遼寧省海洋移動氣象觀測站的維修與維護

邢 鈞 ，劉振宏 ，王若男 ，馬 林 ，郭宗凱 ，王 一 ，郭 海

（1.丹東市氣象局，遼寧丹東118000；2.遼寧省裝備保障中心，遼寧沈陽110000）

為了確保海洋作業(yè)的安全及在可能的條件下提高海洋作業(yè)的效率并減少費用開支，世界氣象組織（WMO）規(guī)定了海洋氣象預報業(yè)務是向海上或岸上的用戶提供其所需的海洋氣象和海洋水文情報。海洋氣象預報業(yè)務主要包括，強對流天氣和海洋氣象要素監(jiān)測，海區(qū)、航線、港口、碼頭未來72小時、24小時間隔的強對流、天氣現(xiàn)象、風向、風力、能見度預報，海上強對流天氣和海上大風、海霧等海洋氣象災害預警業(yè)務。海洋觀測資料庫作為海洋預報的基礎包括常規(guī)觀測資料、風浪資料、船舶觀測資料、衛(wèi)星云圖、雷達拼圖、浮標資料及海溫資料等。目前、船舶、浮標自動氣象觀測建設項目是國家氣象局為環(huán)渤海藍色區(qū)域經(jīng)濟建設保駕護航，提高對環(huán)渤海地區(qū)的氣象服務質(zhì)量而投資建設的重要內(nèi)容[1]。船舶、浮標自動氣象觀測站中的氣象觀測數(shù)據(jù)對提高周邊區(qū)域氣象服務質(zhì)量占有極其重要的作用，在惡劣天氣條件下獲取的氣象數(shù)據(jù)尤為重要，為本地防災減災工作提供了科學的數(shù)據(jù)支撐。同時，也為海洋氣候研究積累了可靠的原始觀測資料。

遼寧省為規(guī)范全省海洋氣象預報業(yè)務，提高海洋氣象預報準確率和防災減災服務效益，根據(jù)中國氣象局《海洋氣象預報業(yè)務規(guī)定》（中氣函〔2010〕262號）結(jié)合本省實際需求，制定了《遼寧省海洋氣象預報業(yè)務規(guī)定》。規(guī)定中明確了遼寧省海洋氣象預報業(yè)務是由遼寧省海洋氣象臺和大連、丹東、錦州、營口、盤錦、葫蘆島市海洋氣象臺以及沿海地區(qū)各縣氣象局聯(lián)合組織開展。秉承“以人為本、無微不至、無所不在”的服務理念，將全面監(jiān)測預報本省海域海上強對流天氣和海上大風、海霧等海洋氣象災害為重點工作，加強推進海洋觀測資料和預報信息的互通共享、交流合作，共同促進海洋氣象預報業(yè)務的發(fā)展。因此，設計出一套符合本地海洋觀測系統(tǒng)需要的維修維護指南尤為重要。

1 國內(nèi)外研究進展

1.1 國外研究進展

20世紀70年代，美國有專職的研究機構(gòu)MMAB和MDL發(fā)展專業(yè)化的海洋氣象數(shù)值預報[2]，逐步將模式產(chǎn)品轉(zhuǎn)化到實際應用到業(yè)務中，經(jīng)過長期的業(yè)務應用評估與檢驗，不斷反饋給研究機構(gòu)對模式加以改進，形成研發(fā)→業(yè)務轉(zhuǎn)化應用→再研發(fā)的循環(huán)機制[3]。1990年，借助模式和資料同化的理論設計大氣與海洋觀測系統(tǒng)已取得了一定進展[4]。2007年，佘軍等人利用高分辨率模式及資料同化方法來評估羅的海和北海的海表溫度觀測網(wǎng)[5]。

