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对土壤-动植物-近地气层中表征小气候特点的各种气象要素的观测与记载。农业气象观测的主要内容之一。目的在于通过观测，揭示各种小气候形成过程中的特点及其变化规律，如时空分布、能量收支和输送等，为利用、调节和改善各种类型的小气候特征提供依据。小气候观测按其测定方式可分为定位观测和流动观测、垂直梯度观测和水平分布观测等。
观测内容 一般包括太阳辐射、空气、温度和湿度、降水、风向和风速、二氧化碳浓度、土壤温度和湿度、蒸散量、叶面温度，以及由这些农业气象要素所决定的农业环境的辐射平衡、热量平衡、水分平衡、二氧化碳输送和水汽输送等。具体观测内容根据不同的研究和服务目的确定。
观测手段 除仍用某些常规仪器外，当前多用精度和灵敏度较高的隔测或遥测仪器。为减少观测的时差，观测时应力求读数迅速。观测前应对所用仪器进行检定，以保证观测资料的可靠性。随着电子计算机技术的发展，小气候观测仪器已能做到多要素自动连续采集，数字显示，自动记录贮存，以及打印和数据的自动化处理。
观测时间 小气候观测有较强的针对性，多为季节性的、短期的连续观测。由于小气候变化常受天气变化的影响，观测宜选择在典型天气下进行。具体观测时间应考虑被测要素一天内极值出现的时间。观测次数根据研究目的和需要而定，以能反映日变化为原则，同时考虑与大气候观测时间的一致性，每日4次至24次不等,必要时可采用连续记录方式。对不稳定的农业气象要素的观测，有时还采用多次反复读数求取平均值的办法，以消除观测的时差和偶然因素的影响。
观测地点 由于小气候要素分布有非均一性和变化幅度大等特点，进行观测时常采用多点多层次测定方法，除设主测点、辅助点外，还要设对照点。各测点间的观测应有同步性,以资比较。为保证观测记录的准确性、代表性和比较性，观测地点的选择要能反映所研究的小气候环境;并注意保持其自然状态，尽量减少人为影响。
不同测点之间以及观测点与对照点之间，除计划探讨的小气候环境外，其他自然条件如地理环境、土壤质地、作物种类和生育状况，以及农业措施等也应力求一致，使之具有可比性。在研究小气候与农业生产相互关系时，还要遵循平行观测的原则。
观测高度 一般依研究的目的、小气候要素分布的基本特征和活动面高度等确定。对于农田小气候，代表作物活动面的高度约在植株高度的2/3～1/2高度处。地面以上 5厘米或20厘米处代表气象要素变化剧烈的贴地气层。百叶箱中温度表球部高度 (150厘米)和植株顶部分别代表大气候和植株冠层气象情况。因此上述高度常在被考虑的观测高度之列。此外，根据研究需要，还可增加一些高度。
流动观测 小气候观测也可采取流动方式，即进行考察路线上的不定位观测。测点所在的自然环境和人为条件要详细描述。观测时间与次数应根据需要与可能条件确定，但其中必须有数次观测与邻近气象站气象观测保持同步。为消除考察路线上观测的时间误差，对同一观测项目应在往返时各观测一次，取其平均值作为观测结果。对于生物与非生物的物候现象，特别是指示性很强的物候现象应作仔细的观察与记录。