他點測量儀之處，使之更適合與衛星資料相比較。由於LAS具有測量較大尺度範圍感熱通量的能力，因此，與渦度相關通量觀測系統配合，它將在城市非均勻下墊而通量觀測中發揮重要的作用。

閃電定位儀和大氣電場儀

閃電定位儀和大氣電場儀是監測雷電災害的有效儀器。閃電是指在雷暴雲發展的對流階段發生的一系列連續的起電和擊穿過程，雲和地面之間的閃電稱為雲地閃，而雲和雲之間的閃電稱為雲間閃，閃電定位儀就是用來確定閃電位置和單位時間內閃電發生次數的儀器。在雷暴來臨前大氣電場往往會有劇烈的變化，大氣電場儀就是用來測量大氣電場強度的，可以為雷電的臨近預報提供線索。

氣象應急移動(車載)服務系統

移動氣象觀測系統以汽車、火車、船舶、飛機、氣球、飛艇等各種地面和空中的移動載體為觀測平台，具有很強的機動性，還可以根據氣象業務服務的需要配置多種氣象觀測儀器設備，及時趕赴觀測現場，開展氣象應急觀測服務業務。氣象應急移動(車載)服務系統是氣象災害監測預警和應急工作的有機組成部分，在出現重大災情和突發公共安全事件時，能作為固定系統的有效延伸，在時空尺度上進行加密監測並針對關鍵部位進行精確觀測，可以迅速採集和傳輸現場聲像實況及各種氣象要素觀測數據，以保障固定服務中心對現場的監控和服務，實時掌控現場狀況，實現高效、快速的現場服務決策。