2016年4月1日

從人工到自動—氣象觀測儀器改良大躍進

作者/宋紹良(國立臺灣大學大氣科學研究所碩士,現為中央氣象局第二組技士, 負責自動觀測站建置、管理、站址勘選等業務。)

氣象觀測是天氣預報及大氣科學研究之基礎。自古以來,天氣與人類活動息息相關,人們很早就試圖了解大氣中各種現象的狀態及變化情形,從每個人自身的感受出發,用眼睛、用身體去感知所處環境的天氣變化,日復一日,人類對於大自然有了更多認識,開始嘗試設計觀測儀器,以求更客觀地使用數字描述各種氣象要素。氣象觀測儀器最早需由人工操作及判讀,量測出當下的狀態後,再手動記錄儀器顯示的讀值,科學家充分運用各種材料特性及物理原理,針對不同氣象要素設計出穩定、耐用、合於標準的儀器。接著,利用機械原理,結合筆尖、自記鐘及自記紙,人們製作出自記儀,可自行記錄氣象要素隨時間的變化,使原本一個一個時間點的觀測資料,變成一段連續的過程,且可觀測每日極端值,人為操作導致的觀測誤差也得以降低。

然而,自記儀仍需要觀測員定時上發條、更換自記紙,20世紀起,各式各樣的電子式觀測儀器陸續發明,經過不斷改良,不僅可減少儀器的反應時間,記錄到氣象要素更細微的變化,也能在完全無人看管的環境長期穩定運作。電子式儀器的運用,使全自動觀測時代來臨,觀測站網密度也得以大量增加。

地面氣象觀測儀器發展
溫度
溫度量測主要採用熱平衡的概念,感應器與受測物體接觸一段時間後達相同溫度,感應器之溫度即為受測物體之溫度,利用感應器材料隨溫度升高或降低,其狀態有相對應變化關係的原理,可製成溫度計。這種對應關係,主要為體積的改變,即溫度改變造成膨脹收縮之情形。氣溫量測最早可回溯至義大利科學家伽利略,他於1592年製造出空氣溫度計,並開始觀測氣溫。空氣溫度計的準確度很低,17至18世紀許多科學家開始改良溫度計,先後製造了酒精溫度計及水銀溫度計,細玻璃管內注入水銀構成的液柱式溫度計至今仍被普遍使用。1940年代以後,開始使用溫度自記儀,主要為兩種金屬片組成的雙金式溫度儀,溫度升降造成兩種金屬因膨脹係數不同,產生彎曲,彎曲程度不同即可帶動自記筆升降。......【更詳細的內容請見科學月刊第556期】

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