中國地面氣象觀測業(yè)務(wù)的發(fā)展歷程與展望

王建凱 陳汝龍 侯威 張楠 楊曉武

（1 中國氣象局，北京 100081；2 安徽省氣象局，合肥 230031）

0 引言

在氣象研究領(lǐng)域，氣象觀測是最重要和最基本的工作之一，是實現(xiàn)天氣預(yù)報和氣候分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和驗證的重要標準。中國氣象局根據(jù)地球表面垂直方向的觀測范圍，將觀測業(yè)務(wù)劃分為3個層次：地面層（陸地和海洋表面至10 m高度）、高空層（10 m～30 km）和空間層（大于30 km）。地面氣象觀測業(yè)務(wù)通常是指借助儀器和目力對地面層的氣象狀況及其變化過程進行系統(tǒng)、規(guī)范和連續(xù)觀察和測定以獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的工作。地面層氣象要素存在空間分布不均勻性和隨時間變化的特性，因此地面氣象觀測必須具有代表性、準確性和可比性，這是地面氣象觀測業(yè)務(wù)必須嚴格遵守的準則。地面氣象觀測業(yè)務(wù)在氣象觀測業(yè)務(wù)中處于非常重要的地位，它為氣象精細化預(yù)報提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，其觀測數(shù)據(jù)是天氣預(yù)報、氣象情報、氣候分析、科學(xué)研究和氣象服務(wù)的重要依據(jù)。

氣象事業(yè)服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展，這是推動氣象觀測業(yè)務(wù)發(fā)展的主導(dǎo)因素。中國地面氣象觀測業(yè)務(wù)經(jīng)歷了由創(chuàng)始時期的定性目力觀測到儀器定量測量階段，觀測技術(shù)方法有了很大的發(fā)展，觀測任務(wù)隨需求不斷調(diào)整，觀測站網(wǎng)規(guī)模得到極大拓展。本文將從地面觀測站網(wǎng)和觀測技術(shù)方法兩個表征地面氣象觀測業(yè)務(wù)的重要方面，分別闡述1949—2020年中國地面氣象觀測業(yè)務(wù)發(fā)展歷程，為正確使用長序列觀測資料提供參考，也為觀測業(yè)務(wù)改革發(fā)展提供依據(jù)。

1 地面氣象觀測站網(wǎng)發(fā)展歷程

中國地面氣象觀測站網(wǎng)建設(shè)是在中華人民共和國成立之后開始的（圖1）。1956年，中國氣象局①1949年12月8日—1953年9月7日，稱“中央軍委氣象局”；1953年9月8日—1982年4月23日，稱“中央氣象局”；1982年4月24日—1993年6月13日，稱“國家氣象局”；1993年6月14日至今，稱“中國氣象局”。本文統(tǒng)稱為“中國氣象局”。制定《十二年（1956—1967）氣象事業(yè)發(fā)展計劃建議》，對氣象觀測站網(wǎng)的建設(shè)有了全面統(tǒng)一的規(guī)劃，據(jù)此全國很快建成了具有一定密度的觀測網(wǎng)絡(luò)。迄今為止，中國地面氣象觀測站網(wǎng)已經(jīng)由建國初期不足100個站點，發(fā)展到2020年的全國近7萬個各類地面氣象觀測站。依據(jù)國家在社會發(fā)展的不同階段賦予氣象事業(yè)的服務(wù)要求，中國地面氣象觀測站網(wǎng)發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段，分別為初步建設(shè)階段、快速發(fā)展階段、優(yōu)化完善階段。

圖1 1949—2021年中國國家級地面氣象觀測站數(shù)量的變化（1966—1980年無統(tǒng)計數(shù)據(jù)）Fig.1 The development of national-level surface meteorological observing stations in China from 1949 to 2021 (no statistical data available during 1966-1980)

1.1 初步建設(shè)階段（1949—1965年）

建國初期，中國氣象觀測面臨的主要問題是缺乏業(yè)務(wù)化的觀測站網(wǎng)。新中國氣象事業(yè)是在接收和整編前民國政府遺留在大陸的各類氣象機構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。截止到1949年底，全國共有96個氣象觀測站，不僅觀測站點數(shù)量少、分布不均，而且儀器設(shè)備殘缺陳舊、規(guī)格不統(tǒng)一，也沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。面對種種困難，老一輩氣象工作者立足國情，統(tǒng)籌國防建設(shè)和經(jīng)濟建設(shè)的雙重需求，從重點的點線（機場、航線）布局轉(zhuǎn)變到滿足天氣預(yù)報需求的基本天氣測觀報布局，在全國范圍快速設(shè)立了一批氣象觀測站。

