气象工作的基础是相关资料，古代早有创造，例如西汉时期，房屋顶部常安装的凤凰造型装置，它实际是一种风向探测工具，借助风力作用使凤凰转动，通过观察其旋转方位来判断气流来源；此外，《史记》中记载过另一种测量装置，该装置将泥土与炭火分置天平两端，依据炭火一端重量的变化来评估空气湿度，干燥天气下炭火较轻，湿润条件下炭火则较重。古代的简易观测方法不容忽视，正是这些气象监测的初步探索，才促成了当代精密测量设备的出现。现在，人工监测正逐渐被自动化监测所替代，常规气象指标已实现自动监测，监测数据能够每分钟获取，并且更加稳固和精准。下面将简要说明常见气象设备及其从人工监测时期到自动化监测时期的转变过程。
一、气温
（一）冰瓶——中国最原始的温度计
在中国人掌握西方人发明的测温工具之前，他们依靠什么方法感知气温变化？根据历史文献记载开yun体育app官网网页登录入口，中国人很早就形成了区分寒冷和温暖程度的标准，比如在先秦那个年代，人们通过观察瓶子里冰的状态来预判天气冷暖。《吕氏春秋》里就提到过，看到瓶里的水结冰，就能知道整个国家将变得多冷。也就是说，往瓶子里倒入液体，倘若液体冻结，表明气温已经跌破了冰点，意味着进入了冬季；倘若液体消融，则代表气温开始转暖。这种瓶子被称作“冰瓶”，有时也叫做“水瓶”，它堪称中国最早出现的测温工具，被看作是当代温度计的早期形态。
（二）人工观测时代
温度数据采集于观测场地百叶箱内，该箱高度距离地面1.5米，装置有温度感应设备，以玻璃材质为主，具体包括干球、湿球及毛发湿度三种类型，干球置于左侧，湿球位于右侧，毛发湿度表居中摆放，箱体两侧还设有专门用于记录极端温度的感应装置，分别是最高温度与最低温度的记录器。由于温度感应设备在百叶箱内享有良好空气流通条件，同时有效阻隔了阳光直射，因此其采集到的数据具有较高的参考价值。
人工观测时代的百叶箱内部仪器
（三）自动观测时代
自动气象站得到普及，外形依旧保持旧貌的百叶箱，内部构造却已更新换代，电子温度计取代了传统的玻璃式测温工具。当前我们采用的铂电阻气温感应器，以PT-100铂电阻为感应核心，其电阻特性会随气温波动而改变。通过检测电阻数值，再经过换算和数据处理，最终能够得到准确的温度读数。一旦温度感应设备与数据采集装置接通，即可即时获取气温信息，并将数据传送至业务管理平台。
自动观测时代的百叶箱内部仪器
铂电阻气温传感器
二、湿度
我们一般所指的空气湿度，是衡量空气中水汽多少和干湿状况的指标，在地面上进行测量时，特指相对湿度，以%RH作为单位。
（一）最原始的湿度仪器
古人借助木炭吸湿的特性，首创了一种测空气湿度的方法，名为“悬羽与炭”。《史记·天官书》记载了一种仪器，将土和炭分置于天平两端，通过观察挂炭一端天平的起落来判断湿度。该仪器可视为早期的湿度测量工具。其运作方式是：当天气干燥时，炭变轻，天平向土端倾斜；而当天气湿润时，炭吸水后变重，天平则向炭端倾斜。也就是古人说的“燥故炭轻，湿故炭重”。
我国率先研制出测定湿度的器具。东汉学者王充在《论衡·变动篇》提及，琴弦松弛预示着降雨。琴弦之所以松弛，是因为空气湿润导致琴弦拉长，这表明当时空气湿度较高。由此可见，古代的弦乐器能充当基础的湿度检测工具。当代毛发湿度计所用的“毛发”，实际上是古代琴弦的缩小版。
（二）人工观测时代
干湿球温度计用于测定大气温度与含水量，它包含两个规格相同的温度计，竖直安装在百叶箱温度计架的环内，球体朝下，东边的干球温度计负责测量气温，西边的湿球温度计球体被一条布条包裹，布条底部浸在一个盖着的容器中，容器口离球体三厘米，容器内装医用蒸馏水，用以保持湿球布条湿润。湿度的测定依据热力学原理，通过干球温度表与湿球温度表的读数差异来推算。然而，干湿球温度表在低温环境下无法正常测量湿度，特别是在零下十摄氏度以下的环境。这时云开·全站体育app登录，在严寒天气中，只能借助中间的毛发湿度表来进行湿度测量。
