測量天氣的方法：大氣測計－凌宇勁鷹作文簿

觀測各種氣象因子的方法稱大氣測計學，內容包括地面觀測、高空觀測、海洋觀測、
大氣化學觀測、資料檢定分析等等，在不同領域內的氣象因子有其個別觀測方法，以下僅
以氣象因子分類，揀選較重要的觀測法簡述之。

氣壓
　　我們從氣壓計上讀到的氣壓，必須經過儀器校正、溫度校正和重力校正才算是
測站氣壓，如果要以此資料作成天氣圖，還要經過高度校正換成海平面氣壓。一般
氣壓計應放在無空氣擾動、人員走動，溫度變動不大的室內，氣象局的氣壓室是一
只在北面開一小氣窗的暗室。

水銀氣壓計
　　水銀氣壓計在兩百年前就發明了，一直使用到現在。在水銀氣壓計旁附有一溫
度計，其下有方便讀刻度用的反光板，氣壓計外圍以銅管包覆以減低溫度影響，下
方有一旋紐，可調整水銀液面的高度。讀值的正確步驟是：先讀附屬的溫度計（等
下要作溫度校正）以防人體溫度影響，再調整旋紐使象牙針和液面正好接觸，接著
調整游標、讀值，最後調整旋紐使水銀面降至象牙面以下以免腐蝕。水銀氣壓計裝
置時必須要完全的垂直地面，因之水銀氣壓計幾乎都是釘在牆上且不可任意移動的
。
空盒氣壓計
　　水銀氣壓計十分準確，但在使用上有許多限制，並不方便，空盒氣壓計正好可
以彌補這個缺點。空盒氣壓計的原理是使用具彈性且不易鏽蝕的金屬（磷青銅或鈹
青銅）製成空盒，則空盒會因氣壓的改變而發生形變，將彈簧或其它感測裝置（如
通電測電流）裝在其內以讀取刻度，如此即能方便的在任何地點讀出度數，航空器
用的高度表也是空盒氣壓計製成，還可加上放大形變槓桿作成自計式的氣壓計。不
過缺點是要常常校正，否則誤差會很大。

風
　　風的觀查分風速和風向兩個部份，一般較注意水平風，因為垂直風量很小，固
一般忽略，或由高空及地面的氣壓、風向圖推想補償垂值風場。另外，風向總是和
氣壓梯度力垂直。

風向儀
　　平常最容易想到的風向儀就是鐵公雞，不過風向儀還有很多種，主要的構造是
一根槓桿、一個支點、離支點較遠的尾巴和一個平衡重量的指向槌。因為風總是飄
忽不定的，所以風向的單位是十六方位或10度方位角，統計上不取平均而取眾數，
才可看出風向的日變化和年變化。

風速計
　　最常見的風速計是杯式風速計，我們可由它在固定時機間內所旋轉的圈數算出
它的角速度，當杯徑是轉矩的一半時，風速V和轉速的垂直速度分量v有以下的關係
:V～a0+a1v，其中係數隨不同的風速計不同，也正是杯式風速計的設計中一個主要
的問題：如果阻力太小，風速計會因慣性停不下來，阻力太大風吹來根本動不了。
　　另一種可以量微風的風速計長得像沒有翅膀的飛機。風速計可以配合齒輪並加
上自計器。在機場還用風速旗來判斷風速。風速計應放在空曠的地方，如果要放在
屋頂上，必須放在建築高度十倍高的地方才能避開擾流。所得到的風速必須換成在
離地十公尺高度的風速才能作為標準的測站資料。
Vh=V10[0.233+0.656log10(h+4.75)]

其它測風速的儀器
　　風速管的原理是測量風在管口所造成的動壓力大小，飛機前端就有這樣的裝置
。光學測風儀和超音波測風儀都是以波的改變情形去測量這個地方的〞空氣流場〞
。都卜勒雷達利用相位差測出空氣流動的速率，也就是風速。

溫度
　　溫度能夠影響很多物理性質，所以測量溫度的方法有很多種，最常見的就是利
用物體熱膨脹率不同而製成的液體溫度計及雙金屬溫度計，其它比較常用的還有熱
電偶、因熱改變電阻的導體（白金測溫阻體）、對溫度敏感的晶體振蕩器及輻射溫
度計。以下僅介紹較常見、常用的溫度計。
自記溫度計
　　以雙金屬片製成，加上能放大形變的槓桿作成自記式溫度計，缺點也是要常常
校正。