全國范圍地面氣象觀測網(wǎng)構(gòu)建初期，地面天氣觀測站大致是按照平原150 km、山地100 km間距的原則設(shè)置；有9個?。▍^(qū)）站間距小于100 km，浙江、福建、山東、廣東平均站間距75～76 km，遼寧、江蘇（含上海）為87 km，吉林、山西、寧夏為91～95 km，江西、湖南、河南、陜西平均站間距為100 km；11個?。▍^(qū)）平均站間距在100～150 km，河北（含北京、天津）、安徽、湖北、貴州為102～104 km，四川、云南分別為107 km和113 km，黑龍江為120～128 km，青海、內(nèi)蒙古分別為141 km和149 km；新疆、西藏兩自治區(qū)平站間距分別為181 km和274 km。

經(jīng)過“一五”期間的建設(shè)，到1957年底，全國建有1647個氣象臺站，包括637個地面天氣觀測站（現(xiàn)為地面氣象觀測站）。地面天氣觀測站包括16個高山站和13個海島站，其中5個觀測站位于海拔4000 m以上：班戈站（4700 m）、申扎站（4672 m）、那曲站（4507 m）、五道梁站（4612 m）和沱沱河站（4533 m），具備了全球其他國家所沒有的高海拔氣象觀測能力。之后，1957—1965年氣象臺站總數(shù)增加到2383個（含有氣象臺和觀測站），1966—1976年觀測臺站建設(shè)基本停滯[1]。

1.2 快速發(fā)展階段（1978—2000年）

改革開放之后，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各行業(yè)的快速發(fā)展，對天氣預(yù)報、氣象災(zāi)害防御提出了更高需求。立足于當(dāng)時的國家和社會需求，地面氣象觀測不僅需要解決中尺度天氣系統(tǒng)的觀測，而且要建立基準氣候觀測能力。1978—2000年，依托國家和中國氣象局的各類大氣監(jiān)測自動化工程，中國國家級地面氣象觀測站網(wǎng)規(guī)模得到較大幅度提升，并根據(jù)地面氣象觀測站承擔(dān)的觀測和作用劃分了沿用至今的國家基準氣候站、國家基本氣象站和國家一般氣象站三類站，基本形成了每個縣級行政區(qū)一個站的布局。

1978—1980年，全國地面氣象觀測站達到2552個，1985年一度達到2635個臺站，1981—1990年臺站數(shù)量基本維持在2500個左右。20世紀80年代末，中國地面氣象觀測站網(wǎng)的平均站間距總體達到世界氣象組織（WMO）對中緯度平原地區(qū)2類氣象觀測站網(wǎng)的規(guī)定，但由于地形復(fù)雜，地面氣象觀測站分布不均，仍存在“東密西疏，相差懸殊”現(xiàn)象，在山東、河北、江蘇等省，每萬平方千米接近9個觀測站，而在西藏等地區(qū)，每萬平方千米僅有0.3個觀測站，仍存在不少氣象資料的空白區(qū)。

中國氣象局自1987年開始遴選并建設(shè)國家基準氣候站，數(shù)量由1987年的33個逐步增加到1988年的44個、1989年的51個、1990年的72個、1997年的143個。1989年，中國氣象局依據(jù)《地基氣象探測系統(tǒng)發(fā)展方案》調(diào)整中國地面氣象觀測站網(wǎng)布局，基準氣候站為一級，站間距一般為300～400 km，每小時觀測1次；基本氣象站為二級，站間距一般不大于150 km，每天4次、8次觀測并發(fā)報；一般氣象站為三級，站間距一般為50 km，采取每天3次或4次定時觀測；輔助氣象站為4級，觀測要求以氣象服務(wù)為主。截至1991年，全國共有地面氣象觀測站2475個，其中基準氣候站81個，基本氣象站598個，一般氣象站1667個，輔助氣象站129個。1998年中國氣象局將全國地面觀測站網(wǎng)體系劃分為基準氣候站、基本氣象站和一般氣象站三類，原有的輔助站納入一般站，其中基準氣候站143個[1]。

1.3 優(yōu)化完善階段（2000—2020年）

1.3.1 國家級氣象觀測站優(yōu)化調(diào)整

隨著中國社會和經(jīng)濟的快速發(fā)展，天氣業(yè)務(wù)、氣候業(yè)務(wù)和服務(wù)業(yè)務(wù)對國家級觀測站的需求不斷細化，國家級觀測站從規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)樘嵘|(zhì)量和效益。通過對觀測站地理位置、探測環(huán)境、下墊面特征、維護保障能力等方面進行綜合評估，中國氣象局不斷對全國的地面氣象觀測站進行調(diào)整，同時在新疆、西藏等資料稀缺地區(qū)補充建設(shè)觀測站，優(yōu)化站網(wǎng)布局，提高站網(wǎng)質(zhì)量。

