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第一节 气象仪器装备

  气象台站的大气探测网包括地面气象、高空气象、农业气象、太阳辐射、天气探测雷达、 卫星气象等各类专业气象探测系统,分别采用不同的仪器装备对大气环境状况进行监测,获 取各种资料。
    一、地面气象观测仪器
    地面气象观测仪器是各气象台站用于对贴近地面大气层和浅层地表面气象环境条件进行 测量,并获取相应资料、数据的仪器,也是各气象台站经常大量使用的主要仪器。包括用于 测定大气压力的水银气压表、空盒气压自动记录仪器、空盒气压表;用于测定大气温度的干 球温度表、最高温度表、最低温度表、双金属温度自动记录仪器和地面温度表、直管地中温 度表、曲管地温表;用于测定大气湿度的干湿球温度表、毛发湿度计、毛发湿度自动记录仪 器;用于测定空气流速、流向的各种风向风速表或自动记录仪器;测定降水、积雪、日照、 蒸发、云高和部分天气现象的雨量筒、雨量自动记录仪器、量雪器、称雪器、日照计、蒸发 器、冻土器、云幕灯等。
    30年代末至40年代中期,日伪在黑龙江地区建立的气象站全部配备日本国生产的各种气 象仪器。1945年抗日战争胜利以后至新中国成立初期,恢复和新建的哈尔滨、嫩江、克山、 齐齐哈尔、牡丹江、海伦、通河、尚志等各气象站使用的仪器装置,基本上都是遗留下来的 旧仪器,如日式的各种温度表、温度计(温度自动记录仪器)、湿度计(湿度自动记录仪器)、 空盒气压表、水银气压表、立轴式风向计、电接回数(风速)计、雨量器、蒸发器、乔唐式(暗 筒式)日照计等,也有少量的国产或其它国家制造的温度表等仪器。由于数量有限,各站仪器 配备标准和数量不一,水银气压表只在一些主要的气象站配备,立轴式风向计、电接回数计 数量更少,配有地温表的台站也较少,温、压、湿自记仪器也是逐步配备到各气象站的。1954 年至1955年前后,各气象站的日式大百叶箱(又叫综合箱)更换为苏式的大、小百叶箱,补充 或更换了部分苏式的康培司托克聚焦式日照计。部分台站的空盒气压表换为军委气象局生产 的福丁式水银气压表,立轴式风向计、电接回数计则多数换成了国产的维尔达风压器。
    风向风速计1955年末和1958年初,佳木斯、哈尔滨两个气象台先后配备了压力管式的达 因风向风速计,用以记录风向和瞬间风速的连续变化。1955年至1956年,尚志、通河、明水 等气象站配备了可连续记载降水变化的空吸雨量计。测量浅层地温的曲管地温表也由日式的 直角地温表换为国产仿苏式沙维诺夫135度角曲管地温表。测定近地层32米深的铁管地温表 更换为硬塑料的直管地温表。各气象台站除日式轴式风向风速计未完全撤换外,其它仪器多 数逐渐更换为国产的仿苏式仪器。直至60年代初期,本省气象台站的地面观测仪器,除个别 台站仍使用东北沦陷时期遗留下来的立轴式风向器、电接回数计(1963年末全部停用)和球部 为叉状的最低温度表外,其它均为材质、外形和结构有所改变的国产仪器。
    1968年末,哈尔滨、海伦、嫩江等气象站将使用多年的维尔达风压器更换为上海气象仪 器厂生产的EL型电接风向风速计,1971年1月,齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯、安达等气象台站 也都陆续进行了更换,全省气象台站的风速风向观测,实现了有线遥测化和自动记录。测定 精度也有了较大的提高,风速测定精度达到了误差在05m/s+005V(式中V为指示风速)以内 。随后相继配发了与之配套使用的大风警报器,风速达到或超过八级时,可自动报警。大风 警报器几年后陆续淘汰。
    雨量计1954年前,台站雨量器安装高度为离地70厘米,1954年改为2米,1955年起在台站 大量配备的虹吸式雨量计始终是主要的雨量自记仪器。1960年前后雨量器安装高度又改为70 厘米。雨量器口径面积先后为500平方厘米、314平方厘米。1960年前使用的雨量器有防风圈 ,1960年秋天取消。
