地面氣象觀測(cè)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(cè)儀器必須滿足以下要求：

    ①儀器性能需長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。②儀器需滿足規(guī)定的時(shí)間響應(yīng)速率（儀器時(shí)間常數(shù)）、測(cè)量范圍、測(cè)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(cè)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(duì)所測(cè)要素響應(yīng)靈敏，而對(duì)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(jià)格便宜，使用（讀數(shù)、維修）簡(jiǎn)便。

雙金屬片溫度計(jì) 是自動(dòng)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(wú)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(lái)測(cè)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(cè)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(guó)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(shí)，球部水銀膨脹，擠過(guò)狹管而上升；溫度下降時(shí)、狹管處的摩擦力阻止水銀柱下降，因此可測(cè)得最高溫度。最低溫度表，一般用酒精作測(cè)溫液，在毛細(xì)管內(nèi)設(shè)一游標(biāo)，溫度下降時(shí)液面的表面張力帶動(dòng)游標(biāo)下降,而溫度上升時(shí),管壁的摩擦力使游標(biāo)停而不動(dòng)，因而可測(cè)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(cè)。 

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(cè)。熱敏電阻的外表必須絕緣，防止在高濕時(shí)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(cè)溫元件制成的溫度表。它的優(yōu)點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生電流的一種現(xiàn)象。溫差電偶溫度表由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，分度便利，常用于梯度觀測(cè)及空氣、土壤和水溫的測(cè)定。目前在日射儀器及小氣候觀測(cè)中也被廣泛應(yīng)用。 

測(cè)量大氣溫度時(shí)，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(shí)，防輻射設(shè)備必須保持良好的通風(fēng)，盡量減小對(duì)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(kāi)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?lái)測(cè)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(cè)量氣壓時(shí)，溫度和重力加速度與上述情況不符，則必須對(duì)由此引起的偏差加以訂正。1810年，法國(guó)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(cè)量水銀柱高度的銅管標(biāo)尺。 水銀氣壓表測(cè)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(cè)定氣壓。其優(yōu)點(diǎn)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(gè)因素使空盒氣壓表的測(cè)量精度低于水銀氣壓表?？蘸袣鈮河?jì)應(yīng)用空盒氣壓表的原理制成，它是一種能自動(dòng)記錄的氣壓表。 

微壓計(jì) 是一種較敏感的氣壓計(jì),它能覺(jué)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(shí)轉(zhuǎn)一周。微壓計(jì)的空盒開(kāi)口，盒內(nèi)空氣始終與外界大氣相通。整個(gè)空盒組裝在一個(gè)可密封的金屬圓筒內(nèi)，觀測(cè)的起始時(shí)刻，打開(kāi)金屬圓筒的截門,使空盒內(nèi)外的氣壓相等,氣壓計(jì)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(shí)刻的氣壓同初始值之差。它是一種研究短時(shí)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(guó)E.F.奧古斯特發(fā)明（1825）。由測(cè)定空氣溫度和濕度的一對(duì)并列裝置的、形狀完全相同的溫度表組成。一支測(cè)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(shí)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(jì)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(cè)量精度。干濕球溫度表不適于低溫（在-10°C以下）測(cè)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(shí)伸長(zhǎng)，干燥時(shí)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(diǎn)是：它們?cè)诘蜐駮r(shí)，時(shí)間常數(shù)太大，元件的穩(wěn)定性也較差。 

露點(diǎn)儀 直接測(cè)定空氣露點(diǎn)溫度(見(jiàn)露)的儀器。在一根銅棒的頂端放置一個(gè)薄的小銅鏡，銅鏡背面有測(cè)量鏡面溫度的元件。銅棒同時(shí)受冷、熱源的控制，使鏡面溫度在露點(diǎn)附近變動(dòng)，當(dāng)鏡面上可觀察到露滴或冰晶時(shí)隱時(shí)現(xiàn)時(shí)，這時(shí)測(cè)溫元件所指示的溫度的平均值即為露點(diǎn)（零下結(jié)冰時(shí)為霜點(diǎn)）溫度。露點(diǎn)儀的原理簡(jiǎn)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(cè)系統(tǒng)。使用時(shí)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(cè)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(shí),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(cè)定氯化鋰的電阻值可確定相對(duì)濕度。其缺陷是溫度系數(shù)大，使用壽命有限。 