2006 年，為實施WMO 全球氣候觀測系統(tǒng)（GCOS）計劃，中國氣象局啟動了錫林浩特、張掖、壽縣、大理、電白試點國家氣候觀象臺建設(shè)；2016年，中國氣象局印發(fā)《國家基準氣候站網(wǎng)布局優(yōu)化調(diào)整方案》，調(diào)減原有143個基準站中23個探測環(huán)境等不符合要求的基準站，升級原有74個基本站、22個一般站，構(gòu)成216個國家基準氣候站。2017年，根據(jù)預(yù)報需求，中國氣象局將國家地面氣象觀測站擴充到近1萬個，截至2020年底總數(shù)達到1.1萬個。2018年，中國氣象局提出按照氣候觀測關(guān)鍵區(qū)布局，開展地球系統(tǒng)多圈層觀測任務(wù)。2019年，中國氣象局在全國16個氣候關(guān)鍵區(qū)遴選24個國家氣候觀象臺，與基準站、基本站共同組成覆蓋中國所有氣候區(qū)的地面基準氣候觀測網(wǎng)，實現(xiàn)覆蓋中國所有氣候區(qū)的地面基準氣候觀測布局。

截至2020年，中國國家級氣象觀測站的構(gòu)成包括：國家大氣本底站7個、國家氣候觀象臺24個、國家級地面氣象觀測站1.1萬個、國家應(yīng)用氣象觀測站1129個、國家綜合氣象觀測科學(xué)試驗基地8個以及國家綜合氣象觀測專項試驗外場（農(nóng)業(yè)氣象試驗站）67個。

1.3.2 省級氣象觀測站快速發(fā)展

20世紀90年代以來，全國各地出現(xiàn)的氣象災(zāi)害所引起的群死群傷事件引起政府的高度重視，區(qū)域氣象災(zāi)害、中小尺度強天氣系統(tǒng)的監(jiān)測需求日益迫切。

1995年開始，北京、深圳、廣東、福建等?。ㄊ校┰诘胤劫Y金支持下啟動了省級（二級）中小尺度基地建設(shè)。1996年，中國氣象局制定《我國地面氣象觀測發(fā)展規(guī)劃（1996—2010年）》，啟動建設(shè)中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測網(wǎng)。1999年2型自動氣象站投入業(yè)務(wù)使用，為氣象觀測站的大范圍建設(shè)提供了條件。部分省份開始利用地方政府資金，建設(shè)省級區(qū)域自動氣象站，并快速發(fā)展，進一步充實了國家地面氣象觀測站網(wǎng)。2002年省級氣象觀測站（區(qū)域自動氣象站）為974個，2003年達2860個，2006年快速增加到16658個。2010年中國氣象局借助山洪災(zāi)害氣象保障工程，大力推動省級觀測站建設(shè)，截至2020年底全國省級氣象觀測站總數(shù)達到6萬個（圖2）。

圖2 2000—2020年省級地面氣象觀測站的數(shù)量變化（2019年新增國家級地面站升級改造完成，納入國家級站統(tǒng)計）Fig.2 The development of provincial surface meteorological observing stations (the surface observation stations that were upgraded into national-level stations in 2019 are categorized as national-level stations)

2 地面氣象觀測任務(wù)調(diào)整和技術(shù)升級

以提高觀測質(zhì)量、業(yè)務(wù)效益為目的，依據(jù)氣象事業(yè)發(fā)展的形勢，中國氣象局持續(xù)開展地面氣象觀測業(yè)務(wù)改革，及時使用新的觀測裝備、科學(xué)調(diào)整觀測任務(wù)。隨著地面氣象觀測自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的人工氣象觀測方式逐漸淡出歷史舞臺，取而代之的是有人值守和無人值守相結(jié)合的地面氣象觀測自動化業(yè)務(wù)。1949年以來，中國地面氣象觀測任務(wù)調(diào)整和技術(shù)升級基本可分為三個階段：人工觀測階段、自動化觀測與人工觀測并行階段、自動化觀測階段（圖3、表1）。

表1 地面氣象觀測使用設(shè)備沿革變動Table 1 Development of surface meteorological instruments

圖3 地面氣象觀測項目觀測方式變動Fig.3 The history of surface meteorological observation elements

2.1 人工觀測階段（1949—2000年）

1951年，全國實施《氣象測報簡要》，初步統(tǒng)一了地面氣象觀測工作，沿用原有的儀器，儀器設(shè)備規(guī)格和標準未能統(tǒng)一。1952年，中國氣象局成立資料室，負責(zé)氣象資料搜集和整理。自1954年起，全國統(tǒng)一執(zhí)行《氣象觀測暫行規(guī)范（地面部分）》（1954年版，以下簡稱1954版）。人工觀測階段的地面氣象觀測規(guī)范先后歷經(jīng)1961年版、1979年版等數(shù)次修訂，觀測項目、觀測時次、采用時制、觀測程序、觀測場環(huán)境要求、儀器規(guī)格、安裝和檢定，表簿的格式、上報和審核等不斷完善和規(guī)范。1961年，中國氣象局地面氣象觀測統(tǒng)一執(zhí)行《地面氣象觀測規(guī)范》（1961年版，以下簡稱1961版）。1979年實施新的《地面氣象觀測規(guī)范》（1979年版，以下簡稱1979版）[2]。

