地面氣象觀測所使用的各種儀器，包括顯示記錄儀表、感應(yīng)元件和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（機(jī)械傳遞或電子轉(zhuǎn)換線路）。

    氣象觀測儀器必須滿足以下要求：

    ①儀器性能需長期保持穩(wěn)定。②儀器需滿足規(guī)定的時間響應(yīng)速率（儀器時間常數(shù)）、測量范圍、測量精確度和靈敏度。儀器標(biāo)尺或其關(guān)系曲線的年變率應(yīng)低于允許的測量誤差。③儀器在不同氣候區(qū)和不同海拔高度都能保持性能良好。如在高溫、嚴(yán)寒、雨雹、陰濕、干旱和風(fēng)沙等天氣條件下均能正常工作。④儀器的結(jié)構(gòu)合理，單一響應(yīng)性好：對所測要素響應(yīng)靈敏，而對其他要素響應(yīng)微小，并能從結(jié)構(gòu)上加以補(bǔ)償，以避免繁瑣的訂正。⑤價格便宜，使用（讀數(shù)、維修）簡便。

雙金屬片溫度計 是自動連續(xù)記錄氣溫變化的儀器。感應(yīng)元件由膨脹系數(shù)相差較大而彈性模量相近的兩塊金屬片（常用的有殷鋼和無磁鋼）焊接而成。這種雙金屬片隨溫度的變形率接近線性，所以可用來測溫。自記系統(tǒng)由同感應(yīng)元件相聯(lián)的自記筆和旋轉(zhuǎn)的自記鐘構(gòu)成。 

    玻璃溫度表   利用測溫液體在玻璃毛細(xì)管中熱脹冷縮的特性制成，常用的液體有水銀和酒精兩種。通常使用的有：干濕球溫度表、 最高溫度表、 最低溫度表和1887年德國R.阿斯曼創(chuàng)制的阿斯曼干濕表。最高溫度表的結(jié)構(gòu)與體溫表類似,在接近球部處設(shè)有一玻璃針，使毛細(xì)管變狹。當(dāng)溫度上升時，球部水銀膨脹，擠過狹管而上升；溫度下降時、狹管處的摩擦力阻止水銀柱下降，因此可測得最高溫度。最低溫度表，一般用酒精作測溫液，在毛細(xì)管內(nèi)設(shè)一游標(biāo)，溫度下降時液面的表面張力帶動游標(biāo)下降,而溫度上升時,管壁的摩擦力使游標(biāo)停而不動，因而可測得最低溫度。 

金屬電阻溫度表 利用金屬電阻隨溫度變化的原則制成的溫度表。常用的金屬絲有鉑、鎳和銅三種，阻值在幾十歐到一百歐之間。其中鉑電阻絲的穩(wěn)定性最好，可用它制作標(biāo)準(zhǔn)溫度表。電阻溫度表可以用于遙測。 

熱敏電阻溫度表 其感應(yīng)元件由幾種金屬氧化物混合焙燒而成?？蔀榘魻?、球狀或片狀。其阻值可達(dá)幾十千歐，電阻的溫度系數(shù)大，儀器的靈敏度高于金屬電阻溫度表，被廣泛應(yīng)用于遙測。熱敏電阻的外表必須絕緣，防止在高濕時漏電。 

石英晶體溫度表 選擇石英晶體某種切片平面的方向，使石英晶體薄片具有振蕩頻率和溫度成線性關(guān)系的特性，用這種切型的石英晶體作為測溫元件制成的溫度表。它的優(yōu)點是：可以直接數(shù)字輸出，有較高的分辨率（可達(dá)10-3°C）。 

溫差電偶溫度表 利用溫差電現(xiàn)象制成。溫差電現(xiàn)象是指在兩種不同導(dǎo)體所組成的封閉回路中，若導(dǎo)線連接處的溫度不同就會產(chǎn)生電流的一種現(xiàn)象。溫差電偶溫度表由于構(gòu)造簡單，分度便利，常用于梯度觀測及空氣、土壤和水溫的測定。目前在日射儀器及小氣候觀測中也被廣泛應(yīng)用。 

