大气监测中测定气象参数有何意义_大气监测的必测项目

1.卫星定位的新世纪

2.大气环境监测

3.高空气象数据集有哪些？

4.天气的观察是什么？

5.环境监测方法都有哪些

可以说是，但也可以说不是。

1，温差，湿度只是人类通过仪器数据监测环境的情况，并非囊括专有名词一说；

2，气候受温差与湿度的影响产生一定的区域化（较为稳定性），而气象即是温差与湿度短时产生的剧变；

3，还有经纬度，引力其他因素导致的可能性；

卫星定位的新世纪

GPS技术经过20多年的发展，其应用研究及应用领域得到了极大的扩展，其中一个重要的应用领域就是气象学研究。利用GPS理论和技术来遥感地球大气，进行气象学的理论 和方法研究，如测定大气温度及水汽含量，监测气候变化等，叫做GPS气象学（GPS/METeorology, 简写为GPS/MET）。GPS气象学的研究于80年代后期最先在美国起步，在美国取得理想的试验结果之后，其他国家如日本等也逐步开始GPS在气象学中的研究。

大气环境监测

进入21世纪，全球定位系统（GPS）在各方面的应用都将加强和发展。本文对GPS走向21世纪时的最新发展情况，特别是当前国际GPS服务（1GS）的产品内容、应用和服务等方面作重点介绍。

一 、GPS连续运行站网和综合服务系统的发展

在全球地基GPS连续运行站（约200个）的基础上所组成的IGS(International GPS Service），是GPS连续运行站网和综合服务系统的范例。它无偿向全球用户提供GPS各种信息，如GPS精密星历、快速星历、预报星历、IGS站坐标及其运动速率、IGS站所接收的GPS信号的相位和伪距数据、地球自转速率等。这些信息在大地测量和地球动力学方面支持了无数的科学项目，包括电离层、气象、参考框架、精密时间传递、高分辨的推算地球自转速率及其变化、地壳运动等。

（1） IGS现在提供的轨道有三类：一是最终（精密）轨道，要在10—12天以后得到它，常用于精密定位；二是快报轨道，要在1天以后得到，它常用于大气的水汽含量、电离层计算等；还有一类是预报轨道。

关于对GPS星钟偏差方面的估计，只有两个IGS分析中心提供。IGS近200个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准近70个，其中约30个使用氢钟，约20个使用铯原子钟，约20个使用铷原子钟，其余的使用GPS内部的晶体震荡器。

（2） IGS还提供极移和世界时信息。IGS公布的最终的每日极坐标（x，y），其精度为±0.1mas，快报的相应精度为±0.2mas。GPS作为一种空间大地测量技术，本身并不具备测定世界时（UT）的功能，但由于一方面GPS卫星轨道参数和UT相关，另一方面，也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是UT的时间导数，因此IGS仍能给出每天的日长（LOD）值。IGS还能进一步求定章动项和高分辨率的极移（达每2小时1次，而不是1天1次），后者主要源于IGS各观测站观测质量的提高，数据传输迅速和及时，以及数据处理方法的改进，并没有本质的改变，而前者却是技术上的一个跨跃。

（3） IGS提供的一个极为有用和重要的信息是IGS的那些连续运行站（跟踪站）的坐标、相应的框架、历元和站移动速度。前者精度好于1cm，后者精度好于1mm/y。IGS站坐标所用的坐标参考框架是和IERS互相协调的。1993年末开始使用ITRF91，1994年使用ITRF92，1995年到1996年中期使用ITRF93，1996年中期到1998年4月一直使用ITRF94，1998年3月1日转而用ITRF96，1999年8月1日开始IGS用ITRF。

（4） IGS在测定短期章动方面的新贡献。

GPS技术不能确定UT，而只能确定日长。同样这一原则也适用于章动，即GPS数据不能测定章动的经度和倾角，但能确定这些量的时间变率（对时间的导数）。基于这一原理，用了3年的每天的ψ和ε值的资料，估算短期章动项的章动振幅，并与VLBI结果作了比较。结论认为，就测定章动短周期项而言，GPS方法优于VLBI，而对超过1个月以上的长周期而言，VLBI较优。

由于对GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献，因此1999年9月各国的VLBI站和SLR站决定也组织类似于IGS的相应的IVS和IVRS。法国的DORIS和德国的PRARE也正在考虑成立类似模式的国际组织。力求使这类空间大地测量观测系统组织起来，提高效率、提高精度和可靠性。

就地区性的GPS连续运行站网和综合服务系统而言，发达国家也已做了很多这方面工作，取得了进展。在美国布设了GPS“连续运行参考站”（CORS）系统。它由美国大地测量局（NGS）负责，该系统的当前目标是（1）使美国各地的全部用户能更方便的利用它来达到厘米级水平的定位和导航；（2）促进用户利用CORS来发展GIS；（3）监测地壳形变；④求定大气中水汽分布；⑤监测电离层中自由电子浓度和分布。