2.1.1 觀測要素

1954版的《地面氣象觀測規(guī)范》[3]將觀測項目統(tǒng)一為能見度、云、各類天氣現(xiàn)象、風(fēng)向、風(fēng)速、空氣的溫度和濕度、氣壓、降水、積雪、蒸發(fā)、日照時數(shù)、地溫與地面狀態(tài)以及其他由中國氣象局規(guī)定的項目。1979版[4]的《地面氣象觀測規(guī)范》將觀測項目劃分為全國統(tǒng)一開展的觀測項目、?。▍^(qū)、市）氣象局指定臺站觀測的項目和按省或地區(qū)或縣氣象局、站自行開展的觀測項目三類。其中，全國統(tǒng)一開展的觀測項目與1954版相比，將淺層地溫、深層地溫、電線積冰等調(diào)整為省（區(qū)、市）氣象局指定臺站觀測的項目，并增加了凍土、雪壓、蒸發(fā)（E-601型）等觀測項目為省（區(qū)、市）氣象局指定臺站觀測的項目；同時，將系統(tǒng)云、指示云、地方性云（1954版均歸為云觀測）和天象（1954版歸為天氣現(xiàn)象觀測）歸為由“按省或地區(qū)或縣氣象局、站自行開展的觀測項目”?！兜孛鏆庀笥^測規(guī)范》1964版[5]較1954版新增了凍土觀測和積雪密度觀測，1980年開始將積雪密度觀測改為雪壓觀測。

2.1.2 觀測時間與時制

《地面氣象觀測規(guī)范》1954版[3]將觀測時間分為定時氣候觀測和繪圖天氣報告觀測，定時氣候觀測是所有臺站均需進行的基本觀測，采用時區(qū)標準時，在當(dāng)?shù)氐胤狡骄枙r01、07、13、19時進行；繪圖天氣報告觀測是臺站根據(jù)職責(zé)范圍開展的觀測，在北京時02、08、14、20時進行，另外根據(jù)需要在北京時04、06、10、12、16、18時進行輔助繪圖天氣報告觀測。1954年1月—1960年6月，全國觀測時制統(tǒng)一采用地方平均太陽時，1960年7月至今，全國觀測時制基本統(tǒng)一采用北京時（日照、日射觀測除外）。《地面氣象觀測規(guī)范》1979版[4]將全國氣象臺站的觀測任務(wù)統(tǒng)一為觀測、發(fā)報和編制報表，國家基本站每天晝夜守班，每天02、08、14、20時4次定時觀測；國家一般站每天3次（08、14、20時）或4次定時觀測，白天守班或晝夜守班，具體任務(wù)由?。▍^(qū)、市）氣象局確定，同時各臺站經(jīng)中國氣象局指定，按規(guī)定時次、種類和有關(guān)電碼，觀測、編發(fā)定時（02、08、14、20時）繪圖天氣報告、補充（05、11、17、23時）定時繪圖天氣報告和其他種類氣象報告。

2.1.3 觀測程序

地面氣象觀測規(guī)范1954版[3]規(guī)定，定時氣候觀測于正點前第42分開始，正點后第10分左右結(jié)束；繪圖天氣報告觀測在正點前第43～第58分，正點前第58分至正點后第5分計算編報。地面氣象觀測規(guī)范1979版[4]規(guī)定，每次定時觀測和補充定時觀測，正點前第30分左右巡視儀器，第45～第60分依次觀測云、能見度、天氣現(xiàn)象、空氣溫度、空氣濕度、降水、風(fēng)、氣壓等，地溫、雪深、雪壓、凍土、蒸發(fā)可安排在正點前第40分至正點后第10分之間進行，其中氣壓要求盡可能接近正點（表2）。

表2 定時觀測采用時制沿革Table 2 The history of time system for observation

2.1.4 觀測儀器

在人工觀測階段，能見度、云、天氣現(xiàn)象、地面狀態(tài)等觀測項目主要采用人工目測，風(fēng)向、風(fēng)速、空氣的溫度和濕度、氣壓、降水、積雪、蒸發(fā)、日照時數(shù)、地溫等觀測項目采用人工器測（表3）。氣壓采用氣壓表（計）觀測?？諝鉁囟群蜐穸炔捎酶蓾袂驕囟缺碛^測，其安裝高度在1954年1月至1957年9月期間為曾規(guī)定為距地2.0 m（之前和現(xiàn)在均為1.5 m）。風(fēng)向風(fēng)速觀測1953年之前采用風(fēng)速器和風(fēng)程表，1954年后開始使用維爾達風(fēng)壓器，1967年國產(chǎn)電接風(fēng)速記替代壓板測風(fēng)器，從人工觀測到儀器自動記錄，觀測由室外轉(zhuǎn)到室內(nèi)記錄。降水量主要采用雨量器進行人工觀測，地面氣象觀測規(guī)范1954版規(guī)定雨量器安裝距地高度為2 m，1961年安裝高度開始變更為0.7 m。1977年翻斗式遙測雨量站（SL1）設(shè)計定型，全國推廣建設(shè)。地溫觀測在1953年前，其安裝深度為0、5、10、20、30、50、100、200、300 cm共9個層次，1954年之后統(tǒng)一為0、5、10、15、20、40、80、160、320 cm共9個層次，并一直沿襲至今。1984年P(guān)C1500微型計算機進行編報，1991年底全部配備，業(yè)務(wù)質(zhì)量明顯提高。

