大气晴雨表——探测
晴天，风和日丽，碧空如洗；雷雨天，电闪雷鸣，狂风怒吼；阴天，浓云密布，天色阴沉。当你在为这些捉摸不定、扑朔迷离的自然现象而唏嘘感叹时，你可知道，时时刻刻，每分每秒，从地上到天空，从陆地到海洋，从平原到高山，从大湖到荒漠，处处都有一双双警惕的“眼睛”，在密切地关注着大气的变化。其实啊，那些和风细雨的迷人风光，漫天雪飞的壮观场面，还有那雷风电雨的大煞风景，都不过是大气所玩弄的一点点小小把戏而已。
说到这儿，大家会弄不明白：什么是大气呢？为什么要探测大气呢？怎么探测呢？一个个疑问接踵而至。好！现在我们就来一一地回答这些问题。
为何要探测大气
先要澄清一个事实，就是说，我们这儿谈的大气，主要是指地球最底层的大气。具体地说，就是地面以上的约十多公里距离的大气。在赤道地区要厚一些，约有17～18公里；到南北两极要薄一些，约7～9公里；我国大约为10～12公里。这个底层叫对流层。对流层，就是指空气对流运动强烈。大气中的各种物理状态和现象，如风、云、雨、雪、霜、露、虹、晕、雷、电等，都发生在这一层。
那么大气是什么呢？大气是一种无色、无味的混合气体，它在我们周围到处存在。可以说，它就是空气。过去打过一个谜语，叫“看不见、摸不着、离不了”，指的就是它。说大气是混合物，一点也没有错。地球上大气按重量来计算，其中氮占75.5％，氧占23.1％，氩占1.3％，二氧化碳和其他气体占0.01％。不用说，这是指大气的化学组成。从这个组成我们可以了解到，空气中氧约占四分之一，正是因为它，才使我们人类在这个小小的寰球上得以生存，一直繁衍到今天。大气对于我们的生命是多么重要啊！
是的，大气不仅对于地球现存的五十多亿生灵有着至关重要的作用，在我们生命的演化史上，大气还立下过汗马功劳呢。你看，地球上原始生命起初只在太阳辐射达不到的深水中出现，这些生物体后来发展为吸收金属氧化物来维持生命的低等生物。氧介酶出现后，生物转入到浅水中活动，地球原始大气中的二氧化碳溶入水中，生物借此与太阳光进行光合作用，于是出现了绿色植物，氧气开始增多。当含氧量增到约今天的1％时，高空大气的臭氧层出现，它吸收太阳紫外辐射，保护了地球原始生命，于是浮游生物，多细胞生物大量产生。当大气含氧量达到今天的三倍时，恐龙这一爬行动物出现。有人认为，由于恐龙产生的二氧化碳太多，植物来不及放出足够的氧气，最后导致恐龙等爬行动物灭绝。又过了一段时间，适应新气候的哺乳动物出现。约数百万年前，人类产生。看来，没有地球的大气，就不会有人这一高级动物的产生，更不用说今天。看看那荒芜的火星，赤裸的月球，寂静的金星，我们人类是多么幸运啊。
但是，我们今天要探测大气，还不仅仅是由于大气过去和现在给过我们人类某些恩惠，我们还得同形形色色的大气现象打交道呢！进一步说，我们生活在形形色色的大气现象之中，我们能不了解它们吗？你知道，云有的像重重叠叠的山峰，有的像成片成片的瓦块，我们通过探测知道，它们其实是空气在上升运动时，在有凝结核的条件下形成的小水滴、小冰晶。再如风，有时轻风拂面，水波荡漾；有时北风凛冽，寒气刺骨；有时阴风怒号，浊浪排空，我们通过探测知道，其实它是空气的水平运动。我们也知道，雨、雪就是变大后从空中掉下来的水滴、冰晶；雷电其实是积雨云中正、负电荷中心之间，或者云中电荷中心与大地之间的放电现象，等等。因而通过对大气的探测，再经过研究，人们知道了某些天气现象的成因。
特别有意思的是，人们对一些怪现象，如虹、晕、华、宝光也有了新认识。虹是阳光经过雨滴的折射和散射后产生的彩色光带，主要出现在与太阳相反的方向上；晕是太阳光线照射到冰晶上发生折射形成的彩色光环；华也是一种在太阳周围云层上呈现的多色光环，它由太阳光线经过小水滴或冰晶衍射而形成；还有宝光，也是一种光环，它包括观察者的幻影和以幻影头部为中心的光圈。可以说，这些奇异的自然景观无非是大气在某一时期、某一地点的艺术杰作而已。懂得了这个道理，我们就不必把它们看成什么神秘的“鹊桥”、“假太阳”、“佛光”等。我们完全可以相信，这并非是什么妖魔鬼怪在起作用，它们背后的指使者就是大气。明白了这些神奇现象的成因，对于我们破除封建迷信思想、提高科技意识、树立唯物主义世界观，是多么有意义啊。