最高＼最低溫度計
　　在百葉箱裡就可以見到它的蹤影。最高溫度計的水銀球和玻管交接的地方很細
，因此溫度上升時水銀可以從水銀球進入玻管，但溫度降低時兩邊同時做收縮的水
銀會從細縫處斷掉，當我們觀察完要把最高溫度計甩一甩，使水銀再度接起來。最
低溫度計用酒精或其它不是水銀的液體製成，它的酒精〞球〞是叉狀的，胾玻管內
有一跟啞鈴狀的東西，當溫度下降時酒精的表面張力會把它往下拖，而溫度上升時
它會停在原處，酒精就由它的週圍流過，觀側完把溫度計傾斜一下，它就會回到管
中酒精的液面。這兩種溫度計通常相伴出現，平行地面，放在百葉箱中。

輻射溫度計
　　以偵測紅外線的方式測量溫度，必須在規定的距離之內測量，這腫溫度計可以
量到六千多度的高溫。

地溫計
　　一般的地溫觀測要量地表下每十公分處的溫度，有時量到一公尺，一般用銅管
先釘在地下，再用鍊子將溫度計掛下去，溫度計的水銀球用白臘包起來，以減低風
流動造成溫度降低，並用金屬保護，以面垂下去時被撞破。另外銅管內要避免水的
進入，因為地溫計都是長期放在地下的，要避免鍊子鏽斷。

濕度
　　濕度的單位有很多，較常用的是相對濕度、蒸氣壓和混合比，不過各種不同的
單位均可以公式互相轉換。

露點溫度計
　　雖然我們常聽到〞相對濕度百分之多少〞株如此類的敘述，但濕度大多是經由
露點溫度差所換算出來的。所謂的露點就是目前濕度在飽和時的溫度，較常看見的
露點溫度計藉揮發丙酮以降低小室的溫度，當小室的金屬板表面出現水滴時，小室
內的溫度就是露點溫度，較嚴謹的儀器還用光學方法抓水滴出現的那一霎那。另外
，還有以電極蒸發水，用測溫電橋測露點溫度的電子式露點溫度計。不過露點溫度
計並不如另一種濕球溫度計方便而常見，濕球溫度是將水氣不外加能量蒸發到飽和
水汽壓時所會下降得到的溫度。雖然理論上露點溫度大於濕球溫度，但是誤差很小
，所以以濕球溫度作為露點溫度了。

乾濕球溫度計
　　名字是溫度計，但乾濕球溫度計是用來測量濕度最常見的儀器，百葉箱裡一定
看得到。乾球溫度計就和我們最常見到溫度計沒有兩樣，但濕球溫度計的水銀球（
或酒精球）就包了一層濕濕的布，以使濕球附近的水氣壓維持飽和。有的濕球溫度
計有一小水壺補充水，就掛在牆腳或百葉箱內，不過得持常記得加水以免乾了。還

有手搖式的乾濕球溫度計，搖30秒後讀值。另一種阿斯曼式溫度計則在乾濕球溫度
計上加裝風扇加速蒸發，便於攜帶。
　　不論乾溼球溫度計或是露點溫度計，都要經由查表才能知到當時的濕度。

電子式濕度計
　　電子式的濕度計大多使用聚乙烯濕度片量濕度，攜帶方便，並可和白金陶瓷溫
度計一起作成一個可以拿在手上的儀器。另外還有氯化鋰濕度片，這和聚乙烯濕度
片一樣是利用隨濕度改變的導電度的物理性質作成的。

降水及蒸發
　由於事關乾旱及洪水，所以蒸發和降水是天氣紀錄裡一項受囑目的記錄，就連我們
的日常生活都會受它的影響。

雨量筒
　　雨量的測量以公釐作單位，也就是單位時間裡所降下的水積起來的高度，最普
通的雨量計就是雨量筒，它是一個有開口的筒子，觀測時直接使用油衫作的尺去量
筒內雨水的高度，另一種雨量筒下面有一傾角45度讀漏斗將水收集到下面的集水瓶
中，由於雨量的單位不帶面積（換句話說，不管筒口多大，在一定時間內所收集到
的雨量應該是一樣的），因此我們要用量筒量出收集水量後，再除以筒口的表面積
，所得才是雨量。另外還有衡重式的雨量筒，可以加上自記器以連續記錄雨量。為
了減低風對雨水收集量的影響，有的雨量筒設有風檔，但是效果最好的還是草坑式
雨量器，將雨量筒放在半徑1.5公尺、深30公分由土推成的坑中央(就是用土堆當作
風檔)；或將雨量筒放在地下，筒口平行地面，週圍以格板漏水，效果也不錯。