表3 人工觀測氣象儀器技術(shù)性能表Table 3 Specification for manual meteorological observing instruments

2.2 人工觀測與自動化觀測并行階段（2000—2020年）

為了提升觀測工作效率、觀測準確性和精度，中國氣象局自20世紀90年代開始大力研發(fā)自動化觀測裝備，用于替代人工觀測。

從2000年開始，全國率先在青海建設(shè)Ⅱ型自動氣象站；2003年修改《地面氣象觀測規(guī)范》[6]，確定云、能見度和天氣現(xiàn)象等16類觀測項目，同時規(guī)定地面氣象觀測分為人工觀測和自動觀測兩種方式，其中人工觀測又包括人工目測和人工器測，地面氣象觀測進入人工觀測和自動化觀測并行階段，氣溫、空氣濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水等要素同時開展自動氣象站和人工雙軌觀測。2008年，中國氣象局推動地面氣象觀測自動化工作。2009年，新型自動氣象站業(yè)務(wù)列裝，采用新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器可拓展新增的傳感器，升級數(shù)字化傳感器，逐步在業(yè)務(wù)中替代Ⅱ型自動氣象站（表4）。2011年，稱重式降水傳感器、前散式能見度儀先后列裝，逐步在全國臺站推廣建設(shè)，2015年全國完成建設(shè)。2012年4月1日，地面氣象觀測站繼續(xù)保留16類觀測項目，取消已經(jīng)自動化觀測的氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、地溫等人工觀測任務(wù)。2014年，能見度自動化觀測。地面氣象觀測內(nèi)容包括：氣溫、氣壓、相對濕度、風(fēng)向和風(fēng)速、降水、能見度、蒸發(fā)、地面溫度（含草溫）等自動化觀測要素，還包括云、天氣現(xiàn)象、日照、凍土深度、雪深、電線積冰等人工觀測要素。已實現(xiàn)自動化觀測的要素不再開展人工觀測。國家基準氣候站和國家基本氣象站開展定時5次（08、11、14、17、20時）人工觀測，一般站開展定時3次（08、14、20時）人工觀測，夜間不守班。全國保留8個基準站長期開展全要素自動化與人工觀測的對比觀測業(yè)務(wù)，用于不同觀測方式的對比評估。2015降水現(xiàn)象傳感器列裝并進入業(yè)務(wù)。2016年，中國氣象局再次調(diào)整地面氣象觀測業(yè)務(wù)，取消云狀觀測，取消一般站云觀測任務(wù)。2017年自動日照計列裝并進入業(yè)務(wù)。2018年，天氣現(xiàn)象儀進入業(yè)務(wù)。

表4 Ⅱ型和新型自動氣象站技術(shù)指標（2009年啟動推廣建設(shè)）Table 4 Specifciations of AWS-II and next-generation AWS

2.3 完全自動化觀測階段（2020年至今）

根據(jù)氣象事業(yè)發(fā)展的需要，為進一步減輕基層觀測站人員數(shù)量和觀測任務(wù)，補充縣級氣象局預(yù)報服務(wù)人力資源，2018年中國氣象局印發(fā)《全國地面氣象觀測自動化改革方案》，將地面氣象觀測項目優(yōu)化為39項，包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、能見度、地面溫度（含草溫）、淺層地溫、深層地溫、大型蒸發(fā)、日照、輻射、總云量、云高、凍土、毛毛雨、雨、雪、雨夾雪、冰雹、大風(fēng)、露、霜、霧、輕霧、霾、浮塵、揚沙、沙塵暴、結(jié)冰、雷暴等。省局自定觀測項目包括雨凇、霧凇、電線積冰、積雪、雪深、最大冰雹的最大直徑和平均重量7項。取消各級臺站每天的人工定時觀測（國家氣候觀象臺、國家基準氣候站、國家基本氣象站每天08、11、14、17、20時，國家氣象觀測站每天08、14、20時）、人工連續(xù)觀測天氣現(xiàn)象、日常守班、重要天氣報編發(fā)、地面觀測記錄簿記錄、值班日記填寫、人工數(shù)據(jù)質(zhì)量控制（含質(zhì)控疑誤信息反饋）等工作任務(wù)。

