地表天氣觀測

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位於澳大利亞維多利亞州米爾迪拉機場的氣象站

地表天氣觀測是出於安全以及氣候學原因，用於預報天氣並在世界範圍內發布警報的重要數據。[1] 這些數據可以由氣象觀測員人工採集，也可以通過計算機通過使用自動氣象站進行人工採集，還可以採用混合方案，由氣象觀測員對自動氣象站進行補充。國際民用航空組織規定，國際標準大氣（ISA）是地球大氣中壓力、溫度、密度和粘度隨海拔高度變化的標準變化模型，用來將本站氣壓降為海平面氣壓。機場觀測可以通過使用航空例行天氣報告（METAR）氣象代碼在全球範圍內傳輸。自動觀測的個人氣象站可以通過公民氣象觀測員程序(CWOP)、英國氣象局通過其氣象觀測網站(WOW)[2]或國際上通過地下天氣網(the Weather Underground)將數據傳送到美國的中尺度網。[3]一個氣象站的氣候往往是根據這個地方30年間的氣象觀察平均值來決定的。[4]在美國，合作觀測員網絡每天都會記錄天氣概要和水位信息。

機場

ASOS傳感器，位於加利福尼亞州 薩利納斯

出於飛機起飛和降落時的安全考慮，地表氣象觀測一般在機場進行。國際民航組織定義了國際標準大氣（又稱國際民用航空組織標準大氣），它是地球大氣中壓力、溫度、密度和粘度隨海拔/高度的標準變化的模型。 這在校準儀器和設計飛機時非常有用， [5]並用於將氣象站的氣壓降至海平面氣壓（SLP），然後在氣象圖上使用。 [6]

在美國，出於安全考慮，美國聯邦航空管理局要求在大型機場進行氣象觀測。 為了幫助購買機場自動氣象站，如自動地面觀測系統（ASOS）等，美國聯邦航空管理局允許聯邦資金用於在機場安裝經過認證的氣象站。 [7] 然後，機場的觀測數據通過METAR氣象代碼在全球範圍內傳輸。 航空例行天氣報告（METAR）通常來自機場或固定氣象觀測站。報告通常來自機場或永久性氣象觀測站。 每小時生成一次報告；但是，如果條件發生重大變化，則可以在稱為報告每小時生成一次；但是，如果情況發生重大變化，則可能會在特殊天氣報告（SPECI）中更新。 [8]

報告數據

地表氣象觀測數據包括以下要素：

  • 氣象站標識符，即位置標識符，由航空例行天氣報告的四個字符組成。第一個字符代表該台站所處的世界區域。[9] 例如，太平洋及其周圍地區的第一個字母是P，歐洲的第一個字母是E。第二個字符可以代表該地點所在的國家/州。夏威夷的前兩個字母是 "PH"，而大不列顛的站點標識符的前兩個字母是 "EG"。 加拿大和與其毗鄰的美國是例外，它們各自的首字母C和K代表的均為所在地區。最後兩個或三個字母通常代表地點或機場的名稱。
  • 能見度。世界上大多數地方的能見度以米為單位，但美國報告數據的單位則為英里。[10]
  • 跑道能見度。在全世界許多地方以米為單位，在美國境內以英尺為單位。[11]
  • 溫度是衡量物質樣品的動能的尺度。溫度是一種獨特物理性質，決定着熱接觸的兩個物體之間的熱流方向。如果無熱流產生，則兩個物體的溫度相同[12]；否則，熱量從較熱的物體流向較冷的物體。在氣象學中，溫度是用暴露在空氣中但不被太陽直接照射的溫度計來測量的。[13]在世界上大多數國家，大多數溫度測量都是用攝氏度進行衡量。然而，美國是最後一個使用華氏度量表的大國，大多數外行人、工業界、大眾氣象學和政府都在使用華氏度量表。儘管如此，美國的METAR報告也以攝氏度（和露點，見下文）為單位報告溫度。
  • 露點是指在恆定的大氣壓下，給定的空氣必須冷卻到讓水蒸氣凝結成水的溫度。凝結的水稱為露水。露點是一個飽和點。當露點溫度降到冰點以下時，稱為霜點，因為水蒸氣不再產生露水，而是通過凝華形成霜凍或冰霜。[14]露點與相對濕度有關。相對濕度高，說明露點與當前空氣溫度比較接近。如果相對濕度為100%，則露點與當前溫度相等。在露點恆定的情況下，溫度的升高會導致相對濕度的降低。在給定的大氣壓強下，與溫度無關，露點決定了空氣的比濕度。露點對通用航空飛行員來說是一項重要數據，因為它可以用來計算化油器結冰和起霧的可能性。加入空氣溫度時，可以用一個公式來估算積雲的高度，也就是對流雲的高度。[15]
  • 風速是由位於離地面10米(33英尺)以上的標準高度(AGL) 的風速計和風向標即風向標所計算。美國使用兩分鐘的平均值來測量平均風速，[16]其他地方則使用10分鐘的平均風速來測量。[17]風向採用度數測量，北向代表0或360度，數值從0開始順時針方向從北遞增。如果在採樣期間，風速的峰值和最低值之間的風速變化超過10節(5.1米/秒)，則報告陣風。
  • 海平面氣壓 (SLP)是指在海平面上的氣壓，或(當在陸地上的給定海拔高度測量時)，假設站內溫度為等溫層，從本站氣壓推算到海平面上的氣壓值。這種壓力通常在廣播、電視、報紙或互聯網上的天氣報告中都有展示。當家中的氣壓計設置為與當地天氣報告一致時，所測量的是降至海平面的壓力，而不是當地實際的氣壓。壓強降至海平面意味着氣壓的正常波動範圍對每個人來說都一樣。氣壓是高壓還是低壓並不取決於地理位置。這使得氣象圖上的等壓線成為有意義並且有用的工具。[18]
  • 高度計設定是航空領域的一個術語和量。在平均海平面上的區域或當地的氣壓稱為高度計設定，也就是校準高度計，以顯示在某一特定的高度計設定值（QNH）機場的離地高度的一種壓力。[19]
  • 現形天氣，即能見度受到限制或存在雷電或暴風的天氣，觀測上報，以便向航空指示在機場起降過程中任何可能的威脅。地表天氣觀測的類型包括降水、視障、其他天氣現象，如成熟的沙/塵漩渦、颮、龍捲風活動、沙塵暴、火山灰和塵暴。[20]
  • 降水強度的測量主要是出於氣象學方面的原因。然而，降水強度會對航空造成影響，因為強降水會限制能見度。此外，凍雨的強度可以決定飛行員在附近的某些地點飛行的危險程度，因為飛機機翼上凝結冰塊會造成飛行危險，不利於飛行。[21]
  • 過去1、3、6或24小時的降水量對氣象學家在核實預測的降水量和確定氣象站氣候種類方面特別有意義。
  • 出於氣象和氣候方面的原因，需要記錄過去6個小時內的降雪量。但是，也可以使用「過去一小時內雪量增厚」（"SNOINCR "）標記，每小時報告一次，以提供機場技術人員關於清理跑道和滑行道的積雪頻率的信息。 出於氣象和氣候學的考慮，積雪深度每天測量一次。但在降雪期間，每6小時測量一次，以確定近期降雪量。[22]