傾斗式雨量計
　　顧名思義，傾斗式雨量計是利用一個傾斗，當斗中的水到達一定重量時自然就
會傾倒出來，由傾倒次數即可知雨量。這種雨量計可接自記式計數器，所以用得也
很廣。

蒸發皿
　　蒸發是天氣觀測中比較不太重視的項目，所用的儀器也很簡單：一個像大澡盆
的圓形蒸發皿。雖然大地的蒸發包括生物的蒸散和水面的蒸發，但一般只關心自由
水面的蒸發。蒸發皿的直徑為120公分，高25公分，放置離地10公分處，有時還附
有溫度計，其內有有一穩定井，井上吊一釣勾，觀測前將勾對準水面（將要刺破水
面時），觀測時在將吊勾對準目前水面，讀所附的尺上的移動距離。不過有時後會
下雨，所要要把雨量減掉。有的蒸發皿還有防止動物前來喝水的裝置。

雲
雲的觀察可分雲量和雲高兩部份，雲量的觀測是將全天分為八分，看雲佔了幾
分之幾，一般由目測，也可由全天域魚眼相機的照片中判斷，和蒸發量的估計有關
。衛星的遙照圖是判斷大區域雲系分部的重要工具，在判讀雲圖時，要住意該雲的
反照率（可見光波段）和溫度（紅外光波段），如果反照率高、溫度也高，表為雨
雲；反照率高，溫度低，為冰積雲；反照率低、溫度高，為薄雲護或薄霧；反照率
低、溫度也低，是高空層雲。
雲高的測量方式較準，在機場一般使用雲冪儀。雲冪儀有兩個部份，一個是光
源，另一個是觀測光點的望遠鏡，由光源和望遠鏡間的距離及望遠鏡的仰角，可以
算出雲高，一般可估至三千公尺。探空氣球可以測出飽和水氣層的所在位置，也就
是雲底高度。

輻射
　　輻射量的收支和溫度有重要的關係，輻射儀的原理有熱電效應、輻射熱計轉換
、焦電效應、光導轉換等數種，一般所見者是輻射熱計，它是圓型的，黑白相間的
盤子，為了聚光和保護，有一透明的球型殼覆於其上，一設計可分為直達日射計（
將輻射儀加上赤道儀以對準太陽）、散射日射計（將輻射儀置於能追蹤太陽的環下
，利用環檔去陰影）、反照計（將輻射儀作成雙面，一面對地面，可得地面反照輻
射），另外還有紫外線輻射計，以監測紫外線強度是否太強。除了上述方法外，還
有利用太陽光聚焦後將紙燒黑或燒穿的方法做成的日照計，可紀錄一天的日照時數
；還有另一種約旦日照計，使用感光塗料塗在紙上，放入有兩個小洞的筒中，筒口
對正北極星（將筒身平行於地球自轉軸），陽光會從左右兩個小孔中射入，並在敢
光紙上留下藍線。
附：感光溶劑配法：將赤血鹽16克溶於100克水中為甲液，另將枸櫞酸鐵胺20克溶
於100克水中為乙液，在暗室將甲乙兩液等量混合即成。　　

附：簡論探空氣球及氣象雷達
探空氣球是一般氣象觀測站了解高層大氣狀況最常用的辦法，選擇大小適合的
特殊橡皮氣球，灌至適當大小，綁上RADIOSOUND放上去，可使用經緯儀、雙曲線定
位（LORAN C.....等等系統）或GPS定位，就可以畫出氣球隨氣流飄流的軌跡，藉
以得知高層大氣風向，RADIOSOUND更可以將當地的氣壓、氣溫、溼度傳回來，整份
由地面到高空資料可用以判斷逆溫、高空大氣、大氣穩定度等重要天氣。
　　氣象雷達有連續波式、脈波式、多收式、連頻式、相位碼、多頻式等多種，量
測對象為雲、雨、冰、雪花、雪晶、雪塊、風速、變風及微粒，還有裝載在飛機上
的，可到特殊的空域（如颱風）收集氣象資料。