測量大氣溫度時，感應(yīng)元件需遮蔽，以防止各種形式輻射的影響，如百葉箱和阿斯曼干濕表外管等。同時，防輻射設(shè)備必須保持良好的通風(fēng)，盡量減小對自然狀況的干擾。

水銀氣壓表 將一支一端封閉的玻璃管抽成真空，注滿水銀，再將開口一端插入水銀槽中，以水銀槽平面到管內(nèi)水銀柱頂?shù)母叨葋頊y量大氣壓力。水銀柱高度必須以溫度為0°C、重力加速度為9.80665米/秒2的情況下所具有的高度為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)測量氣壓時，溫度和重力加速度與上述情況不符，則必須對由此引起的偏差加以訂正。1810年，法國J.福丁發(fā)明福丁式水銀氣壓表，氣壓表的玻璃管外配有測量水銀柱高度的銅管標(biāo)尺。 水銀氣壓表測量精度較高，性能穩(wěn)定，常作為標(biāo)準(zhǔn)氣壓表。 

空盒氣壓表 由扁平的金屬膜片空盒組構(gòu)成，盒內(nèi)的氣壓較低。利用彈性應(yīng)力與大氣壓力相平衡的原理，以它形變的位移測定氣壓。其優(yōu)點是便于攜帶和安裝。但由于金屬膜片的彈性系數(shù)隨溫度變化，須采取溫度補(bǔ)償措施；空盒形變存在彈性滯后，在一定的氣壓范圍內(nèi)，升壓和降壓的形變曲線不重合。上述兩個因素使空盒氣壓表的測量精度低于水銀氣壓表?？蘸袣鈮河嫅?yīng)用空盒氣壓表的原理制成，它是一種能自動記錄的氣壓表。 

微壓計 是一種較敏感的氣壓計,它能覺察出比0.05百帕還小得多的氣壓變化。自記鐘的走紙速度約1～2小時轉(zhuǎn)一周。微壓計的空盒開口，盒內(nèi)空氣始終與外界大氣相通。整個空盒組裝在一個可密封的金屬圓筒內(nèi)，觀測的起始時刻，打開金屬圓筒的截門,使空盒內(nèi)外的氣壓相等,氣壓計指零（或滿刻度），然后關(guān)上截門，此后，儀器的指示值表示為各時刻的氣壓同初始值之差。它是一種研究短時間氣壓細(xì)微變化的儀器。 

干濕球溫度表 干濕表最早由德國E.F.奧古斯特發(fā)明（1825）。由測定空氣溫度和濕度的一對并列裝置的、形狀完全相同的溫度表組成。一支測量氣溫,稱干球;另一支在球部包扎一層保持浸透蒸餾水的脫脂紗布，稱濕球。由于水分在未飽和濕空氣中蒸發(fā)時吸收感溫元件的熱量，濕球溫度將低于干球溫度?？諝庵械乃麎篹 可按下式計算： 

e =ew-Ap(T-Tw)

其中T和Tw分別為干、濕球溫度,ew為相應(yīng)于濕球溫度的飽和水汽壓，P 為大氣壓力。A為干濕表系數(shù),它是濕球直徑和通風(fēng)速度的函數(shù)。因此給儀器以恒定的人工通風(fēng)可提高測量精度。干濕球溫度表不適于低溫（在-10°C以下）測濕。 

毛發(fā)濕度表 脫脂的人發(fā)、牛的腸衣等一類物質(zhì)在潮濕時伸長，干燥時縮短，利用它們的這種特性可以作成濕度表和濕度自記儀。缺點是：它們在低濕時，時間常數(shù)太大，元件的穩(wěn)定性也較差。 