2018年11月，黑龍江、安徽、山東、湖南、廣西、青海、新疆7?。▍^(qū)）開展自動化試點運行，2020年4月1日全國所有臺站全面實施自動化業(yè)務(wù)運行（表5、表6）[7]。

表5 地面自動化觀測項目（2020年）Table 5 Automatic observing elements of surface meteorological observation

表6 地面自動氣象觀測儀器技術(shù)性能（2020年）Table 6 Specification for automatic meteorological observing instruments

3 氣象探測環(huán)境保護要求的發(fā)展和完善

3.1 地面氣象觀測規(guī)范中探測環(huán)境保護技術(shù)要求的發(fā)展

地面氣象觀測場是獲取各種地面氣象觀測資料的主要場所，氣象探測環(huán)境直接影響地面氣象資料的代表性、準確性、比較性和連續(xù)性。地面氣象探測環(huán)境保護，是伴隨著地面氣象觀測規(guī)范的誕生而誕生的，并且隨著國家經(jīng)濟社會發(fā)展、氣象事業(yè)進步和地面氣象觀測規(guī)范的修改，地面氣象探測環(huán)境保護的技術(shù)要求經(jīng)歷了不斷調(diào)整細化、標準不斷提高和內(nèi)容不斷修改完善的過程[8]。

地面氣象觀測規(guī)范1954版[3]首次提出了地面氣象觀測記錄的代表性、準確性問題，對觀測場探測環(huán)境保護要求規(guī)定為：一般觀測場四周的障礙物（包括建筑物）與觀測場邊緣的距離，應(yīng)為該障礙物高度的3～10倍，務(wù)使附近障礙物對觀測場的影響減少到最低限度。1961年1月實行的《地面氣象觀測規(guī)范》[5]提出了觀測記錄的代表性、準確性、比較性（即“三性”）問題，規(guī)定觀測場四周的障礙物（包括建筑物）至觀測場邊緣的距離，至少是該障礙物的高度的三倍以上，使附近障礙物對觀測場的影響減少到最低限度。

《地面氣象觀測規(guī)范》1979版[4]對觀測場探測環(huán)境保護要求更為明確和細化，首次將障礙物劃分為孤立和成排兩類，并要求：基本氣象站、一般氣象站觀測場邊緣與四周孤立障礙物的距離，至少是該障礙物高度的三倍以上；距離成排的障礙物，至少是該障礙物高度的十倍以上。同時，擴展了地面水體和高桿作物的要求：觀測場邊緣距離較大水體（水庫、湖泊、河海）的最高水位線，水平距離至少100 m以上，觀測場四周10 m范圍內(nèi)不能種植高桿作物。

《國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)國家氣象局<基準氣候站觀測環(huán)境保護規(guī)定>的通知》（國辦發(fā)〔1985〕87號）中，在基本氣象站、一般氣象站的基礎(chǔ)上增加了基準氣候站的觀測環(huán)境技術(shù)要求，明確規(guī)定基準氣候站周圍的建筑物、樹木和其他遮擋物邊緣與基準氣候站邊緣的距離，必須為遮擋物高度的十倍以遠。同時擴展了對鐵路、公路的要求：基準氣候站周圍的工程設(shè)施邊緣與基準氣候站邊緣的距離，鐵路路基必須為200 m以遠（電氣化鐵路路基為100 m以遠）；公路路基必須為30 m以遠；水庫等大型水體（最高水位時）必須為100 m以遠。同時，首次提出了城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃部門的要求、基準站的遷站審批和新舊站址對比觀測的概念和要求。

1998年1月起執(zhí)行的《各類氣象探測環(huán)境的技術(shù)規(guī)定（試行）》（中氣業(yè)發(fā)〔1997〕43號）規(guī)定，對觀測資料準確性有影響的各種源體與基準氣候站邊緣（圍墻）、基本站觀測場圍欄的距離增加到500 m以遠。對基本站周邊孤立障礙物至觀測場圍欄的距離提高到障礙物高度的8倍，同時規(guī)定基本站、一般站周邊兩孤立障礙物的最近橫向距離不得小于30 m。對一般站觀測場圍欄與鐵路路基必須為200 m以遠（電氣化鐵路路基為100 m以遠），公路路基必須為30 m以遠，水庫等大型水體（最高水位時）必須為50 m以遠，對觀測資料準確性有影響的各種源體與一般氣象站邊緣的距離必須為300 m以遠。

至此，地面氣象觀測場的氣象探測環(huán)境保護技術(shù)要求基本定型，《地面氣象觀測規(guī)范》2003版[6]對地面氣象觀測場的選址給出了原則要求，并要求依法保護探測環(huán)境，但對探測環(huán)境的具體技術(shù)要求不再列出。

