自動氣象站在地面氣象要素觀測中的運用

鐘 紫

（嘉應(yīng)學院 地理科學與旅游學院，廣東 梅州 514015）

1 引言

天氣變化與人類的工作、生活息息相關(guān)，影響巨大，對氣象的觀測可以及時了解天氣變化情況，為人類生產(chǎn)、生活提供指引.氣象站是指為取得氣象資料而建成的觀測站，是氣象網(wǎng)的基層單位.氣象觀測是氣象工作的基礎(chǔ)，它對一定范圍內(nèi)的氣象狀況及其變化，進行系統(tǒng)的、連續(xù)的觀測和測定，為天氣預(yù)報、氣象情報、氣候分析和科學研究提供重要依據(jù)[1].根據(jù)氣象觀測項目的不同，氣象觀測可分為地面氣象觀測、高空探測和專業(yè)氣象觀測三類.開展地面氣象觀測實習是高校地理專業(yè)學生非常重要的一項氣象學與氣候?qū)W理論驗證實習，學生通過觀測、記錄、分析、交流、總結(jié)等方式對地面氣象要素：氣溫、濕度、氣壓、降水與蒸發(fā)、風等進行觀測.學生通過地面氣象要素觀測實驗鞏固氣象學與氣候?qū)W專業(yè)理論知識，增強氣象觀測的實踐能力，培養(yǎng)科學探究能力，激發(fā)學習興趣，從而提高地理教學的效果.

隨著科學技術(shù)的不斷進步，氣象觀測技術(shù)也有了新的發(fā)展.根據(jù)氣象觀測所運用的儀器和方法，可將氣象觀測分為人工觀測氣象站和自動觀測氣象站.人工觀測氣象站主要是運用專業(yè)的氣象觀測儀器如氣壓計、溫度計、風速計、虹吸雨量計等被動式感應(yīng)器來測定近地面（主要是離地面1.5米范圍內(nèi)）的各種氣象要素值，如氣溫、濕度、氣壓、降水與蒸發(fā)、風等地面氣象要素的觀測.自動氣象站是運用多種傳感器組成的自動網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)對地面氣象情況進行自動地觀測和存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的設(shè)備，其通過氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、降雨量、紫外線、輻射等傳感器感應(yīng)各項氣象要素的值，再經(jīng)過電纜擴展接口聯(lián)接計算機、打印機、控制器等設(shè)備，從而運行整個自動氣象監(jiān)測、數(shù)據(jù)發(fā)布及存儲、氣象預(yù)報的系統(tǒng).

隨著信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的普遍發(fā)展，自動氣象站已越來越普及.目前我國各級氣象臺站大都使用自動氣象站儀器采集數(shù)據(jù).自動氣象站對地面氣象的觀測比人工觀測所獲取的氣象數(shù)據(jù)更加便捷，氣象要素觀測的代表性、準確性和及時性都有所提高，減輕了測報工作人員的工作量，更好得反映出大氣近地面層的真實狀況.

2 自動氣象站

自動氣象站可以實時探測氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、降雨量、紫外線、輻射等氣象信息，學生可以通過網(wǎng)絡(luò)實時觀測氣象數(shù)據(jù).下面介紹一下自動氣象站的工作原理、硬件基本配置、觀測的主要地面氣象要素和技術(shù)特點.

2.1 工作原理

自動氣象站具有對區(qū)域小氣候的全方位觀測功能.氣象站的基本構(gòu)造包括自動氣象站、氣象站主機、控制臺、專業(yè)氣象數(shù)據(jù)采集軟件組成（如圖1所示）.

圖1 自動氣象站工作示意圖

自動氣象站通過不同的傳感器采集地面氣象要素數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一傳輸?shù)綒庀筇骄繉W習服務(wù)器上，再經(jīng)氣象采集軟件處理各項數(shù)據(jù)，觀測的實時氣溫、氣壓、風向、風速等氣象數(shù)據(jù)通過專業(yè)氣象軟件傳出，并在氣象站主機上直觀顯示各項氣象要素值.不同自動氣象站點所觀測的氣象數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)上傳到學校網(wǎng)站上、供師生實時查尋，及時了解天氣變化情況.

2.2 自動氣象站系統(tǒng)基本配置

自動氣象站的硬件系統(tǒng)基本配置包括：具有液晶顯示漢字與圖形功能的自動氣象站監(jiān)測儀1臺、傳感器（溫度，濕度，風速，風向，氣壓，紫外輻射，雨量，土壤溫度、土壤濕度、二氧化碳）各1臺、氣象觀測支架1套、實時監(jiān)測分析軟件（光盤）1張、數(shù)據(jù)通訊及傳感器連接電纜1套、戶外大屏幕顯示屏可根據(jù)實際需要選配.自動氣象站的一般具備這些基本配置，都能完成各項自動觀測功能.

2.3 觀測的主要地面氣象要素

自動氣象站通過安裝不同的傳感器，可對大氣溫度，環(huán)境濕度，露點溫度，大氣壓力，平均風速風向，瞬時風速風向，紫外照射，降水量，土壤溫度，風力等級監(jiān)測等多種常規(guī)氣象要素進行采集、處理、存儲、顯示并輸出.自動氣象站可觀測的主要地面氣象要素如表1.