截止1999年9月CORS已有156个站，而美国NGS宣布为了强化CORS系统，以每个月增加3个站的速度来改善该系统的空间覆盖率。此外，CORS的数据和信息包括接收的伪距和相位信息、站坐标、站移动速率矢量、GPS星气、站四周的气象数据等，用户可以通过信息网络，如Internet很容易下载而得到。

英国建立的“连续运行GPS参考站”（COGPS）系统的功能和目标类似于上述CORS，但结合英国本土情况还多了一项监测英伦三岛周围的海平面相对和绝对变化的任务。英国的COGPS由测绘局、环保局、气象局、农业部、海洋实验室共同负责。已有近30个GPS连续运行站，今后的打算是扩建COGPS系统和建立一个中心，其主要任务是传输、提供、归档、处理和分析GPS各站数据。

日本已建成全国近1200个GPS连续运行站网的综合服务系统。它在以监测地壳形变、预报地震为主功能的基础上，结合气象和大气部门开展GPS大气学的服务。

二、 GPS应用于电离层监测

GPS在监测电离层方面的应用，也是GPS空间气象学的开端。太空中充满了等离子体、宇宙线粒子、各种波段的电磁辐射，由于太阳常在1秒钟内抛出百万吨量级的带电物，电离层由此而受到强烈干扰，这是空间气象学研究的一个对象。通过测定电离层对GPS讯号的延迟来确定在单位体积内总自由电子含量（TEC），以建立全球的电离层数字模型。

GPS卫星发射L1和L2。两个载波。由这两个载波可以削弱电离层对GPS定位的影响，或者说可以求定电离层折射。因为这一折射和载波频率有关。

当人们建立地区或全球电离层数字模型时，总是作简化的定，所有自由电子含量都表示在一个单层面上，该面离地面高为H。这样的话，电子含量正可以用在接收机和卫星连线与此单层面交点（刺入点）处的电子含量Es表示，它可以视为E与刺入点处天顶距Z'的函数Ecos Z'=Es。可以将在球面上的电子浓度Es加以模型化，例如写成经纬度的球谐函数等，这方面有很多专家提出了各种模型。IGS提出了一种电离层地图的交换格式（10nosphere Map Exchange Format，IONEX—Format），它的作用是使基于各种理论和技术所获得的电离层地图能在统一规格的基础上进行综合和比较。电离层模型有各不相同的理论基础，而取得的数据来源的技术也不同，数据覆盖面也不完整，所以只能将IGS和全球各种TEC的图和GPS卫星讯号的差分码偏差（differential code biases—DCBS）用IONEX形式向全世界用户提供，下一步将通过比较，逐步联合起来。

三、 GPS应用于对流层监测

在GPS应用中，早期主要是轨道误差影响定位精度，而且早期的GPS基线相对来说比较短，高差不大，因此对对流层的研究没有给予很大的重视。直到由于GPS轨道精度大大提高后，对流层折射已成为限制GPS定位精度提高的一个重要障碍。设一个高程基本为零的地区，接收机所接收的GPS讯号从天顶方向传来的话，其延迟可以达到2．2—2．6m这一量级，而2小时内这一延迟变化可达10cm不是少见的（所以IGS分析中心提供的对流层参数是用2小时间隔一次）。也由于这个实际情况，对流层折射要顾及其随机过程的变化来加以模型化。

在GPS应用于对流层研究中，IGS的快速轨道和预报轨道信息对于天气预报会起重大作用。此外，IGS通过德国GFZ的“IGS对流层比较和协调中心”提供的每2小时的对流层天顶延迟系列就象是控制点，对于区域性或局部性的对流层研究来说，可以起到对流层延迟绝对值的标定作用。

与地基GPS大气监测不同，星基或空基GPS掩星法测定气象的技术有覆盖面广，垂直分辨好，数据获取速度快的优点。这一技术的原理是将GPS接收机放在某一低轨卫星（LEO）或飞行器的平台上，该GPS接收机一方面起到对该卫星（或飞行器）精确定轨的作用，同时又应用GPS掩星技术起到大气探测器的作用。在19年进行的GPS/MET研究项目，证实了这个设想是可行的。预定于2000年4月发射的CHAMP卫星要利用GPS掩星法进行全球对流层折射（包括大气可降水分）的测定。

在今后几年中，还有阿根廷的SAC—C，的COS—MIC，这些LEO卫星都要用星载GPS来定轨和利用掩星法测大气。

今后利用星载GPS的气象和电子浓度截面数值，结合地面GPS站数据，作成层折图像提供使用。今后3年中GPS/MET项目研究还要进行6次，预计它将在天气预报、空间天气预报、气象监测方面做出巨大贡献。