1.2 國內(nèi)研究進展

近些年，我國海洋氣象防災減災預警監(jiān)測網(wǎng)建設不斷加強。渤海是我國海洋災害和海上事故的高發(fā)區(qū)域，遼寧西部地區(qū)渤海沿岸為狹長的海濱平原，稱“遼西走廊”，隨著沿海經(jīng)濟帶的快速發(fā)展，轄區(qū)超過10海里至200海里以內(nèi)甚至更遠的海上航行作業(yè)氣象服務、防災減災的需求日益提升，需要更為有力的海洋氣象觀測能力。為提升遼寧沿海經(jīng)濟帶海洋氣象災害監(jiān)測能力，實時觀測溫度、濕度、風速、風向、氣壓、雨量等氣象要素，提供區(qū)域內(nèi)高時空分辨率的中小尺度災害性天氣、局部環(huán)境和區(qū)域氣候等觀測數(shù)據(jù)，在遼寧沿海地區(qū)進行綜合觀測系統(tǒng)建設。船舶氣象觀測是遼寧省海洋氣象預報和海事救援安全的重要數(shù)據(jù)支持。2013年遼寧省沿海地區(qū)建設58個能見度監(jiān)測站，承擔實時觀測業(yè)務，提供區(qū)域內(nèi)高時空分辨率的中小尺度災害性天氣、局部環(huán)境和區(qū)域氣候等觀測數(shù)據(jù)和近海地區(qū)大霧分布信息。獲取沿海地區(qū)的能見度、風向、風速、氣溫、雨量、氣壓等要素資料，彌補觀測資料的不足，提高沿海地區(qū)的實況監(jiān)測能力和預報、預警的精細化水平。同時，能見度監(jiān)測站能夠用于提供近海地區(qū)大霧分布信息，以降低能見度過低而造成事故帶來的損失。具體建設內(nèi)容中包括在固定航線的客（貨）船上建設9個海洋移動氣象觀測站，獲取氣溫、風向、風速、能見度等4要素觀測數(shù)據(jù)，監(jiān)測海上發(fā)生的大風、大霧等災害性天氣，為研究其開始、發(fā)展、消亡的物理機制及預報預警服務工作提供基礎資料，為滿足海洋應急氣象服務、重要航線氣象服務保障工作提供依據(jù)，詳見圖1。

圖1 遼寧沿海經(jīng)濟帶綜合觀測系統(tǒng)分布圖

2 遼寧海洋移動氣象觀測站簡介

2.1 海洋移動氣象觀測站

海洋移動氣象觀測站系統(tǒng)構(gòu)建主要由硬件、軟件、外圍設備三部分組成，其中硬件包括采集器硬件和傳感器等，軟件包括采集器軟件、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)軟件，外圍設備包括通訊模塊、電源系統(tǒng)等。海洋移動氣象觀測站系統(tǒng)可實現(xiàn)在海上實時觀測，具體觀測要素包括風向、風速、氣溫和相對濕度。氣象要素采集數(shù)據(jù)通過傳感器轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字信號，再經(jīng)由采集器將各傳感器提供的信號收集、處理、編碼后經(jīng)通信模塊發(fā)送到海洋移動氣象站的中心站，中心站主要功能為完成接收、解碼、處理后匯入數(shù)據(jù)庫，提升海上氣象災害監(jiān)測、預報、預警能力[7]。

2.2 海洋移動氣象觀測站的性能指標

2.2.1 能見度 測量1分鐘，10分鐘的平均能見度。

測量范圍：10米～30千米；

分辨率：1米；

最大允許誤差：±10%（≤1.5千米）；±20%（＞1.5千米）

2.2.2 風向 測量3秒鐘，1分鐘，2分鐘，10分鐘平均風向。

測量范圍：0°～360°；

起動風速：1.0米/秒；

分辨率：3°；

準確度：±5°；

2.2.3 風速 測量3秒鐘，10分鐘滑動平均風速。1分鐘，2分鐘平均風速。

測量范圍：0米/秒～90米/秒；

起動風速：1.0米/秒；

分辨率：0.1米/秒；

準確度：±10%；

2.2.4 氣溫 測量1分鐘平均氣溫。

測量范圍：－25℃～＋50℃；

分辨率：0.1℃；

準確度：±0.2℃。

2.2.5 供電 采用太陽能供電方式，太陽能蓄電池的容量能保證當?shù)剡B續(xù)陰雨天自動氣象站正常工作。

2.2.6 觀測數(shù)據(jù)傳送 通過北斗衛(wèi)星和GPRS通信方式建立海洋移動氣象站到市級數(shù)據(jù)收集處理中心站的通信傳輸鏈路，具有探測資料定時傳送功能。