    1980年,上海气象仪器厂生产的有线遥测双翻斗雨量计在本省各气象台站同时配备使用, 实现了对降水量连续变化情况进行室内遥测。
    蒸发器全省多数气象台站测定蒸发一直使用直径为20厘米的小型蒸发器,1954年前安装 高度为离地20厘米,1954年1月1日起改为离地70厘米。哈尔滨、佳木斯等个别台站,50年代、 60年代初使用直径为80cm的大型蒸发器,1966年秋停用。1983年8月和1984年6月,哈尔滨、 齐齐哈尔气象台先后使用E—601型大型蒸发器,这种蒸发器在口径面积和测定方法上都有一 定改进。
    微型计算机1984年,全省气象台站陆续使用PC—1500型微计算机,用于计算、编发气象 情报和统计整理气象资料。
    1985年末,黑龙江省气象台站现场使用的地面气象观测仪器和主要设备如下表:
    
    
    二、高空气象探测仪器
    高空气象观测是气象探测业务的主要组成部分之一,包括高空风观测和高空温度、湿度、 气压的探测。
    50年代初期,黑龙江省的嫩江、齐齐哈尔等气象站进行高空风观测,使用经纬仪跟踪氢 气球的方法进行。充灌气球的氢气是制氢筒制氢。当时的经纬仪多是美国、日本产的经纬仪。 1956年以后,齐齐哈尔、哈尔滨等台站使用捷克斯洛伐克式经纬仪。进入60年代,主要使用 五八型、六三型、CFJ—1型、CFJ—2型等国产经纬仪。
    高空温度、气压、湿度探测主要使用的仪器设备是无线电探空仪、地面的讯号接收设备, 以及其它探空仪的温度、气压、湿度检定设备、基值测定设备和电子测试仪表等。
    50年代至60年代初,本省各探空站使用“四九”型探空仪,地面的讯号接收设备为收报 机。人工点绘、处理和计算资料。
    1964年1月起,哈尔滨探空站使用“五九”型探空仪,即GZZ2—1型探空仪。嫩江站1969 年6月换型。“五九”型探空仪的地面讯号接收设备,先后使用了401型、7512型、239型等收 讯机。自1970年1月使用701测风雷达后,探空仪发回的高空温、压、湿讯号,一般由701雷达 接收和处理。
    记录器是供人工方式连续点绘探空讯号的专用设备,60、70年代本省使用的记录器为GZM —2型和GNZ—1型记录器。
    1970年1月起,哈尔滨、嫩江等承担高空温度、气压、湿度探测任务的观测站,陆续使用 我国自己研制的701测风雷达,替代光学经纬仪测风。探测距离150~200公里,探测高度25公 里,方位角转动范围在-03°~+90°,最低工作仰角可达8°。
    高空风观测使用气球一般为天然乳胶制成。只进行高空风观测时使用20号气球,该气球 长度大于或等于20厘米,爆破直径大于或等于100厘米。同时进行高空温、压、湿探测时,使 用120号气球,该气球长度大于或等于120厘米,爆破直径大于或等于550厘米。1982年6月以 后,哈尔滨、嫩江等探空站陆续使用电解水制氢设备制造氢气。同年探测高度达25万米以 上。
    1984年4月起,黑龙江省的哈尔滨等各探空站采用PC—1500微计算机整理高空测风资料, 1984年末,陆续使用GN25型自动接收记录和PC—1500计算机整理高空温、压、湿探空资料, 初步实现了数据、资料处理半自动化。
    1985年末,黑龙江省气象台站高空气象探测配备使用的主要仪器、设备见表2—11。
    
    
    三、农业气象观测仪器
    农业气象观测仪器,包括对农田、作物间的温度、湿度、光照、风速、土壤湿度、地中 温度等农田小气候环境条件进行测定或进行农业气象研究时所使用的有关仪器和设备。在设 计原理上,这些仪器和一般地面气象观测仪器基本一致,只是更加轻便化、小型化和精密化, 以适应野外及田间小气候测定的特殊需要。
