[科普中国]-城市气象监测点

城市气象监测站点的布设

城市气象灾害监测除需要大尺度宏观天气、气候背景外，还要求掌握中小时空尺度的天气、气候变化，对于气象数据提出了更高的要求。但在城市里由于建筑物和树木对气流的阻碍及对辐射交换的影响，人造下垫面的影响和人类活动产生的热量及水汽，使得多数城市气象观测加密站点都达不到世界气象组织(WMO)对站点选择和气象仪器观测规范的要求。1

观测尺度城市范围内的气象观测有三个尺度：

微观尺度典型的城市微气候尺度是按照独立要素的尺寸来设定的，如建筑物、树木、道路、巷道、庭院、花园等，从小于1 m至几百米之间。WMO对开放城市气候站点的设计要求是避免微气候的影响，并对测量高度、单一覆盖层、最小距离的阻碍物和水平阻隔等制定了一系列标准，目的是避免局地微气候对气候特征的影响，但实际观测中要完全避免微气候的影响是相当困难的。

局地尺度指具有相似城市发展类型(如城市覆盖层、建筑物大小和分布等)的相邻地区，包含地形等景观效应，典型尺度从1到几千米。

中尺度中尺度在气象上一股指水平尺度介于几十到几百千米，时间尺度约为几小时至十几小时的天气系统。中尺度灾害性天气因具有局地性、突发性强、生消演变迅速、发展移动快等特点，可对人民生命和财产安全造成巨大损失，如台风、暴雨、龙卷风、雷暴、冰雹等天气系统。通常城市中尺度天气系统影响整个城市，孤立的城市站点不能代表这个尺度的天气气候状况。1

影响布设的因素城市气象灾害监测站点布设首先要考虑城市区域特征对于大气属性的影响，其中最重要的特征是城市结构(建筑物尺度及之间的空间，街道宽度和同隔距离)，城市覆盖类型(建筑物、路面、植被、裸土、水体等)，城市构造(人工建筑和自然物质)以及城市的新陈代谢(物质、能量输人和废热、废水、废气等人类活动造成的污染物)。例如很多城市的中心区域都是高层建筑和密度很高的街道，下垫面大部分是由石头、混凝土、砖块、沥青等质密耐久的物质组成的建筑物和路面，城市里的锅炉、空调、烟囱和汽车释放出大量的热量。这些区域以外往往是密度较小的较低建筑和绿化区域，释放热量很少。对于这两类地区需要分别布点。

在站点布设之前还要明确观测的目的，是为了监测整个城市对环境的最大影响，或是监测更多具有代表性的典型区域，还是为了表征一个指定点的特征。要判断一个站点是否具有典型性，可以作进一步的调查。如空气温度和湿度的空间调查中，把传感器随身携带或安置在自行车或汽车上，对研究区域横截面来回调查，以发现是否存在热量或湿度异常。观测最好在日落以后或日出以前几个小时进行，要求气流相对稳定，天空晴朗无云。这样可以把微气候和局地气候的潜在差异表现得最大。

如果观测的目的是如实反映城市气候的空间结构，就需要布设更多的站点来描述外围区域、稳定层、减弱的节点和强于城市平均气候状况的梯度变化。

传统的气象站点布设标准要求必须建立在开放地点，如公园和游乐场的低矮草地上，这样设置的结果导致站点实际监测的是类似农村的环境，而并不能真正代表城市环境。要确保能够代表所选择的城市气候带的环境状况，可用下垫面建筑物分类的百分比作为一个粗略的指导标准。许多城市站点无法满足保持站点与障碍物之间距离的要求，可将城市站点设置在开放空间的中心，以周围环境因子的比率代表该区域的特征。1

发展趋势及展望当前城市气象灾害监测在从人工、定性观测向自动化遥感遥测和定量观测转变从以地基观测为主向地基、空基、天基相结合的综合观测转变从单一的大气圈观测向城市气象灾害涉及的各个领域及其相互作用的综合观测转变。城市气象灾害观测技术也要综合利用多种新方法、新手段，以实现高准确度、高时空分辨率和连续、动态、自动、一体化定量观测I各种观测数据的融合和处理技术正受到高度重视，从简单提供探测数据向直接提供有高科技附加值的探测产品和信息发展国际1司和部门间合作日益加强，观测资料交换向实时化高度共享发展。

针对城市气象灾害，需要建设密度较高、布局合理和自动化程度高的地面探测与高空探测网，结合以极轨卫星、静止卫星为主的遥感探测系统，实现天基、空基和地基相结合的全天候三维定量探测，建立与各种探测系统相适应的信息传输收集处理系统和技术支持与保障体系，对影响城市的各种灾害性天气系统实施立体、动态、连续的综合监测，以获取丰富的探测数据。1