不仅如此，探测大气的性质，了解它们的活动规律，对于我们把握各种天气现象，进行各种工农业生产，还起一种防患于未然的作用。暴雨如注，洪水如虎，台风挡不住，没有预先的预测，人民的生命财产只会毁于一旦。
然而，暴雨、台风、洪水，还有霜冻、冰雪、大雾等，都不过是大气在特殊条件下演绎的花样而已。如果我们能及时有效地跟踪和预报各种天气形势，就常常有截然不同的结果。如1989年8909号和8923号台风在浙江省登陆，由于预报准确及时，使各级领导和防汛部门事先做好了充分准备，估计减少经济损失6～8亿元。1970年11月12日，孟加拉国大风暴潮造成30万人死亡，后来装备了气象卫星，建立了大风暴警报系统后，1985年遭受同样规模的风暴潮，却只死亡了一万人。
到目前为止，人们不仅对于各种灾害性天气可以监测和预报，部分非气象性自然灾害，如地震，现在通过气象卫星的监测，预报水平也有所提高。
原来，地震前有各种大气异常现象，比如地光、地气、增温、狂风暴雨等，气象卫星通过对这些现象的探测，就可以捕捉到地震的蛛丝马迹。如1989年、1990年、1991年，我国国家地震局利用气象卫星的遥感热红外线数据，成功地进行了大同、阳高、北京、台湾等地的地震预报。我国科学家甚至还发现了1991年5月日本云仙台火山和6月菲律宾比纳图博火山的喷发前兆，很了不得。
当然，科学家们不仅利用大气来探索天气的变化，还能预测未来的气候变化。科学家们通过对地球大气气温的研究发现，目前全球平均地面气温有上升的趋势，大气中的二氧化碳、甲烷等温室气体的浓度在不断增加，这就不得不使地球大气增温。大气增温后会使全球的气候条件发生极大变化，到时候南极冰山融化，海平面上升，干旱面积加大，物种灭绝等等，一系列不容乐观的结果等待着我们。而且，科学家们还发现，南极上空的臭氧层趋于衰减，这会使全球大气臭氧保护层变薄，形成一个巨大的空洞，届时大量的太阳紫外线会对地球生物产生伤害。这就使我们不得不保持高度警惕，及时采取防范措施，以免悲剧发生。
总而言之，通过对大气的探测，我们了解了我们生活的大气环境，弄清了各种天气现象的规律，进而预报各种天气，提高了应付自然灾害的能力。
对大气本身的探测，有利于认识未来气候的变化形势，从而有助于我们采取有力措施，改善我们的生存环境。
观测形态走势
前面说大气探测是如何如何重要，那么到底要探测什么呢？大气现象复杂多变，大气组成多种多样，到底探测什么为好，是头发胡子一把抓吗？不是，这儿有两种观测。
一是常规观测。常规观测主要包括温度、湿度、气压、风力、风向等观测项目。可别看只有这几项基本因素，它们却分别反映了大气的热力状态和运动状态。
气温的高低表明了气体的冷热程度。测量气温的仪器叫温度表。和测量人体体温的体温表一样，它是利用热胀冷缩的原理制成的，如酒精最低温度表和水银最高温度表；也有根据导体、半导体电阻随温度变化原理制成的电阻温度表；或者根据温差不同、电流不同原理制成的温差电偶温度表。另有一些测温元件，如铂电阻、热敏电阻等。
气压是地球大气圈的大气对地球表面和周围大气产生的压强，测量气压的仪器常用水银气压表。
湿度是指大气中所含水汽多少的量，测量湿度的仪器有干湿球湿度表和毛发湿度表。干湿球湿度表实际上由两支温度表组成，其中一支绑有纱布，很显然，是用水分蒸发导致温差变化的原理来反映湿度的。
二是特殊观测。常规观测是每个气象站在每天规定时间，按照一定程序进行对规定内容的观测。特殊观测不同于常规观测，这主要反映在观测内容和观测位置上。一方面，特殊观测要观察目前变化比较大、并可能对未来气候产生很大影响的一些内容，如二氧化碳、甲烷、臭氧、酸雨、气溶胶粒子，这可以称为大气化学观测；另一方面，特殊观测主要把观测范围集中在地面以上一公里内，这叫边界层观测。大家可以猜到，这主要是因为边界层与我们生活生产活动太密切。
特殊观测的历史并不长，我国只有二十多年的经验。由于特殊观测对所涉及的知识、仪器精度、观测条件要求很高，所以难度很大。我国对大气的化学观测有一定的成果，如酸雨曾经在部分省市进行专题观测与研究，一个酸雨观测网已经建成。据悉，我国与美国、澳大利亚等国还展开了一些特殊观测的合作，成果显著。
特殊观测是适应新形势需要而产生的观测，它在未来将变得越来越重要，一些新型的观测项目会增加。因此特殊观测会得到加强，但这并不意味着常规观测就不重要。事实上，我们的天气预报的主要根据仍然来源于常规观测。可以说，将来这两种观测会互为弥补，各分秋色。