METAR地表天氣觀測實例

METAR LBBG 041600Z 12003MPS 090V150 1400 R04 / P1500N R22 / P1500U + SN BKN022 OVC050 M04 / M07 Q1020 NOSIG 9949 // 91 = [23]

由公民而非政府官員維護的個人氣象站不使用METAR氣象碼。通過軟件，可以將信息傳送到不同的站點，如全球可用的地下氣象網[24]或美國境內的公民氣象觀測員程序 （CWOP ）[25]等，然後由相應的氣象組織用於判斷實時情況，或用於天氣預報模型。

氣象圖的使用

地面天氣圖上使用的氣象站模型

METAR中的陸地位置編碼所收集的數據通過電話線或無線技術會在全世界範圍內傳遞。許多國家的氣象組織會隨後使用氣象站模型將這些數據繪製到氣象圖上。氣象站模型是一種象徵性的圖示，顯示了在特定氣象站發生的天氣狀況。[26]氣象學家們創建氣象站模型是為了在氣象圖上的小空間內繪製出一些天氣要素。[27]氣象站模型密集繪製的氣象圖可能很難讀懂，但它們可以讓氣象學家、飛行員和航海員看到重要的天氣模式。

氣象圖是用於顯示，以快速分析大氣層各層（這裡指的是地表層）的各種氣象變量。[28]含有測站模型的氣象圖有助於繪製等溫線，更容易識別溫度梯度，[29]並有助於確定鋒的位置。基於風速的二維流線顯示了風場中的匯流和發散區域，這有助於確定風內特徵的位置。地表天氣分析圖是一種常用的地表氣象圖，繪製等壓線圖來描繪高壓和低壓區域。

擴展閱讀

  • 雷電檢測
  • 氣象日

參考文獻

  1. ^ Office of the Federal Coordinator of Meteorology. Surface Weather Observation Program. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-01-12.
  2. ^ 存档副本. [2014-08-15]. （原始內容存檔於2014-08-15）. 
  3. ^ Weather Underground. Personal Weather Station.Retrieved on 2008-03-09.
  4. ^ MetOffice. Climate Averages. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-03-09.
  5. ^ ICAO, Manual of the ICAO Standard Atmosphere (extended to 80 kilometres (262 500 feet)) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Doc 7488-CD, Third Edition, 1993, ISBN 92-9194-004-6
  6. ^ Patricia M. Pauley. An Example of Uncertainty in Sea Level Pressure Reduction. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-03-29.
  7. ^ Allweatherinc. Why buy an AWOS? （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-01-12.
  8. ^ National Climatic Data Center. METAR Home Page. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-01-12.
  9. ^ Texas A&M University. Coding the Type of Report, Station Identifier, Date/Time, and Report Modifier groups. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-04-06.
  10. ^ 存档副本. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2020-05-11）. 
  11. ^ 存档副本. [2020-05-14]. （原始內容存檔於2009-02-20）. 
  12. ^ Glossary of Meteorology. Temperature. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-04-06.
  13. ^ Glossary of Meteorology. Air Temperature.* （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-04-06.
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  15. ^ Glossary of Meteorology. Dewpoint Formula. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-04-06.
  16. ^ Office of the Federal Coordinator for Meteorology. Federal Meteorological Handbook No. 1 - Surface Weather Observations and Reports September 2005 Appendix A: Glossary. Retrieved on 2008-04-06.
  17. ^ Hurricane Research Division. Frequently Asked Questions Subject D4) What does "maximum sustained wind" mean? How does it relate to gusts in tropical cyclones? （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-04-06.
  18. ^ Patricia M. Pauley. An Example of Uncertainty in Sea Level Pressure Reduction. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2008-04-14.
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  28. ^ Encarta. Chart. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Retrieved on 2007-11-25.
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外部連結

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