四 、GPS作为卫星测高仪的应用

多路径效应是GPS定位中的一种噪音，至今仍是高精度GPS定位中一个很不容易解决的“干扰”。过去几年利用大气对GPS信号延迟的噪声发展了GPS大气学，也正在利用GPS定位中的多路径效应发展GPS测高技术，即利用空载GPS作为测高仪进行测高。它是通过利用海面或冰面所反射的GPS信号，求定海面或冰面地形，测定波浪形态，洋流速度和方向。通常卫星测高或空载测高测的是一个点，连续测量结果在反向面上是一个截面，而GPS测高则是测量有一定宽度的带，因此可以测定反射表面的起伏（地形）。据报告，试验时在空载平面安装2台GPS接收机，1台天线向上用于对载体的定位，1台天线向下，用于接收GPS在反射面上的讯号。美国在海上作了测定洋流和波浪的试验。丹麦在格凌兰作了测定冰面地形及其变化的试验。

五 、卫星一卫星追踪技术

卫星对卫星的追踪（SST）技术的实质是高分辨率的测定2颗卫星间的距离变化，一般它分为两类，即高低卫星追踪和低低卫星追踪。前一类是高轨卫星（如对地静止卫星，GPS卫星等）追踪低轨（LEO）卫星或空间飞行器，后一类是处于大体为同一低轨道（LEO）上的2颗卫星之间的追踪，2颗卫星间可以相距数百千米，这两类SST技术都将LEO卫星作为地球重力场的传感器，以卫星间单向或双向的微波测距系统测定卫星间的相对速度及其变率。这一速度的不规则变化所反映的信息中，就包含了地球重力场信息。卫星轨道愈低，这一速度变化受重力场的影响愈明显，所反映重力场的分辨率也愈高。

这两类SST技术中，以高低卫星追踪所获得的信息比较丰富，这是因为：

高轨卫星，特别是有多个高轨卫星（如GPS）能获得低轨卫星处于大部分轨道上所传递的信息；（2）对地面重力场的中波、长波、短波信息都能恢复；（3）不同于低轨卫星，高轨卫星受重力场影响比较小，因此卫星间速度变化能比较好的反映重力场信息，同时高卫星的轨道也比较容易精确的求定。

SST技术的第一次试验是在15年进行的，高轨卫星是对地静止卫星（GEO)ETS一6，而低轨卫星为NIMBUS—6和APOLLO—SYYUS，但由于观测值的分辨率和精度太低（低于10μm/s），而没有取得很满意的成果，因此NASA放弃了此项研究；一直到1991年，利用GPS卫星作高轨卫星再次进行了试验，用LANDSAT作为低轨卫星，在该卫星平面上装GPS接收机，进行定轨和测定高低卫星间距离及其变率的试验，后来在T/P海洋测高卫星上也作过类似试验，也由于测定距离及其变率的分辨率和精度不高，而没有令人满意的结果；这次欧空局(ESA）在德国（GFZ）主持下所发射的CHAMP，GRACE和GOCE3颗卫星，在今后10年中将专门进行SST和卫星重力梯度测量(SGG）的试验，以改善对地球重力场的认识。

IGS认为持续地支持低轨卫星（LEO）是它的一项重要任务方面，因此专门建立了LEO工作组。LEO工作组制定了工作，并提出了一些建议：①建立IGS为追踪LEO的相应标准化地面站网，以满足LEO的要求；②IGS以短于24小时速率，对这些地面站网的数据进行传输和处理，提供LEO所需要的数据和产品；③为地面站网的GPS 1 Hz样率数据建立相应的GPS数据交换格式；④了解调查IGS精密轨道对LEO平台上GPS数据集的作用和意义。

1994年GPS就全面进入正式运行，该系统由21颗卫星组成，分别沿6个轨道平面运行，还有3颗卫星一直处于热备份状态，总计24颗.但在轨道上运行的GPS卫星总数实际上是变动的，在1998年就有27颗GPS卫星在轨道上运行.若从与赤道面55°倾角算第一个轨道面，则其他5个轨道面均以此为基础，彼此各以60°角度相交.

（2）关于对GPS星钟偏差方面的估计，只有两个IGS分析中心提供.IGS近200个永久连续运行的全球跟踪站中，使用的外部频率标准近70个，其中约30个使用氢钟，约20个使用铯原子钟，约20个使用铷原子钟，其余的使用GPS内部的晶体震荡器.