露點儀 直接測定空氣露點溫度(見露)的儀器。在一根銅棒的頂端放置一個薄的小銅鏡，銅鏡背面有測量鏡面溫度的元件。銅棒同時受冷、熱源的控制，使鏡面溫度在露點附近變動，當(dāng)鏡面上可觀察到露滴或冰晶時隱時現(xiàn)時，這時測溫元件所指示的溫度的平均值即為露點（零下結(jié)冰時為霜點）溫度。露點儀的原理簡單，但須要光潔度很高的鏡面，精度很高的控溫系統(tǒng)，以及靈敏度很高的露滴（或冰晶）的光學(xué)探測系統(tǒng)。使用時必須使吸入樣本空氣的管道保持清潔，否則管道內(nèi)的雜質(zhì)將吸收或放出水分，造成測量誤差。 

電阻式濕度片 利用吸濕膜片隨濕度變化而改變其導(dǎo)電性能的原理制成。常用的有氯化鋰濕度片。氯化鋰是一種離子鹽，本身的性質(zhì)穩(wěn)定，其溶液的飽和水汽壓低于同溫度水的飽和水汽壓。當(dāng)空氣的水汽壓高于氯化鋰的飽和水汽壓時,它將吸收水分增加自身的電導(dǎo)率;反之，則放出水分降低電導(dǎo)率。測定氯化鋰的電阻值可確定相對濕度。其缺陷是溫度系數(shù)大，使用壽命有限。 

薄膜測濕電容 以高分子聚合物為介質(zhì)的電容元件。利用聚合物吸收空氣中的水汽而改變元件電容量的特性制成的薄膜測濕電容，制作工藝精巧，性能優(yōu)良，已在無線電探空儀和一些自動氣象站上用作測濕元件。 

  風(fēng)向測量儀器 風(fēng)向標(biāo)是各種測風(fēng)儀器中用以指示風(fēng)向的最主要的部件，分為頭部、水平桿和尾翼三部分。在風(fēng)力的作用下，風(fēng)向標(biāo)繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)尾擺向下風(fēng)方向，頭部指向風(fēng)的來向。風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)的風(fēng)向必須傳遞到地面的指示儀表上，以電觸點式最為簡單，但一般只能作到每一個方位(22.5°)有一個觸點。 精確的方法有自整角機(jī)和光電碼盤。 

風(fēng)速測量儀器 ①風(fēng)杯風(fēng)速計。它是最常見的一種風(fēng)速計。 轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計最早由英國 J.T.R.魯賓孫發(fā)明(1846)，當(dāng)時是四杯,后來改用三杯。三個互成120度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個架子連同風(fēng)杯裝在一個可以自由轉(zhuǎn)動的軸上。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點、測速發(fā)電機(jī)或光電計數(shù)器等記錄。②螺旋槳式風(fēng)速計。它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)速計。螺旋槳裝在一個風(fēng)標(biāo)的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對風(fēng)的來向，它的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。③熱線風(fēng)速計。一根被電流加熱的金屬絲,流動的空氣使它散熱,利用散熱速率和風(fēng)速的平方根成線性關(guān)系,再通過電子線路線性化(以便于刻度和讀數(shù)),即可制成熱線風(fēng)速計。熱線風(fēng)速計分旁熱式和直熱式兩種。旁熱式的熱線一般為錳銅絲，其電阻溫度系數(shù)近于零，它的表面另置有測溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測量風(fēng)速的同時可以直接測定熱線本身的溫度。熱線風(fēng)速計在小風(fēng)速時靈敏度較高，適用于對小風(fēng)速測量。它的時間常數(shù)只有百分之幾秒，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測量的重要工具。④聲學(xué)風(fēng)速表。在聲波傳播方向的風(fēng)速分量將增加（或減低）聲波傳播速度，利用這種特性制作的聲學(xué)風(fēng)速表可用來測量風(fēng)速分量。聲學(xué)風(fēng)速表至少有兩對感應(yīng)元件，每對包括發(fā)聲器和接收器各一個。使兩個發(fā)聲器的聲波傳播方向相反，如果一組聲波順著風(fēng)速分量傳播，另一組恰好逆風(fēng)傳播，則兩個接收器收到聲脈沖的時間差值將與風(fēng)速分量成正比。如果同時在水平和鉛直方向各裝上兩對元件，就可以分別計算出水平風(fēng)速、風(fēng)向和鉛直風(fēng)速。由于超聲波具有抗干擾、方向性好的優(yōu)點，聲學(xué)風(fēng)速表發(fā)射的聲波頻率多在超聲波段。 

