南槽東自動(dòng)站能見度傳感器故障的診斷

李子木，李建成

（1.呼中區(qū)氣象局，黑龍江大興安嶺165036；2.閔行區(qū)氣象局，上海201100）

南槽東自動(dòng)站能見度傳感器故障的診斷

李子木1，李建成2

（1.呼中區(qū)氣象局，黑龍江大興安嶺165036；2.閔行區(qū)氣象局，上海201100）

1　引言

南槽東海上自動(dòng)氣象站是上海中心氣象臺(tái)在上海市沿海海面上建立的第一個(gè)自動(dòng)站，站點(diǎn)位于30° 59′50″N，122°06′02″E，距市中心東南偏東約75 km。這是一套從芬蘭VAISALA公司引進(jìn)的Milos301型7要素自動(dòng)氣象站。該站的建成取代了引水船上持續(xù)了四十多年十分艱苦的人工氣象觀測(cè)，擔(dān)當(dāng)了上海市防汛防臺(tái)最前沿氣象觀測(cè)哨的重任。

南槽東自動(dòng)氣象站2004年3月10日建成后，工作狀態(tài)良好，除偶爾因通信問題收不到記錄外，僅在建成后的初期出現(xiàn)過2次能見度傳感器的故障。一次是在自動(dòng)站工作了僅僅17 d后，另一次是在排除故障后不到2個(gè)月，每次都是在出現(xiàn)大風(fēng)后。在隨后的檢修中發(fā)現(xiàn)，能見度傳感器有一個(gè)鏡面被泥漿水嚴(yán)重污濁，造成了能見度記錄缺失。根據(jù)故障現(xiàn)象，初步判斷是受飛沫的影響，本文從“飛沫”和大風(fēng)風(fēng)向頻率2方面進(jìn)行分析，找到了解決問題的方法，對(duì)今后海上自動(dòng)站的建設(shè)有一定的借鑒意義。

2　海上“飛沫”對(duì)傳感器的影響

海上“飛沫”是海洋氣象觀測(cè)中比較常見的一種特有現(xiàn)象，當(dāng)海面上的風(fēng)力＞6級(jí)時(shí)，風(fēng)把破碎的浪花刮離海面，在近海面的空氣中形成如同毛毛雨般的水滴。飛沫的強(qiáng)度和能夠達(dá)到的高度同風(fēng)力的大小相關(guān)，也同海上有無障礙物有關(guān)，觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)船頂著大風(fēng)航行時(shí)，激起的飛沫達(dá)到十幾米的高度南槽東自動(dòng)氣象站是建在海上一個(gè)水文觀測(cè)站的建筑上。這是一座直徑約4 m，距海面高11 m的圓柱型建筑。頂柱的平臺(tái)上還有一個(gè)高約5 m的鋼結(jié)構(gòu)天線塔。站點(diǎn)四周目力所及無障礙物，此處海的深度僅4-5 m，海水呈泥漿狀。在這種地理環(huán)境下，當(dāng)出現(xiàn)≥8級(jí)大風(fēng)時(shí)，飛沫的高度能超越建筑物的頂部。由于能見度傳感器的2個(gè)鏡面上都有楔狀防雨罩，雨水不可能淋到鏡面，因此形成鏡面泥漿狀污濁的最可能的原因是海水飛沫。

3　大風(fēng)風(fēng)向頻率與能見度傳感器安裝方向的關(guān)系

在海上由于氣流受到的摩擦力很小，因此，年大風(fēng)天數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于陸地。了解海上大風(fēng)（≥8級(jí)）的特點(diǎn)，與最多風(fēng)向出現(xiàn)頻率非常重要。南槽東自動(dòng)站臨近的氣象站有：引水船觀測(cè)站（122°22′E，31°16′N）；小洋山氣象站（122°03′E，30°38′N）。引水船位置在南槽東30°方向約35 km處，而小洋山在其240°方向約37 km處。比較而言引水船由于流動(dòng)作業(yè)的特點(diǎn)，及在大風(fēng)情況下進(jìn)港避風(fēng)等因素，資料的穩(wěn)定性不及小洋山。因此選用小洋山氣象站2000-2004年≥8級(jí)的大風(fēng)的資料，分析并統(tǒng)計(jì)出各個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)及其頻率（見表1）。