（3）IGS还提供极移和世界时信息（参见表1）.IGS公布的最终的每日极坐标（x,y），其精度为±0. 1m a s，快报的相应精度为±0. 2m a s.GPS作为一种空间大地测量技术，本身并不具备测定世界时（U T）的功能，但由于一方面GPS卫星轨道参数和U T相关，另一方面，也和测定地球自转速率有关，而自转速率又是U T的时间导数，因此IGS仍能给出每天的日长（LOD）值.IGS还能进一步求定章动项和高分辨率的极移（达每2小时1次，而不是1天1次），后者主要源于IGS各观测站观测质量的提高，数据传输迅速和及时，以及数据处理方法的改进，并没有本质的改变，而前者却是技术上的一个跨跃.

（4）IGS提供的一个极为有用和重要的信息是IGS的那些连续运行站（跟踪站）的坐标，相应的框架，历元和站移动速率，前者精度好于1cm，后者精度好于1mm a.IGS站坐标所用的坐标参考框架是和IER S互相协调的.1993年末开始使用ITR F91,1994年使用ITR F92,1995年到1996年中期使用ITR F93,1996年中期到1998年4月一直使用ITR F94,1998年3月1日转而用ITR F96,1999年8月1日开始IGS用1TR F.

（5）IGS在测定短期章动方面的新贡献.众所周知，地球自转轴在地球表面上的移动称为极移，而它在惯性空间中的运动称为岁差和章动.GPS技术不能确定U T，而只能确定日长.同样这一原则也适用于章动，即GPS数据不能测定章动的经度和倾角，但能确定这些量的时间变率（对时间的导数）.基于这一原理，用了3年的每天的W和E值的资料，估算短期章动项的章动振幅，并与VLB I结果作了比较，结论认为，就测定章动短周期项而言，GPS方法优于VLB I，而对超过一个月以上的长周期而言，VLB I较优.

由于对于GPS技术的IGS作出了如此大的成绩和贡献，因此在1999年9月各国的VLB I站和SL R站决定组织类似于IGS的相应的IV S和IL R S.法国的DO R IS和德国的PRA R E也正在考虑成立类似模式的国际组织.力求使这类空间大地测量观测系统组织起来，提高效率，提高精度和可靠性.

高空气象数据集有哪些？

大气环境中CO2浓度的监测是目前确定CO2是否泄漏较为有效和快捷的手段之一，其主要目的是发现来自于储存工程可能的泄漏，以及项目周边环境有没有受到负面影响。目前最常用的技术有红外线气体检测技术、大气CO2示踪、陆地生态系统通量观测三种。

1.光学CO2传感器

绝大多数CO2浓度监测技术都是基于CO2近红外（IR）吸收光谱特征设计的，并且都可以做到实时监测和在线数据传输。由于CO2在一些近红外光谱段有着较强的吸收特性，同时其他气体在相应的光谱范围内的吸收特性较弱，从而使得一些近红外波段成为探测和监测CO2的良好途径。CO2对于近红外4.25μm太阳辐射具有较强的吸收特征，因此该波段对于探测大气中的CO2非常敏感（图10-2）。大部分固定和移动式的商业化CO2监测设备都是利用这一近红外通道设计和制造的。CO2另一个较强的近红外吸收通道是2.7μm，但其吸收强度仅有4.25μm处的1/10。这个通道对于监测CO2也非常敏感，并且基本不受其他气体的干扰。该通道被美国国家航空航天局（NASA）的火星探险号用于探测CO2浓度。2μm处也是一个比较有潜力的通道，但CO2在该通道的吸收率仅为在4.25μm处的1/250，这一弱吸收通道已经被用来探测燃烧环境中的CO2浓度。在4.41～4.45μm处，13CO2具有较强的吸收特性。由于13C的浓度要远低于12C的浓度（大约为其的1/100），所以这一通道可以用来探测CO2浓度较高的环境，探测范围可以达到0.27％。CO2在1.57μm处仍有一个吸收谷，在这一波段的吸收率很低，约为在2μm 处的1/100。但这一波段几乎完全不受其他气体的干扰，所以这一弱吸收波段不适宜短程CO2监测（例如燃烧室等），但却在CO2浓度处于典型大气浓度范围时，是长程CO2浓度监测的理想波段（Shu1er et al.，2002）。

图10-2 CO2红外光谱曲线

CO2近红外（IR）吸收光谱监测分两种类型：非色散红外气体分析（NDIRs）和红外二极管激光仪。非色散红外气体分析使用一个较宽的红外波段，并且辐射光线通过一个装有分析设备的密闭室，是一个封闭短程监测技术；红外二极管激光仪既可以被用于封闭短程监测，也可以被用于开放长程监测，在开放长程监测情况下，分析样对象直接来自大气。短程监测可以控制在2m以内，而长程监测可以达几百米，其监测结果是长程路径上的CO2浓度平均值。