達(dá)因風(fēng)向風(fēng)速計 是一種測定瞬時風(fēng)向風(fēng)速并作連續(xù)記錄的儀器,由英國W.H.達(dá)因所設(shè)計(1892),故名。其風(fēng)向由風(fēng)向標(biāo)的裝置測定，風(fēng)速由以下裝置測定：風(fēng)速的感應(yīng)部分有兩個開口，感應(yīng)風(fēng)的動壓力與大氣靜壓力之和的開口稱總壓口，基本上只感應(yīng)大氣靜壓力的開口稱靜壓口。總壓口位于風(fēng)向標(biāo)風(fēng)尾翼橫桿的前端，由于風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)擺動，風(fēng)尾始終處于下風(fēng)方向，因而總壓口就始終對著氣流的來向；靜壓口是一組小孔，位于風(fēng)標(biāo)垂直軸的外層套管上?？倝嚎诤挽o壓口分別通過導(dǎo)管和浮筒式微壓計相連，浮筒內(nèi)艙和總壓管連通，浮筒外和靜壓管連通，這樣，浮筒所受的壓力差只與風(fēng)的動壓力有關(guān)（圖5）。由于氣流的動壓力和風(fēng)速的平方成正比，為保持浮筒在受風(fēng)壓作用后，浮升的高度和風(fēng)速成正比，浮筒內(nèi)壁的曲線形狀必需經(jīng)過專門的設(shè)計。

  輻射能的測量 輻射主要有太陽直接輻射，大氣散射，地面反射輻射，地面和大氣的紅外熱輻射，以及凈輻射（見輻射差額）。常用的測量儀器有： 

① 絕對日射表（計）。它是測量在太陽入射方向垂直平面上的太陽直接輻射強(qiáng)度的儀器，測量精度較高，且儀器常數(shù)可在實驗室內(nèi)測定。因此可用來確定其他類型儀器的儀器常數(shù)。根據(jù)世界氣象組織的決議，從1981年1月1日起將美國的ACR310型和PACRADⅢ型，比利時的CROM型，以及瑞士的PMO2型四種絕對日射計，作為日射計標(biāo)尺的標(biāo)準(zhǔn)。這幾種類型日射計的工作原理相似，以美國的PACRADⅢ型絕對日射計為例：接受太陽輻射的主要部分是吸收系數(shù)十分接近于1.0000的探測黑體空腔的錐角部分，在探測腔體后面的補(bǔ)償空腔，以人工加熱法保持和探測空腔具有相同的溫度，使探測腔體的熱量完全不向后傳遞。測量空腔和熱匯的溫差就可以測得太陽輻射強(qiáng)度。這類儀器的測量精度較高，誤差低于1％。 

② 直接日射表。它是用來測量太陽直接輻射強(qiáng)度的儀器。該儀器的遮光套筒前的開口對感應(yīng)面的視角為10度。接受太陽輻射的感應(yīng)面是位于套筒底部的一塊涂黑的錳銅薄片，它的背面緊貼熱電堆的正極，負(fù)極則貼在遮光筒內(nèi)壁。熱電堆的電動勢正比于太陽輻射。比例系數(shù)可與絕對日射計對比確定。 