    黑龙江省自50年代末期开始进行农业气象观测和研究,省农业气象试验站(哈尔滨)佳木 斯农业气象试验站逐步配备了一些最基本的农业气象观测仪器,测定田间温、湿度用的阿斯 曼通风干湿表、普通最高温度表、最低温度表、双金属温度自记、毛发湿度自记、插入式地 温表等,测定风速用的热线微风仪、手持轻便风速表,测定太阳光照的照度计,以及测定土 壤湿度用的取土钻、烘箱、天平等仪器、设备及开展农业气象研究所用的高级分析天平等。
    “文化大革命”中,农业气象工作停止,原有仪器设备基本丢失损坏殆尽。70年代,农 业气象工作恢复,各农业气象试验站重新配备了常规的农业气象观测仪器。80年代,省农业 气象试验站陆续配备了冷冻箱、遥测土壤温度表、土壤水分速测仪、土壤湿度计、生物显微 镜、光电比色计、积温仪、CO2红外仪、棍式照度仪、袖珍植物体温仪、光电叶面积仪、累 积式辐射仪、温度巡视仪、活体叶绿素仪等各种新的仪器设备。上述设备中,大量应用了70 年代、80年代的新技术,其中多数为速测型仪器,部分仪器实现了有线遥测化。
    1981年省农试站配置了可以人工控制和模拟温度、湿度、光照等气象条件的人工气候箱, 为开展农业气象专题试验研究创造了更加完备的试验条件。1984年,配备了用于资料数据处 理的PC—1500微计算机,提高了资料整理统计的效率。
    四、太阳辐射观测仪器
    气象台站测定太阳辐射,采用热电测定法,即利用感应面吸收辐射能,通过热电堆的作 用,将热能转换为电能,用电流表加以测定的原理进行。
    从50年代到80年代,黑龙江省气象台站普遍使用相对日射仪器,如太阳直接辐射表、天 空辐射表、反射率表、地面辐射表等来测定太阳辐射。测定垂直于太阳光线方向上所接收的 太阳辐射能量的仪器是太阳直接辐射表。测定太阳辐射经过大气散射或者云的反射以后,从 天空各点以天空短波辐射的形式到达地平面部分的天空散射辐射和太阳或天空的短波辐射射 到水平面上的总量的总辐射仪器,是天空辐射表。测定地面反射辐射使用反射率表。
    上述的太阳直接辐射表、天空辐射表和反射率表,都是通过精密的微安表来测定其电流 值的。黑龙江省气象台站使用的是磁电指针式的微安表。
    五、天气探测雷达
    天气雷达是大气监测现代化的重要标志之一,它是利用物体对电磁波的散射作用来对云、 雨、雪、雹等进行监测的。70年代初中期,我国相继研制出波长3cm(简称711型)和5cm(简称 713型)的天气雷达并陆续投入使用。711型测雨雷达的波长为3.20cm,采用圆抛物面天线, 其波瓣宽度小于1.5度,脉冲功率为75千瓦,最大探测距离为300公里,全机配有平面位置显 示器、距离显示器和高度显示器等三个显示器,该雷达具有体积小、重量轻、机动性强、维 修方便等优点。713天气雷达为固定式的5cm波段雷达,可探测400公里范围内的暴雨、大范围 的降水及其它空间气象目标,并可在200公里范围内定量测量降水的强度,以及测定降水云体 的发展高度。该雷达方位360度,俯仰范围扫描时为-0.5~+29.5度,测高范围为20 公里,并配有视频积分处理和多层显示装置。713天气雷达是我国气象台站80年代配备的性能 较好的雷达。
    1973年,黑龙江省气象台安装使用了711测雨雷达。1984年12月,该雷达移交给黑河气象 台使用,省气象台安装使用713天气雷达。
    1981年5月,齐齐哈尔气象台引入711测雨雷达,伊春、绥化、牡丹江、佳木斯等气象台 也陆续安装使用711雷达。
    六、卫星云图接收设备
    1972年5月,黑龙江省气象台正式使用我国自行研制的APT(低分辨率)卫星云图接收机, 是全国四家首批使用该设备的单位之一。主要接收“艾萨”、“诺阿”等卫星发回的卫星云 图讯号,输入与之相匹配的118照片传真机,经转为光信号、显影、定影成照片,装拼后,制 成可用于天气分析的云图照片。初期只接收可见光云图,以后同时接收红外云图。
    1978年夏,省气象台的卫星云图接收设备换型为WT—1(甚高分辨率)云图接收机。主要接 收“诺阿”、“葵花”、“流星”等卫星发回的卫星云图照片。