处处有警惕的眼睛
夜阑人静时，伴着甜甜的鼻息声，你进入了梦乡；白天，你兴味盎然地走在行人如织的大街上。你可知道，此时此刻，从地上到半空中乃至太空中都有一双双不知“疲倦”的眼睛，警惕地注视着地球大气的一举一动，时刻防备它搞一幕幕“恶作剧”，给地球人类造成伤害。
疏而不漏的地面观测网
地面观测网由各地地面气象站、自动气象站、气象观测塔等组成。
地面气象站
地面气象站有气象观测员连续不断地对天气进行观测。他们用眼睛观测各种气象要素，如云量、能见度、雨量、风向、风速等。一般地说，这只能得到估算的数据参数，经验很重要。此外，他们还用各种仪器设备来测量大气的温度、湿度、气压、风力等。在这里，温度常用摄氏度（℃）表示，湿度常用相对湿度、水汽压或露点湿度来表示。气压计算单位是百帕。风向用方位来表示，风速要在10米高的风杆上测量，其单位是米／秒。地面气象站观测项目很多，雨量、蒸发量、日照量、地温、积雪、太阳辐射等都应包括在里面。要强调的是，地面气象站的观测方法很统一，它们都要参照联合国气象组织和国家气象局制定的《观测规范》。观测的仪器性能、规格和计量单位也要符合国际标准。不用多的解释，大家已经明白，这无非是想保证观测结果的准确性和代表性，以便于比较。
自动气象站
自动气象站就是没有人工操作、完全由仪器自己完成测定地面各气象要素的全自动气象站。它们常常被安置在高山、海洋、沙漠、高原上。由于地球表面面积广大，人力、物力有限，建设地面气象站的数目不可能很多，自动气象站弥补了地面气象站的不足。
自动气象站发展到现在已有三代。第一代研制于20世纪50年代末，当时它只能测量温度、湿度、气压、风力、风向、降水等少数几个要素。20世纪60年代中期，由于半导体元件和脉冲数字电路的普及，第二代自动气象站产生。它的感应元件能观测云高、降水、辐射总量、雷暴等。但是这种气象站不能自动处理观测资料。20世纪70年代后，自动气象站已发展到第三代，电子计算机和卫星通信技术的兴起，使自动气象站自动化程度大为提高。
目前，全世界投入运行的自动气象站有几千台。有一些国家还建立了自动气象站网系统，称之为自动气象遥测系统。这种系统由中心站和野外站组成，中心站控制着野外站，野外站的主要任务是观测，它由铁塔、传感器、电子线路等组成。我国在“七五”期间就研制出了自动气象站，它们分别安装在内蒙古、青海等地，定期通过静止卫星向地面接收站发送各种气象信息，效果良好。
但是，自动气象站并非完美无缺。它需要定期检修，它的观测项目有限，而且其准确性和可靠性赶不上目测，所以，它只能是一种地面气象站的辅助物。未来的气象站或许是两种气象站的有机结合，就像计算机不能完全代替人一样，将来的气象站只会模糊两者的界限。
气象观测塔
气象观测塔是一种特殊的气象观测装置。前面说过，特殊观测不同于常规观测，而气象观测器恰好是为特殊观测而设的。
气象观测塔常常是用来观测大气边界层的有效工具。其实，用于边界层探测的东西很多，如系留气球、低空探测仪、特殊飞机、声雷达、激光雷达、红外和微波探测器等。但它们的观测效果有很大的局限性，主要是间断不连续，而且因为不是直接探测，结果需要核对，所以人们对之并不十分满意，而气象观测塔却有这方面的优势。
用气象观测塔对大气边界层的观测，作为特种观测来看，目的很明确，其了解的是对地表几十米至上千米这一范围大气的温湿度，以及高度分布随时间的变化状况。这种观测能为数值天气预报提供不同高度的准确数据。另外，它对高层建筑设计也给出了一些参考资料，因为不同高度的建筑对风力的考虑不容忽视，能否节省建设资金，又提高质量，是建筑设计的重要问题。
气象观测塔，有专一性质的，如我国1979年在北京北郊建立的高约325米的专用气象塔；也有多用途的，如一些电视塔、广播塔、导航信号发射台，气象观测只是其“业余”任务的一部分。不过，这些塔身都是用钢筋混凝土筑成的，升温快，降温也快，为了避免观测仪器受塔体的影响，一般仪器感应部分都离塔体较远，形成水平伸臂。所以，这些塔从近处看去，像全身长满了长长的刺似的。
数不清的空中观测员
这儿的空中观测员可不是地面气象站的观测人员，它们是在空中进行各种气象探测的工具。从空中对各种大气现象进行探测，改变了过去气象观测的单一形式，呈现出一种立体的效果。
风筝