薄膜測(cè)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?cè)娙萘康奶匦灾瞥傻谋∧y(cè)濕電容，制作工藝精巧，性能優(yōu)良，已在無(wú)線電探空儀和一些自動(dòng)氣象站上用作測(cè)濕元件。 

  風(fēng)向測(cè)量?jī)x器 風(fēng)向標(biāo)是各種測(cè)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(lái)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(diǎn)式最為簡(jiǎn)單，但一般只能作到每一個(gè)方位(22.5°)有一個(gè)觸點(diǎn)。 精確的方法有自整角機(jī)和光電碼盤。 

風(fēng)速測(cè)量?jī)x器 ①風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)。它是最常見(jiàn)的一種風(fēng)速計(jì)。 轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)最早由英國(guó) J.T.R.魯賓孫發(fā)明(1846)，當(dāng)時(shí)是四杯,后來(lái)改用三杯。三個(gè)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(gè)架子連同風(fēng)杯裝在一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)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(diǎn)、測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)數(shù)器等記錄。②螺旋槳式風(fēng)速計(jì)。它是一組三葉或四葉螺旋槳繞水平軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)速計(jì)。螺旋槳裝在一個(gè)風(fēng)標(biāo)的前部，使其旋轉(zhuǎn)平面始終正對(duì)風(fēng)的來(lái)向，它的轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。③熱線風(fēng)速計(jì)。一根被電流加熱的金屬絲,流動(dòng)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(guò)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(jì)。熱線風(fēng)速計(jì)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(cè)溫元件。直熱式的熱線多為鉑絲，在測(cè)量風(fēng)速的同時(shí)可以直接測(cè)定熱線本身的溫度。熱線風(fēng)速計(jì)在小風(fēng)速時(shí)靈敏度較高，適用于對(duì)小風(fēng)速測(cè)量。它的時(shí)間常數(shù)只有百分之幾秒，是大氣湍流和農(nóng)業(yè)氣象測(cè)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(lái)測(cè)量風(fēng)速分量。聲學(xué)風(fēng)速表至少有兩對(duì)感應(yīng)元件，每對(duì)包括發(fā)聲器和接收器各一個(gè)。使兩個(gè)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(gè)接收器收到聲脈沖的時(shí)間差值將與風(fēng)速分量成正比。如果同時(shí)在水平和鉛直方向各裝上兩對(duì)元件，就可以分別計(jì)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(diǎn)，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(jì) 是一種測(cè)定瞬時(shí)風(fēng)向風(fēng)速并作連續(xù)記錄的儀器,由英國(guó)W.H.達(dá)因所設(shè)計(jì)(1892),故名。其風(fēng)向由風(fēng)向標(biāo)的裝置測(cè)定，風(fēng)速由以下裝置測(cè)定：風(fēng)速的感應(yīng)部分有兩個(gè)開(kāi)口，感應(yīng)風(fēng)的動(dòng)壓力與大氣靜壓力之和的開(kāi)口稱總壓口，基本上只感應(yīng)大氣靜壓力的開(kāi)口稱靜壓口?？倝嚎谖挥陲L(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(dòng)，風(fēng)尾始終處于下風(fēng)方向，因而總壓口就始終對(duì)著氣流的來(lái)向；靜壓口是一組小孔，位于風(fēng)標(biāo)垂直軸的外層套管上。總壓口和靜壓口分別通過(guò)導(dǎo)管和浮筒式微壓計(jì)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(dòng)壓力有關(guān)（圖5）。由于氣流的動(dòng)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(guò)專門的設(shè)計(jì)。

  輻射能的測(cè)量 輻射主要有太陽(yáng)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(jiàn)輻射差額）。常用的測(cè)量?jī)x器有： 