3.2 氣象探測環(huán)境保護法律法規(guī)體系的建立健全

氣象探測環(huán)境保護的規(guī)范化管理和法律法規(guī)體系也是隨著國家和氣象事業(yè)的發(fā)展不斷完善。1994年施行的《中華人民共和國氣象條例》明確了氣象設(shè)施和氣象探測環(huán)境應(yīng)當(dāng)受到保護、氣象探測環(huán)境的保護措施和管理辦法應(yīng)當(dāng)由國務(wù)院氣象主管機構(gòu)會同國務(wù)院有關(guān)主管部門制定、氣象臺站的站址及其設(shè)施的安置應(yīng)當(dāng)長期保持穩(wěn)定、氣象臺站或設(shè)施遷移的條件和有關(guān)要求等。2000年1月1日起施行《中華人民共和國氣象法》要求各級人民政府應(yīng)當(dāng)按照法定標準劃定氣象探測環(huán)境的保護范圍，并納入城市規(guī)劃或者村莊和集鎮(zhèn)規(guī)劃，并對新建、擴建、改建建設(shè)工程應(yīng)當(dāng)避免危害氣象探測環(huán)境提出了具體要求。2004年10月，《氣象探測環(huán)境和設(shè)施保護辦法》（中國氣象局令第7號）正式實施，進一步明確了各類氣象觀測站的氣象探測環(huán)境保護要求，同時首次提出了各級氣象主管機構(gòu)應(yīng)當(dāng)將氣象探測環(huán)境和設(shè)施保護的標準報送當(dāng)?shù)厝嗣裾捌溆嘘P(guān)部門備案的要求[9]。2012年12月，《氣象設(shè)施和氣象探測環(huán)境保護條例》正式出臺，明確了各級政府及其部門保護氣象探測環(huán)境和設(shè)施的責(zé)任和義務(wù)，對氣象探測環(huán)境的保護要求做了部分調(diào)整，首次劃定了國家基準氣候站觀測場周邊2000 m、國家基本氣象站觀測場周邊1000 m、國家一般氣象站觀測場周邊800 m為探測環(huán)境保護范圍，該范圍內(nèi)禁止實施不符合相關(guān)保護要求的危害探測環(huán)境的行為。2014年1月，《氣象探測環(huán)境保護規(guī)范 地面氣象觀測站》（GB 31221—2014）開始實施，對地面氣象探測環(huán)境保護的技術(shù)要求和測量方法作了更為細化的規(guī)定。2016年9月，《氣象臺站遷建行政許可管理辦法》（中國氣象局令第30號）正式發(fā)布施行，對各類氣象臺站的遷建行政許可行為作了進一步規(guī)范。

4 發(fā)展展望

觀測業(yè)務(wù)的發(fā)展不僅要適應(yīng)氣象業(yè)務(wù)和研究的需要，而且要積極融入國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的各個方面，在國家社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮效益，服務(wù)公眾生命安全、社會生產(chǎn)發(fā)展、人民生活富裕和國家生態(tài)良好。為此，需要不斷升級完善國家地面氣象觀測站網(wǎng)。

4.1 優(yōu)化完善已有觀測站網(wǎng)

以消除監(jiān)測盲區(qū)為目標，對單個臺站觀測要素的配置進行深入研究，在防汛救災(zāi)形勢較為嚴峻、易發(fā)生降水地質(zhì)災(zāi)害山區(qū)或地區(qū)（重點是青藏高原及邊坡區(qū)域、東南部山地丘陵地區(qū)），以及偏遠鄉(xiāng)村，結(jié)合地方維護保障能力，重點建設(shè)小型化、輕維護自動氣象站，完善省級觀測站布局。在沿海臺風(fēng)登陸區(qū)域、長江和淮河等流域快速匯水區(qū)域、重點城市加密省級氣象觀測站。重點在西北、西南氣候監(jiān)測空白區(qū)，開展無人自動氣候站建設(shè)，考慮融合多種數(shù)據(jù)源的觀測資料，增強氣象臺站網(wǎng)布局的科學(xué)性，完善國家基準氣候站布局?？紤]觀測資料所服務(wù)的對象，特別是對天氣敏感的行業(yè)和部門，發(fā)展面向氣象服務(wù)的氣象站網(wǎng)布局設(shè)計方法和優(yōu)化技術(shù)。圍繞天氣網(wǎng)觀測、氣候系統(tǒng)多圈層、空間氣象以及專業(yè)氣象觀測網(wǎng)等多領(lǐng)域全鏈條開展綜合立體布局設(shè)計，按照一站多用、一網(wǎng)多能、多網(wǎng)融合的理念，采取更新、升級、補充、新建等方式逐步完善現(xiàn)有地面氣象站網(wǎng)。國家氣候觀象臺將立足“一站四平臺”的功能定位，重點發(fā)展和完善氣候系統(tǒng)多圈層觀測能力。面向天氣網(wǎng)和氣候網(wǎng)定位，國家基準站、國家基本站重點進行智能化升級和觀測要素補充。省級觀測站重點面向中小尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測和專業(yè)氣象觀測網(wǎng)定位，發(fā)展智能化、小型化、低功耗、高可靠性的新型氣象觀測裝備并根據(jù)專業(yè)專項服務(wù)需求，拓展應(yīng)用氣象觀測要素。