2.大气CO2示踪

大气中天然示踪剂可用于监测CO2是否泄漏。天然示踪剂是与地下、近地表或大气CO2相关联的一种化合物， 包括甲烷、氡、惰性气体和CO2同位素等。但使用示踪剂需要注意的是在空气中与CO2不同的扩散速率。某些示踪剂扩散速率比CO2要快，这会导致在空气中示踪剂形成的背景范围超出实际CO2的羽流范围。

我国目前使用的大气示踪剂品种较为单一，主要是六氟化硫（6），某些特殊场合使用氟卤甲烷等。6示踪剂具有以下优点：分析灵敏度高，气相色谱电子捕获检测器（ECD）的探测下限为0.5×10-14（以体积分数计）；大气本底较低，空气中的平均浓度为8.5×10-13（以体积分数计）；对空气呈惰性；取样和测量简便快速；造价和分析费用较低。尽管如此，6的大气扩散示踪距离仍不宜超过100km。

。、全氟化碳和稀有气体等人工示踪剂的检测使用气象色谱仪（图10-3）。载气自钢瓶经减压后输出，通过净化器、减压阀、稳压阀或稳流阀以及流量计后，以稳定的流量连续不断地流过气化室、色谱柱、检测器，最后放空。被测物质随载气进入色谱柱，根据被测组分的不同分配性质，它们在柱内形成分离的谱带，转换成相应的输出信号，并记录成色谱图。

图10-3 气象色谱仪示意图

示踪剂检测在CO2地质储存中具有潜在的应用优势，关于其检测技术方法需要进一步深入的研究探讨。同时，质谱仪、气相色谱仪等检测装置价格昂贵、无法适应野外长期监测。研制具有便携快速或在线功能的检测装置是一个急迫和值得大力探索的课题。

3.陆地生态系统通量观测

陆地生态系统通量观测即涡度相关法（EC），该技术是在地面一定高度，以较高的频率监测大气CO2浓度和通量的技术，同时监测各类气象变量，例如风速、 相对湿度、温度等。涡度相关法的优势主要包括：①自动监测；②不干扰周围环境；③其结果代表了空间和时间上的平均值，因此其空间尺度要相对比其他地面CO2浓度监测设备更大。涡度相关法的不足之处在于，其设条件是水平较为均一化的地表环境，而大多数自然条件都难以完全满足。

涡度相关法已经成为CO2地质储存重要监测手段之一，并被许多CO2地质储存项目用。将仪器安装在地表之上一定高度，用来测量CO2气体浓度，垂直风速度、相对湿度和温度。根据这些实地测量的数据计算CO2浓度和瞬时垂直风速的协方差高于或低于两者平均值。结合塔的高度，由此估算出多达数平方千米面积上产生的平均CO2通量。单位时间可以是几天，一年甚至更长。近年来，涡度相关技术的进步使得长期的定位观测成为可能，目前已成为直接测定大气与群落CO2交换通量的主要方法，也是世界上CO2和水热通量测定的标准方法，所观测的数据已成为检验各种模型估算精度的权威资料。该方法已得到微气象学和生态学家们的广泛认可，成为目前通量观测网络FLUXNE T的主要技术手段。

以上三个监测技术方法的比较如表10-5所列。

表10-5 大气监测技术概况表

CO2浓度监测仪和涡度相关法都只能监测较小范围内的CO2浓度。当需要监测较大范围（几公里范围）的大气中CO2浓度变化情况时，就需要用开放路径监测设备，例如使用激光发射出电磁波（选择CO2较为敏感的吸收波段），然后接收从地表反射回来的电磁波，由于发射和反射的电磁波受到了不同物质的吸收（例如大气中的CO2），所以可以通过分析接收到的电磁波的衰减程度，在较大范围内监测CO2浓度变化。激光雷达技术就是一种光探测技术，当前激光及差分吸收雷达技术已经被用于CO2浓度监测。

如果需要在更大范围内监测CO2浓度，例如几千平方千米或者更大，则就需要使用卫星遥感技术（激光也属于遥感技术的一种）。尽管当前已经有利用卫星遥感探测大气CO2浓度的技术和应用，例如日本的温室气体观测卫星（GOSAT）、欧洲太空局ENVISAT卫星上搭载的SCIAMACHY等，但当前的CO2遥感监测精度相对CO2地质储存的需求仍存在较大差异。但这类技术无疑是高效、高频率、低成本CO2浓度监测的最佳选择，随着技术进步，遥感技术必将在CO2地质储存环境监测中发挥越来越重要的作用。

天气的观察是什么？

高空气象观测是指借助仪器对自由大气中各高度的气象状况进行观察和测定。观测项目有空气温度、湿度、气压和风等。主要的探测工具有无线电探空仪和测风气球，以及气象飞机、气象火箭和气象卫星等。