由表1可知2000-2004年小洋山氣象站記錄的大風(fēng)共出現(xiàn)297 d，年平均大風(fēng)59.4 d（2005年大風(fēng)有63 d），遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于陸地站。

表1　小洋山2000—2004年≥8級(jí)大風(fēng)各風(fēng)向次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表22000　-2004小洋山大風(fēng)各風(fēng)向的次數(shù)和頻率表

由表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)小洋山大風(fēng)各風(fēng)向發(fā)生的規(guī)律是：大風(fēng)的風(fēng)向主要集中在南，北2個(gè)方向上。當(dāng)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)這5 a逐月大風(fēng)各風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)后，更了解到從當(dāng)年9月到次年的3月，大風(fēng)風(fēng)向以偏北為多，4-8月以偏南為主。在45°-120°，和190°-270°2個(gè)方向上大風(fēng)出現(xiàn)的概率很小這樣一個(gè)特點(diǎn)（見表3）。

由于南槽東自動(dòng)氣象站是本市在海上建設(shè)的第一站，缺少在海上建站的經(jīng)驗(yàn)，加上塔頂安裝的空間狹小，有利的安裝位置也已被其他占用，而原來對(duì)能見度傳感器安裝的朝向沒有考慮到大風(fēng)的風(fēng)向?qū)λ挠绊?，安裝在方位角約20°角的墻上，使散射接收鏡面正好處于大風(fēng)最多風(fēng)向的下風(fēng)方，是造成該鏡面2次受到海水飛沫污濁的原因。

表3　小洋山2000-2004年逐月大風(fēng)風(fēng)向出現(xiàn)次數(shù)表

通過對(duì)海上由大風(fēng)引起的飛沫，≥8級(jí)大風(fēng)風(fēng)向頻率的分析，2004年8月2日對(duì)南槽東自動(dòng)站的能見度傳感器安裝方位和位置進(jìn)行了調(diào)整，由原來20°角轉(zhuǎn)到80°角，并由平臺(tái)的邊緣向內(nèi)挪。在采取了以上措施后，能見度傳感器鏡面被海水飛沫污濁的問題得到了根本的解決。

4　結(jié)論

（1）海上由大風(fēng)引起的飛沫現(xiàn)象是海上建設(shè)自動(dòng)氣象站時(shí)必須考慮的因素，飛沫的危害不僅表現(xiàn)為對(duì)傳感器的污濁，而且海水中的鹽分對(duì)傳感器的電子元器件亦有很強(qiáng)的腐蝕作用。研究避免和減輕其危害的方法很有必要。自動(dòng)站不安裝在建筑物的邊緣，避免安裝在大風(fēng)最多風(fēng)向出現(xiàn)的方位上，是避免和減輕海上飛沫影響的有效辦法。

（2）海上大風(fēng)發(fā)生的概率高，每次過程持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)。統(tǒng)計(jì)顯示，從當(dāng)年9月到來年3月大風(fēng)風(fēng)向以偏北為多，4-8月以偏南為主。在45°-120°，和190°-270°2個(gè)方向上大風(fēng)出現(xiàn)的概率很小。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)站安裝時(shí)傳感器安裝的位置應(yīng)該根據(jù)趨利避害的原則，以保證自動(dòng)站能夠可靠的運(yùn)行。

1002-252X（2016）03-0039-01是十分平常的。

2016-6-1

李子木（1988-），男，黑龍江省呼中區(qū)人，綏化學(xué)院，本科生，助理工程師.