4.2 拓展社會經(jīng)濟重點領(lǐng)域觀測站網(wǎng)

在京津冀、長江經(jīng)濟帶、長三角、粵港澳大灣區(qū)和海南自由貿(mào)易港等重大戰(zhàn)略核心區(qū)，面向自由貿(mào)易區(qū)建設(shè)、智慧城市規(guī)劃建設(shè)、工業(yè)基地升級改造、智慧社區(qū)升級改造等重點領(lǐng)域需求，利用智慧桿等建設(shè)小微型地面氣象觀測站，形成泛在感知網(wǎng)。在“一帶一路”沿線相關(guān)國家、南北極區(qū)域建設(shè)地面觀測站。作為鄉(xiāng)村公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)組成部分，在鄉(xiāng)村建設(shè)微物聯(lián)氣象觀測站，接入相關(guān)防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)，服務(wù)國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。

4.3 創(chuàng)新觀測技術(shù)

發(fā)展云能天視頻智能識別觀測技術(shù)并開展業(yè)務(wù)升級改造，突破云量、云高、云狀夜間視頻智能識別技術(shù)，實現(xiàn)全天候觀測。發(fā)展地面氣象傳感器核心技術(shù)，實現(xiàn)氣壓傳感器國產(chǎn)化。發(fā)展下一代國家級智能地面氣象觀測站并開展升級換代，實現(xiàn)在線標校、融合質(zhì)控、智能物聯(lián)、健康自我管理等功能，增加要素配置。發(fā)展智能化、小型化、低功耗、高可靠性的新型地面氣象觀測裝備并投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。發(fā)展生態(tài)觀測技術(shù)裝備，組織研發(fā)物候、通量、冰川、輻射、土壤水分等自動觀測裝備，加強試驗測試，加快推廣應(yīng)用。

研制在深遠海、高海拔、極寒、酷熱、臺風(fēng)、強輻射、重污染等極端惡劣環(huán)境下工作的氣象觀測設(shè)備。采用新技術(shù)、新材料、新工藝，通過硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計與主被動防護措施相結(jié)合，增強觀測設(shè)備的抗風(fēng)、抗冰、耐鹽霧等耐候性，提高觀測數(shù)據(jù)的精度和可靠性。

5 結(jié)語

氣象觀測是氣象業(yè)務(wù)、科研和服務(wù)的基礎(chǔ)，能夠幫助人類對自然環(huán)境進行探索，觀察海洋環(huán)境、陸地環(huán)境等相互作用以及自然災(zāi)害問題，地面氣象觀測站網(wǎng)的發(fā)展與天氣預(yù)報、災(zāi)害性天氣預(yù)警、氣候預(yù)測預(yù)估的水平息息相關(guān)，是研究整體預(yù)報系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)以及前提。經(jīng)過70年的發(fā)展，中國地面氣象觀測站網(wǎng)從1949年底的96個氣象觀測站，發(fā)展至2020年擁有7個國家大氣本底站、24個國家氣候觀象臺、212個國家基準氣候站、633個國家基本氣象站、近萬個國家（常規(guī)）氣象觀測站。此外，全國省級氣象觀測站總數(shù)超過6萬個，基本形成了覆蓋全國的地面氣象觀測站網(wǎng)布局[10]。

同時，全國地面氣象觀測實現(xiàn)自動化極大地提升了觀測效率以及觀測的準確性和精度。自2008年中國氣象局推動地面氣象觀測自動化工作以來，經(jīng)過十年的發(fā)展，在2020年4月1日全國所有臺站全面實施自動化業(yè)務(wù)運行，實現(xiàn)了包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水等39項地面氣象觀測項目的自動化運行。

按照中國氣象局關(guān)于增強氣象核心業(yè)務(wù)能力水平要求，未來需要著力提高中國氣象綜合監(jiān)測的精密水平，在對現(xiàn)有站網(wǎng)布局評估的基礎(chǔ)上，針對天氣氣候業(yè)務(wù)和專業(yè)氣象服務(wù)對觀測站網(wǎng)布局和氣象要素觀測精度的不同要求，開展國家氣候觀測網(wǎng)、國家天氣觀測網(wǎng)、區(qū)域氣象觀測網(wǎng)和專業(yè)氣象觀測網(wǎng)的布局設(shè)計研究，繼續(xù)完善站點布局、觀測要素設(shè)置、觀測項目配置等優(yōu)化方案，科學(xué)規(guī)劃和完善中國綜合氣象觀測站網(wǎng)。