中文名

高空气象观测

观测项目

空气温度、湿度、气压

类别

气象观测

探测工具

无线电探空仪

快速

导航

发展历程主要功能我国现状

近地测量

测量近地面层以上大气的物理、化学特性的方法和技术，又称高空观测或高空探测。高空气象观测以测定大气各高度上的温度、湿度、气压、风向、风速为主，其他还有一些特殊项目，如大气成分、臭氧、辐射、大气电等。主要的观测方法有气球探测、气象飞机探测、无线电探空和测风、气象雷达探测、气象火箭探测、气象卫星探测等。

发展历程

自18世纪中叶以来，先后用风筝、载人气球携带仪器进行直接探测高空气象要素的试验（见大气科学发展简史）。19世纪末，法国、德国、美国发明和改进了探空气象仪。

1896年在欧洲组织国际间的探空气球探测试验，是高空气象观测站网的雏型。随着气象气球和光学经纬仪的发展，逐步建立了小球经纬仪测风的方法。

20世纪20～30年代末，在电报、编报、短波无线电技术发展的基础上，先后研制成了无线电探空仪、无线电经纬仪和测风雷达（见高空风观测）等，为建立全球高空观测站网奠定了基础。40年代，发展了气象火箭，探测高度可达100公里以上。

60年代以来,气象卫星和大气遥感技术的发展，促进了全天候和全球性的高空气象探测的发展。大量利用无线电遥测、遥控技术和电子计算机微处理机定量控制，实时处理，是当前各高空观测系统的技术特点。

环境监测方法都有哪些

跟踪天气实况有时像观察风向一样简单，但有时又像发射价值上亿元的卫星那样复杂。气象监测仍依赖一些基础测量的方法——气温、湿度、风和气压的观测。这些在几个世纪以来一直是气象学家工作的一部分，估测这些天气特征还十分复杂，但其变量是一致的。近几十年来这些现场收集的标准观测资料，可以通过大范围的遥感仪器完成。雷达、卫星和其他设备如今可对十几里、几百里乃至上千里以外的气象情况作出报告。

以往，气温用水银温度表或酒精温度表测量，但在17世纪初，最先使用的温度表则是利用空气和酒精。大气变热，液体膨胀，温度表内的液面上升。现在，数字温度计依靠在电路或电阻的电子属性内部变化。大多数气象站每24小时主要根据温度实况的变化，发布最高或最低温度的记录，美国用华氏，其他地区则用摄氏温标。

气象学家用气压表测量大气压力，大气压是地球引力将仪器上方的大气团向下拉动，在每单位面积所形成的力。典型的无液气压表测量直接作用于有一定真空的空管上的压力。现在更先进的气压表叫压电电阻表，它测量由大气作用在矽薄膜上的反作用力的变化。位于海拔1英里（1.6千米）的气象站可承受约85％的海平面大气压。这是由于它上空空气稀薄的原因。为摆脱因这种海拔高度造成的影响，气压表常读作一个海拔高度。这种转化是定一个臆造的但又合理的实际高度同海平面之间的标准大气。

气压曾以水银柱高度（英寸）为单位。对水银气压表而言，由于大气压作用在水银管的周围，液体可在真空管内上升。海平面标准大气压为29.92英寸水银柱高或以米制换算，约为1.013毫巴（如果在经典气压表内加的是水而不是水银，那么该仪器需加长到三层楼那么高）。空气中的湿度用湿度计测定。它是一种利用头发、干羊肠筋或细金属丝根据相对湿度的变化而拉长或收缩的测湿仪。

另一种测湿法是用干湿球温度表，来测量露点温度。风向是主要的气象变量，利用它作为即将到来的天气征兆并将它记录下来。风向的一些记录可追溯到2000多年前，水平方向的风向可用罗盘刻度记录，360°代表北方，90°代表东方，180°代表南方，270°代表西方。用近似十进位制的方法记录或描述风吹来的方向。如东风转东南风或转西北风。

风速常用风速表测定。用一个螺旋桨或类似张开双臂一样的东西，迎着风，安上可计数的旋转球。一只压力风速表精确记录由风的作用，在开口端产生的动力压力。音波风速表利用测量风在吹过两个感应器之间的缝隙所产生的声音来测风。风速以时速“英里”来记录，也可用“节”，即时速自然“英里”的别称，相当于1.15英里/时。米制用千米/时，或米/秒。由于风速每秒都可发生变化，现代的风速计包括一种软件，可在规定时间内测量平均的持续不变的风速以及狂风的威力。用电波声纳和风向剖面监测仪监控高空的风。

把其他用来预测气象变化的因素结合起来，天气现象包括能见度（几英里或几千米内）、云状和云高度以及在天空聚集的比例。以前的风力，一定时间内降雨量。最后还包括降雪厚度和雪中所含的水量。