③ 天空輻射表。它是測定水平面上的太陽輻射、大氣散射輻射和地面反射輻射的儀器。儀器的感應(yīng)部分由黑片和白片相間組成3×3厘米2的方格陣。輻射強(qiáng)度正比于黑白片下熱電堆的電動勢。感應(yīng)面上有一個半球形防風(fēng)保護(hù)玻璃罩。儀器前上方可伸出一塊對感應(yīng)平面視角為10度的遮光板。支起遮光板遮去陽光，儀器只能測到天空散射輻射；除去遮光板則能測到水平面上太陽輻射和散射輻射的總和。反轉(zhuǎn)儀器，使感應(yīng)平面向下，則能測到地面對太陽輻射和散射輻射的反射輻射。

④ 凈輻射儀。它是用來測量地表面吸收和支出輻射之差的儀器，使用最普遍的是聚乙烯防風(fēng)薄膜式凈輻射儀。儀器有上、下兩片感應(yīng)黑片,向上的吸收地面輻射收入項,向下的吸收地表面輻射支出項。兩塊感應(yīng)面由絕熱材料隔開，由熱電堆測量它們的溫差，凈輻射強(qiáng)度正比于溫差電動勢。 

  ①聚焦式日照計。它是利用太陽光經(jīng)玻璃球聚焦后燒灼日照紙留下的焦痕來記錄日照時數(shù)的儀器。暗筒式日照計制造較簡單，記錄誤差小，是臺站常用的儀器。

   ②暗筒式日照計。儀器上有一小孔,陽光透過小孔射入筒內(nèi),在涂有感光藥劑的日照紙上留下感光痕跡，利用痕跡線可計算出日照的時數(shù)。

雨量器 測量在某一段時間內(nèi)的液體和固體降水總量的儀器。一般為直徑20厘米的圓筒，為保持筒口的形狀和面積,筒質(zhì)必須堅硬。為防止雨水濺入,筒口呈內(nèi)直外斜的刀刃形。雨量器有帶漏斗和不帶漏斗的兩種。筒內(nèi)置有儲水瓶。降雪季節(jié)取出儲水瓶，換上不帶漏斗的筒口，雪花可直接儲入雨量筒底。 

雨量計 可連續(xù)測量和記錄液體降水量的自記儀器。常用的有虹吸式和翻斗式兩種。 

① 虹吸式雨量計（圖9）。當(dāng)雨水經(jīng)漏斗進(jìn)入測量筒后,筒內(nèi)的浮子隨水位升高,當(dāng)筒內(nèi)貯滿10（或20）毫米雨量時，在短時間內(nèi)發(fā)生一次虹吸，將筒內(nèi)的存水一次排出，使浮子重新從零位開始記錄。浮筒上所帶自記筆尖可在鐘筒上畫出降雨量隨時間累積的過程。 ② 翻斗式雨量計。其測量器是兩個三角形的翻斗，每次只有其中的一個翻斗正對漏斗口。 當(dāng)翻斗盛滿0.2毫米降水時，由于重心外移而翻倒，將盛水倒出，同時使第二個翻斗移到漏斗口下，由翻斗交替次數(shù)和時間的記錄可得降水資料。翻斗式雨量計可用于自動氣象站。 

    20世紀(jì)60年代前，氣象臺站常用目測方法，即由人眼觀測目標(biāo)物能從背景中分辨出來的最遠(yuǎn)距離，測定大氣能見度。70年代以來常采用能見度儀進(jìn)行測量，主要儀器有兩種類型： 

① 透射型。包括一個光發(fā)射源，以及幾個接收器。把接收器安裝在不同的距離處，以接收到的光源亮度與發(fā)射源參考亮度的比值的變化來計算大氣透明度和能見度。也可將光發(fā)射源和一個接收器裝在一起，而在不同距離上安裝反射靶。接收器分別測量來自不同反射靶的光源亮度，由此求得大氣能見度。 

② 散射型。認(rèn)為大氣消光主要是由氣體分子、微滴和微粒等的散射作用造成的，因此可以通過測量相對于光發(fā)射器光軸的不同方向上的散射光強(qiáng)來計算能見度。根據(jù)光發(fā)射器光軸同接收器光軸的角度關(guān)系，又可分做后向散射儀、前向散射儀和總散射儀幾種。