表1 自動氣象站觀測的主要地面氣象要素

2.4 自動氣象站技術(shù)特點

不同的自動氣象站因具體配置不同，其功能略有差異，但其主要技術(shù)都具有以下特點：可進行長期的氣象數(shù)據(jù)觀測、測量精度高、通訊方式靈活，數(shù)據(jù)傳輸可靠、數(shù)據(jù)存儲器容量大，大屏幕圖形液晶顯示屏可直觀顯示氣象要素數(shù)據(jù)及圖形，氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)可上傳到學校網(wǎng)站上，方便師生及時查閱，使用方便.

3 使用自動氣象站觀測的注意事項

3.1 學習自動氣象站的工作原理

自動站儀器不同于人工常規(guī)觀測儀器，它主要由傳感器和采集器通過電纜和主控電腦構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，在使用自動氣象站進行觀測之前，觀測人員必須學習和掌握自動站工作原理，了解自動氣象站的結(jié)構(gòu)、儀器布局、電纜走線方式.只有掌握了自動氣象站的工作原理，在使用自動氣象站觀測時，才能夠正確操作各種設(shè)備，確保各項地面氣象要素觀測的順利完成.

3.2 規(guī)范使用儀器

規(guī)范使用自動站的各項儀器是保證自動氣象站穩(wěn)定運行的前提.需要特別注意采集器、變送器的插座對應(yīng)電纜，清楚電源開關(guān)的位置，以及通電、斷電的先后程序.在使用儀器之前必須檢查自動氣象站的各項儀器安裝是否規(guī)范，檢查裝備部門配備的儀器是否齊全，各儀器是否有破損，電纜長度是否達到要求.

自動氣象站儀器安裝有嚴格的規(guī)定，不能帶電接插各種接線端口，不能帶電撤換或安裝傳感器.安裝各類傳感器（雨量傳感器除外）時應(yīng)先關(guān)閉采集器電源，然后再鏈接傳感器的電纜.雨量傳感器由于其特有的電路工作原理，支持熱插拔，在安裝時可以不用關(guān)閉采集器，但應(yīng)注意先把信號線拔下再更換，避免出現(xiàn)人為的降水記錄[2].

3.3 排除儀器故障

為保證自動氣象站觀測的準確度，自動氣象站觀測人員必須能對影響儀器正常運行的各類故障能及時、準確地判斷，并采取正確的應(yīng)急措施，及時排除儀器故障，以保證自動氣象設(shè)備處于正常連續(xù)的運行狀態(tài).如遇采集器不正常時，應(yīng)進行“0”復位處理，并做好數(shù)據(jù)備份，如采集器故障無法進行“0”復位處理時，應(yīng)立刻使用備份采集器；如遇雷暴天氣時，注意及時切斷市電的連接，采用UPS供電，盡量保證業(yè)務(wù)儀器設(shè)備安全和正常運行.如遇短時間不能排除或觀測人員沒有能力排除的儀器設(shè)備故障，工作人員必須按規(guī)定補測，并通知相關(guān)業(yè)務(wù)管理部門，請求技術(shù)支援.另外自動氣象站應(yīng)請專業(yè)的氣象設(shè)備維護人員每半年對全站自動觀測系統(tǒng)設(shè)備進行檢測，對監(jiān)測發(fā)現(xiàn)問題進行解除.

3.4 維護儀器清潔

自動氣象站的各項儀器在使用過程中容易受空氣中的灰塵覆蓋，從而影響觀測數(shù)據(jù)的準確性，因此自動站室內(nèi)外各項儀器必須定期清潔.如清除溫濕度表的外表灰塵，清潔溫濕度感應(yīng)器的頭部保護濾膜，防止灰塵堵塞金屬網(wǎng)孔，清除蒸發(fā)傳感器金屬網(wǎng)上的水垢和贓物，用濕布在30分前擦洗百葉箱，一星期更換一次濕球紗布，擦拭室內(nèi)外計算機、戶外顯示器、自動采集器等設(shè)備以確保自動氣象站觀測的準確度.

3.5 維護自動氣象觀測站場地

自動觀測站的各項感應(yīng)器，各種電纜設(shè)于觀測場的室內(nèi)外，觀測場的環(huán)境變化會直接影響儀器的靈敏性，所以要注意維護自動觀測站場地的環(huán)境.外設(shè)儀器如風杯、風向桿設(shè)于室外高處，容易受飛鳥雕琢損毀，或飛鳥糞便污損，從而導致風傳感器的數(shù)據(jù)不準確，必須及時檢查外設(shè)設(shè)備是否有損毀；觀測場草坪草高對不同深度低溫的感應(yīng)有影響，必須及時修整草坪；地溫場周圍泥土的板結(jié)情況、底下電纜容易受鼠蟻咬損等情況也要及時發(fā)現(xiàn)及時排除.

〔1〕周淑貞．氣象學與氣候?qū)W實習［M］．北京：高等教育出版社，1989．

〔2〕鄭雪梅，等．自動氣象站儀器撤換方法與步驟［J］．安徽農(nóng)學通報，2009（12）：190．