① 絕對(duì)日射表（計(jì)）。它是測(cè)量在太陽(yáng)入射方向垂直平面上的太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度的儀器，測(cè)量精度較高，且儀器常數(shù)可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定。因此可用來(lái)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(guó)的ACR310型和PACRADⅢ型，比利時(shí)的CROM型，以及瑞士的PMO2型四種絕對(duì)日射計(jì)，作為日射計(jì)標(biāo)尺的標(biāo)準(zhǔn)。這幾種類型日射計(jì)的工作原理相似，以美國(guó)的PACRADⅢ型絕對(duì)日射計(jì)為例：接受太陽(yáng)輻射的主要部分是吸收系數(shù)十分接近于1.0000的探測(cè)黑體空腔的錐角部分，在探測(cè)腔體后面的補(bǔ)償空腔，以人工加熱法保持和探測(cè)空腔具有相同的溫度，使探測(cè)腔體的熱量完全不向后傳遞。測(cè)量空腔和熱匯的溫差就可以測(cè)得太陽(yáng)輻射強(qiáng)度。這類儀器的測(cè)量精度較高，誤差低于1％。 

② 直接日射表。它是用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度的儀器。該儀器的遮光套筒前的開(kāi)口對(duì)感應(yīng)面的視角為10度。接受太陽(yáng)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(dòng)勢(shì)正比于太陽(yáng)輻射。比例系數(shù)可與絕對(duì)日射計(jì)對(duì)比確定。 

③ 天空輻射表。它是測(cè)定水平面上的太陽(yáng)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(dòng)勢(shì)。感應(yīng)面上有一個(gè)半球形防風(fēng)保護(hù)玻璃罩。儀器前上方可伸出一塊對(duì)感應(yīng)平面視角為10度的遮光板。支起遮光板遮去陽(yáng)光，儀器只能測(cè)到天空散射輻射；除去遮光板則能測(cè)到水平面上太陽(yáng)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(cè)到地面對(duì)太陽(yáng)輻射和散射輻射的反射輻射。

④ 凈輻射儀。它是用來(lái)測(cè)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(xiàng),向下的吸收地表面輻射支出項(xiàng)。兩塊感應(yīng)面由絕熱材料隔開(kāi)，由熱電堆測(cè)量它們的溫差，凈輻射強(qiáng)度正比于溫差電動(dòng)勢(shì)。 

  ①聚焦式日照計(jì)。它是利用太陽(yáng)光經(jīng)玻璃球聚焦后燒灼日照紙留下的焦痕來(lái)記錄日照時(shí)數(shù)的儀器。暗筒式日照計(jì)制造較簡(jiǎn)單，記錄誤差小，是臺(tái)站常用的儀器。

   ②暗筒式日照計(jì)。儀器上有一小孔,陽(yáng)光透過(guò)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(jì)算出日照的時(shí)數(shù)。

雨量器 測(cè)量在某一段時(shí)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(jiān)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(chǔ)水瓶。降雪季節(jié)取出儲(chǔ)水瓶，換上不帶漏斗的筒口，雪花可直接儲(chǔ)入雨量筒底。 

雨量計(jì) 可連續(xù)測(cè)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(jì)（圖9）。當(dāng)雨水經(jīng)漏斗進(jìn)入測(cè)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(shí)，在短時(shí)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(kāi)始記錄。浮筒上所帶自記筆尖可在鐘筒上畫(huà)出降雨量隨時(shí)間累積的過(guò)程。 ② 翻斗式雨量計(jì)。其測(cè)量器是兩個(gè)三角形的翻斗，每次只有其中的一個(gè)翻斗正對(duì)漏斗口。 當(dāng)翻斗盛滿0.2毫米降水時(shí)，由于重心外移而翻倒，將盛水倒出，同時(shí)使第二個(gè)翻斗移到漏斗口下，由翻斗交替次數(shù)和時(shí)間的記錄可得降水資料。翻斗式雨量計(jì)可用于自動(dòng)氣象站。 

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

① 透射型。包括一個(gè)光發(fā)射源，以及幾個(gè)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(lái)計(jì)算大氣透明度和能見(jiàn)度。也可將光發(fā)射源和一個(gè)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(cè)量來(lái)自不同反射靶的光源亮度，由此求得大氣能見(jiàn)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(guò)測(cè)量相對(duì)于光發(fā)射器光軸的不同方向上的散射光強(qiáng)來(lái)計(jì)算能見(jiàn)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。