Fall, 2006
第一章 绪
天气学(synoptic meteorology)乃分析和研究综观天气资讯(synoptic weather information;即综观图,综观天气观测等)之学科.在此, ＂synoptic″虽表示＂综 观″之意,但亦特指针对＂同一时刻″大范围气象要素 (meteorological element, 如气温,风,…) 观测资进整合分析与归纳,以了解该时刻之大气况,进而 预估(测)未的变化情形. 大而言,天气学可分成运动学,热学和动学等三部份.运动学分析主 要在瞄述天气现象或天气系统演变过程(现象学) ,而应用热学和动学之目 的,则在了解天气现象发生之原因或导致天气系统演变之物过程. 由於天气分析乃建基於气象观测资,本章将简要介绍全球天气观测和一些 与天气分析关系密的气象观测.此外,并将复习一些基本观和重要的公式. 1.1 全球天气监测 (World Weather Watch) 现阶段的天气分析和预报系统,仰赖全球的即时天气资讯与各区域的气象资 整合.世界气象组织(World Meteorological Organization,WMO)协调各会员国的 气象观测时间和方式,订定测方式的准则与规范测仪器的标准;并透过使用 通用的传输程序和格式,分享观测据与观测过程中的资讯,此即为全球天气监 测(World Weather Watch,WWW).WWW 包含有全球观测系统(GOS) ,全球 传递系统(GTS)及全球资处系统(GDPS) . (1) 全球观测系统 (Global Observing System, GOS): 全球观测系统包括各会员国所拥有之各式观测平台(地,海洋或外太空) 的观测设备,以取得全球大气或洋面的即时态;包括有: - 地面为基地的子系统 (surface-based) -- 地面气象观测站,高空气象观测站,铁 塔,达站,船舶,浮标,飞机,气球,火箭观测等. - 天空为基地的子系统 (space-based) -- 绕极卫星 (near-polar-orbiting satellite), 同步卫星 (geostationary satellite).
(a) 地面气象观测
一般地面气象观测站进每日性观测,主要观测项目有现在天气,过去 天气,风向,风速,云,云,云底高,能,气压(含变及趋势) ,气 温(含极端温) ,湿,水(含水强) ,地面态,蒸发,全天空 射,日照时及特殊天气现象等;部份测站还有地表及同深之土壤温的 观测.WMO 全球观测系统所属的地面观测站大约有 10,000 个测站,每三小时甚 至每小时观测一次.目前中央气象局於台湾各地共有二十五个传统气象站,并分 为二,三及四等气象站;且设有相当多的自动气象站和自动雨站.
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- 台及花属二等站,需执高空观测及全天二十四小时的地面观测. - 基,新竹,台中,梧栖,嘉义,高雄,澎湖,恒春,台东,门,马祖苏澳, 宜等十三站属三等站,执全天二十四小时的地面观测. - 彭佳屿,鞍部,竹子湖,日月潭,玉山,阿山,东吉岛,大武,成功, 屿等十站属四等站,仅执每日五时至二十一时之地面观测.
(b) 高空气象观测
高空测站用自动高空气象探测系统(如 GPSSonde,Radiosonde) ,透过无线 电及 GPS 卫星定位技术,自动记从地面到 30 公高大气的观测结果;观测项目 包含气压,气温,湿,风向及风速等.WMO 全球观测系统大概有 900 多个高空 测站;其中三分之二每天 0000 UTC 和 1200 UTC 观测一次;大约有 100 到 200 个 测站每天仅观测一次,其它大约有 100 个测站依需求时性加入观测网. (c) 船舶,浮标观测 (Buoy) 海洋上的观测资非常少,除气象卫星之外,只能仰赖船舶,浮标以及海 上固定平台的观测;主要的观测项目有洋面温,海平面气压,高与周期等. 在 WMO 自愿观测船招募计画下,有少的船只加入海洋观测的;在 1997 特殊漂浮标观测计画中,大约有 700 多个漂浮标,每天提供 3,500 笔洋面温 与洋面气压的报告. (d) 飞机观测 每天有超过 3000 架次的飞机,在飞中报告气压,风速和温(估计每天约 有五万笔) ;可改善缺乏无线电探空资地区的气象资讯.此外,飞机观测也常於 实验计画中搜集较密集之资,尤其是对系统,如 TAMEX 之 P-3 飞机观测. 的飞机观测主要用於台风之定位和强观测方面;在大西洋,美国 NOAA 均 派 P-3 飞机观测飓风,另外密西西比之美军亦用飞机(C-130) ,进飓风侦察观 测.以前关岛(现移至夏威夷)美军合台风警告中心(JTWC)亦有台风飞机观 测;但自 1987 九月,因经济因素而终止.目前国内则用飞机 Dropsonde 和 Aerosonde 进台风观测. (e) 气象卫星 卫星系用地球的万有引做为卫星旋绕的向心,从外太空遥测地球,执 全球天气监测的观测任务.目前有种气象卫星系统(图 1-1) ,分别为绕极轨 道卫星与地球同步卫星.绕极轨道卫星(near-polar-orbiting satellite)又叫太阳同步卫 星,它的轨道通过地球极附近,轨道面和阳光方向成一固定角,它每次上 (或南下)通过赤道时,都在同样的当地太阳时;绕极轨道卫星之高大约在 650 公到 1,500 公之间,绕地球一周需时 90 到 120 分钟.另一种为地球同步卫星 (geostationary satellite),位於赤道上空 36,000 公处,如日本 MetSAT 位於东经 140°之赤道上空,美国 GOES West 卫星位於 135°E 之赤道上空,而大的风云 2 号则位於 105°E.

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