毛发含湿量表利用去脂头发随大气湿度增减而伸缩的原理，采用人发作为元件来测量空气相对湿度值。湿度记录仪能够自动记录相对湿度不断变化的状况，其构造包含感应单元（经过脱脂处理的头发）、传动装置（杠杆形臂杆）、自动记录系统（记录用的时钟、纸张、书写工具）。
干湿球温度表
毛发湿度表
湿度计
（三）自动观测时代
自动化观测技术不断发展，湿度感应装置取代了湿球温度计，湿度感应装置接入数据采集设备，即可即时获取湿度信息，温湿度感应装置以高分子薄膜电容充当湿度感应电容，环境湿度出现改变，湿度感应电容的介电常数随之改变，导致其电容值也发生改变kaiyun.ccm，电容值的变化量同相对湿度值成正比关系。
温湿度传感器
三、降水
雨水是天空降至地面成的水滴或冰晶，融化后算作水，测量雨水有测量深度和测量密集度的两个方面，雨水深度是指一段时间内积在水上的水量，没有蒸发流失，单位是毫米
（一）最原始的测雨仪器
关于雨量测定的最早记录，出现在南宋数学家秦九韶所写的《数书九章》一书中，完成于1247年。这本书的第二部分是“天时类”，里面包含了四个与计算降雨量相关的内容，具体包括“天池测雨”“圆罂测雨”“峻积验雪”以及“竹器验雪”。“天池测雨”中提及的“天池盆”，其构造形式与现代气象学上应用的雨量筒已十分相似，在测量雨水方面，则运用“平地得雨之数”这一方式来计量，这可算作全球历史上最古老的雨水测算技术，为后续的雨量检测工作提供了基础性的理论支撑。
乾隆时期制造的“测雨台”是现代测量降雨量工具的早期版本，这个装置由黄铜打造，呈圆柱形，高度为一尺五寸，直径为七寸，安放在一个专用的测量平台上，主要功能是收集和测量雨水，平台正面刻有“测雨台”三个醒目的大字，其旁边还标注了“清乾隆庚寅五月造”的铭文。
乾隆测雨台
（二）人工观测时代
测量降水时期，雨具包含集水装置和配套的计量器具，集水装置用于收集降水，由接水容器、储水单元和外壳构成。国内采用直径二十厘米的圆形接水容器，为确保容器顶部的形态和尺寸，材质需具备坚固特性。为避免雨水飞溅，容器口部设计成内平外斜的锋利边缘。计量器具是定制化的带刻度的专用量器，其开口大小和标记划分与集水容器开口尺寸形成相应比例关系。量杯上划分了一百个刻度，每一个刻度代表雨量筒中水层厚度为0.1毫米。测量雨量时，需要将雨量筒里的水倒入量杯，然后通过查看杯身上的标记就能明白当天降下了多少雨水。
自动化监测使工作人员无需在低温环境下开启箱体查看温度信息，也无需处理被积雪掩埋的设备，这样既减轻了观测者的劳动负担，又延长了仪器的使用期限，还确保了测量结果的精确度。
雨量筒及量杯
（三）自动观测时代
自动观测让观测员再也不用在寒冷的天气中打开箱体观测气温数据、维护被积雪覆盖的箱体，降低观测人员工作量的同时，也提高了设备的使用寿命和数据的准确性。
自动监测时期，主要采用倾泻式雨水检测装置，把降水数值转为开关量式的数字信号输出，以便于信息传递、处理、存档和显示等用途。以SL3-1型雨水检测装置为例，该装置主要由集水容器、上层倾斗、计量倾斗、统计倾斗等部件构成。一旦发生降水，雨水会先在集水口聚集，随后进入上层倾斗。雨水积聚到某个程度后，翻斗会向上翻转，水便流入集水漏斗，集水漏斗再经由节流管将水导入计量翻斗，计量翻斗在接收到的降水量达到0.1毫米时，就会将水排入计数翻斗，促使计数翻斗翻转一次，如此一来，每当降水量累积到0.1毫米，采集器便会自动记录这一数值。自动化测量消除了人工测量降水数据时因蒸发导致读数偏差显著以及每日测量频次有限的弊端，并且能够随时进行雨量数据累加运算。
双翻斗雨量传感器
地面气象观测自动化改革正在逐步实施，各类气象观测设备因此焕然一新，从人工测量转变为自动测量，观测人员不再需要在寒冷环境下打开百叶箱读取数据、清理积雪覆盖的箱体，也无需担忧个人观测习惯和误差对数据造成影响，只需保证各类观测设备无故障、网络通畅、业务软件正常运作即可，这样不仅显著减轻了观测人员的工作负担，还提高了地面气象观测的精确度和台站的整体业务水平，自动观测实现了气象要素数据的自动获取、处理和发送，所采集的气象信息具有较高的实用性和可靠性，为气象预报和预警工作提供了精细且可信的数据基础。