至少每小时一次，全球气象台站进行地面观测并将观测结果发送到所在国家气象部门。

这些读数大多经加工几分钟内告之公众。这是国际间的合作及国际互联网的功劳。另外，自愿观测者们也控制近万家气象台站，每人每天进行一至两次观测。观测报告连同国际数据奠定气候观测的基础。

在过去几年里许多国家，包括日本和美国，对地面观察网站实行全部或大部分的自动化。这样，观测员只是为了检查和保养这些网站。这些网站配有最新技术水平的电子设备，经常在10～15分钟可传递一次观测结果。

在气象用气球发明之前，人们对大气运动的观测只是与地面有关。19世纪起，用气球作实验获得地面以上的大气运动状况，这些高度上气流对天气的运动和变化起到关键作用。

无线电问世于20世纪20年代，待到无线电探空仪的出现，那些有气象气球的台站改变了人们对高空大气的看法。最典型的就是无线电探空仪通过小型气压表确定气压并测量温度和湿度对电传导性的影响。随着无线电探空仪的上升，它用无线电发回报告，并根据某一地区探空仪的变化测定风速及风向。大约一小时后，一种特制无线电探空仪上升15英里（24千米）以上。气球膨胀最终爆炸。仪器包已完成使命，用一个微型降落伞把它降落到地面。

到了20世纪40年代，每天无线电探空仪传播的信息遍布全球。气象学家们很快就会算出高空急流和其他的特征。现在，全球每天都会发射1000个无线电探空仪，大部分在北半球。

雷达是最佳追踪器，在雷雨天里，可以跟踪风；也可以将雨和雪的区域绘咸地图。第一部雷达在二战期间研制并改进，随后变成民用雷达。雷达发送电磁信号，通常是微波，遇到雨滴、冰雹和雪花时就会返折回来；通过测算信号返回到雷达所需的时间及有多少信号返回来，科学家们可以算出降水区有多远，降水量有多大。

多普勒雷达在20世纪90年代被广泛使用，它利用返回信号的频率估测降水目标移动的速度——估测风吹动它们的速度。

在北美、欧洲和澳大利亚，人们经常收集从云层到地面闪电的资讯。它们用来区分和跟踪风暴以及森林大火的调查，还用在航空和其他领域。美国气象网站约有100组雷达天线网，探测云层到地面的脉冲信号的角度或到达的时间，每年都有两千万次以上这样的冲击。首次从地球到太空的想法改变了人们如何认识自己的家园，引发全球环境改变，也改变了气象学。从火箭拍摄的照片上表明全球云团网比人类预想的还要复杂。科学家们开始想象一种轨道卫星，它可以一直监视地球，到了20世纪60年代中期，科学家们的梦想实现了。卫星将地球拍成照片并在几分钟内发回信息。

基本有两种气象卫星：地面静止卫星即地球静止业务环境卫星，简称GDES；极地轨道卫星即极地控制环境卫星，简称POES。在地面静止轨道上，静止卫星距地面约22，000英里（35，000千米）的赤道上空，其运行速度与地球自转速度同步，几乎昼夜悬在一个地点上。地球余下区域由极地轨道卫星监测，它沿着从北到南一圈一圈地重复运行，每两小时在极地附近经过一次。

电视气象播报的卫星通常是地面静止卫星拍摄的照片，尽管白天也可见到它们，但常用红外线冲洗。从地球表面扩散的红外线可用来估测空气中的水汽。这是因为当红外线的波长达到6.7微米时，水汽极易吸收能量。水汽越多，来自地球的红外线在未到达卫星之前就越多地被吸收掉了。红外线释放也可用来测评部的温度，它与风暴关系十分密切。

微波数据有许多特殊功能，由于微波可以穿透云层而丢失的能量少，例如，贯穿行星的冰和雪的出现是可以被跟踪的，因为结冻的水与陆地和液态的水所散发的微波频率不一样。

卫星寿命仅有几年——这给科学家发射新卫星提供革新的机会。经过过去20年的发展，人类对大气层的了解更广泛了，南极“臭氧空洞”每年的增减均已得到的监控，是根据从同温层到它上方的极地轨道卫星所反射的紫外线照射量而定。美国于1995年发射一种探测器用以监测云内部和从云到地面的闪电，测量结果表明：闪电还不及科学家们所料想的一半。一些卫星甚至携带雷达设备进入太空。这些设备是测量洋面的高度（水温的指数），以及大海的风暴潮（海面风速指南）。

人们常观测天气，但全球性的气象图每天只安排两次，即在世界时0000点和1200点——全球公认的24小时制。无线电探空仪也被发射，全套外表观测全都完成，全球各主要气象台站共同使用这种数据。所绘出的图表明在不同等压面（如在850，700和500毫巴）的风力，也表明来自无线电探空仪记录的温度、湿度和气压高。要详细审查这些数据，因为即使少数错误的观测，一旦进入计算机预测系统，就会造成严重损失。专门设计的软件查找在一般气象图中不相应的观测。类似的作法可以调节数据，使它们适应地图网格。这些格点被用于模式中用以由目前天气推断将来天气的形势。来自无线电探空仪的数据在图表上用标点标注，被称作热力探测。每次探测表明在某一指定地点上空从地面到对流层顶部温度和湿度的追踪调查。挨着探测是表示每个高度的风向和风速的箭头，标记同水平气象图表一样。探测可以用来计算降雨量和湿度及形成暴风雨的能量、雷暴旋转，进而生成龙卷的可能性。

大部分国外制造的卫星用于研究而不是用来预测天气。卫星在大气层不同的高度测量温度以弥补全球无线电探测网的不足。这种情况在海洋和南半球上空很正常，因为那里的无线电探测网太少了。

按专业部门分类，环境监测可分为飞秒检测监测、卫生监测、气象监测和监测等。按污染物存在的介质分类（1）水质污染监测对地表水、地下水和底泥中的物理指标（色度、电导率、温度、悬浮物等）、化学指标（重金属、无机盐类、化学需氧量、生化需氧量、农药、挥发酚等）和生物学指标（细菌总数、大肠杆菌数）等进行监测。（2）大气污染监测对大气中的悬浮颗粒、二氧化硫、一氧化碳、汞等一次污染物和光化学烟雾等二次污染物进行定性和定量测定。（3）土壤污染监测对土壤中的重金属、农药残留量及其它有毒有害物质进行监测。（4）固体废弃物监测对工业有害固体废物和生活垃圾的毒性、易燃性、腐蚀性、重金属等指标进行监测。（5）生物污染监测当生物从环境中摄取营养时，水、空气、土壤中的污染物质随之进入生物体内。植物的监测项目大体与土壤监测项目类似，水生生物的监测项目依水体污染情况而定。（6）噪声污染监测现代工农业生产、交通运输业和生活噪声产生的污染日益严重，噪声污染的监测和噪声控制越来越受到人们的重视。（7）放射性污染监测。

按照监测目的分类（1）例行监测例行监测又称常规监测或监视性监测，是对指定的项目进行长期、连续的监测，以确定环境质量和污染源状况、评价环境标准的实施情况和环境保护工作的进展等，是环境监测部门的日常工作，其工作的质量是环境监测水平的标志。例行监测包括环境质量监测和污染源监督监测。环境质量监测基本上是用各种监测网（如水质监测网、大气监测网等）在设置的测点上长期收集数据，用以评价环境污染的现状、污染程度及变化的趋势，以及环境改善所取得的进展等，从而确定一个区域、国家或全球的环境质量状况。污染源监督监测是为掌握污染源，监视和检测主要污染源在时间和空间的变化所取的定期、定点的常规性监督监测，包括主要生产、生活设施排放的“三废”监测，机动车辆尾气监测，噪声、热、电磁波、放射性污染的监测等。（2）应急性监测应急监测又称特定目的监测，监测的内容和形式很多，除一般地面固定监测外，还有流动监测、低空航测、卫星遥测等。按照其特定的目的，主要指：①污染事故监测：在污染事故发生时进行应急监测，以确定污染物的扩散方向、速度和可能波及的范围，为污染的有效控制提供依据。例如，监测核动力事故发生时放射性物质危害的空间、油船石油溢出污染的范围、工业污染源意外事故造成的影响。②仲裁监测：当发生环境污染事故纠纷或在环境执法过程中发生矛盾时，进行仲裁监测，为执法部门、司法部门提供具有法律效力的数据。仲裁监测只能由国家指定的权威部门进行。例如，目前我国的排污收费中进行的监测，处理污染事故中进行的监测。③考核验证监测：包括人员、实验室的考核，方法的验证和污染治理工程竣工时的验收监测等。④咨询服务监测：为部门、生产部门和科研部门等提供的咨询性监测。如对新建企业进行环境评价时所进行的监测。⑤可再生的监测：如对土壤、植原和森林等自然的监测，监测土壤退化的趋势，热带雨林的变化，牧地的变化等。⑥健康监测：了解污染对人们健康的危害。这是一种非常重要的监测。西方国家多因掌握了这种监测数据和所发生的污染才使得取严格的控制污染的措施。（3）科研监测科研监测又叫研究性监测，是针对特定目的的科学研究所进行的高层次监测。科研监测主要是通过监测找出污染物在环境中的迁移转化规律，研制监测环境标准物质，专项调查监测某环境的原始背景值，或参加某个项目的环境评价等。当收集到的数据表明存在环境问题时，还必须研究确定污染物对人体、生物体等各种受体的危害程度。