2.2.7 觀測設備和附屬構(gòu)件 均應具備優(yōu)異的耐水性、耐氣候性和耐腐蝕性，具備在艦船甲板安裝條件。

3 遼寧海洋移動氣象觀測站的維護與維修

3.1 日常維護

潮濕的天氣和雷電對通信設備的影響比較嚴重[8]。當空氣相對濕度較高時，空調(diào)停機后，易在設備元器件表面形成冷凝水汽。冷凝水汽可能會引起短路進而損壞設備。對此，可用電扇對設備內(nèi)部進行一定時間的吹風烘干后，再開機通電加熱干燥。對于設備防雷，主要是檢查接地線是否接地良好，電臺使用完畢記住要讓天線接地；船舶搖晃和劇烈振動時，通信設備的線路板、接線和插頭容易產(chǎn)生松動而導致接觸不良，致使設備出現(xiàn)故障。因此，在船舶進入惡劣海區(qū)航行之前，應做好必要的穩(wěn)固措施，減少設備的震動；塵埃吸收水分后容易使電路產(chǎn)生短路，帶靜電的塵埃則會對高頻電路產(chǎn)生干擾，使電路工作混亂。塵埃落在麥克風上，吸收空氣中的水分后會結(jié)塊，造成麥克風靈敏度降低或失效。

3.2 常見故障

海洋移動氣象觀測站常見故障有硬件故障和軟件故障。硬件故障主要有：一是電源故障，例如船舶氣象觀測站線路問題使得供電不穩(wěn)或者UPS電源故障引起的；二是采集器故障，如采集器主板、風雨板損壞；三是通信故障，（通訊隔離盒或者串口損壞，通信線路斷線等都屬于通信故障）；四是傳感器故障（各要素傳感器引起的故障各不相同則更換傳感器）。軟件故障主要由參數(shù)設置錯誤造成。

3.2.1 系統(tǒng)開機故障 對設備的檢測首先從檢查電源開始，使用萬用表測試直流12V供電系統(tǒng)是否正常，包括：220V交流電是否正常；充電電源控制器是否正常；蓄電池是否正常，是否有短路現(xiàn)象等；電源正常方可進行其他方面的檢測，例如更換采集器等措施。

3.2.2 風向風速無數(shù)據(jù) 測試風速。具體操作規(guī)程：首先使用萬用表測量輸出端和接地端兩者間的電壓，如果風杯轉(zhuǎn)動正常，應該在工作電壓的一半左右；如果風杯轉(zhuǎn)動異?；蛲＾D(zhuǎn)，說明該傳感器故障，做更換處理即可。再者若輸出電壓正常，亦可能是采集器通道故障或其他原因。

測試風向。由于新型站配用的風向傳感器是格雷碼輸出的信號輸出的，單獨對其做出好壞判斷比較繁瑣，直接更換備件測試，如果更換后正常，說明是傳感器故障。如不正常，可能是采集器通道故障或其他原因造成。

4 結(jié)語

本文通過對海洋移動氣象觀測站維修與維護的方法進行淺析，自動站出現(xiàn)問題時，主要做兩方面的工作：排除故障和數(shù)據(jù)處理。故障分析和判斷的基本方法是替代及測量，結(jié)合海洋移動氣象觀測站的特殊性，為日常維護和故障處理提供了一套系統(tǒng)的操作手冊。隨著今后海洋氣象觀測事業(yè)發(fā)展的大力推進，氣象現(xiàn)代化建設的快速發(fā)展，技術(shù)保障工作中不斷積累經(jīng)驗，應對故障快速診斷和解決，海上故障遠程處理流程進一步完善，確保自動站良好狀態(tài)，以保障海洋氣象綜合觀測系統(tǒng)正常運行。

[1]章火寶,符長靜,梁玉海.船舶自動氣象觀測站建設與維護[J].山東氣象,2013,(03)

[2]丙奇,蔣曉燕,楊麗娜.我國海洋經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀與對策[J].中國國情國力,2012,(06).

[3]黃彬,閻麗鳳,楊超,等.我國海洋氣象數(shù)值預報業(yè)務發(fā)展與思考[J].氣象科技進展,2014,4(03):57-61.

[4]BarthN,WunschC,1990.Oceanographicexerimendesign by simulated annealing .JournalofPhysicalOceanography,20:1249-1263.

[5]SheJ,HoyerJacobL,JesperLarsen,2007.Assessmentofsea surfacetemperatureobservationalnetworksintheBalticSeaadn NorthSea.JournalofMarineSystems,65(1-4)：314-335.

[6]王毅.SWAN模式及數(shù)據(jù)同化技術(shù)在海浪預報中的試驗研究和應用[D].中國海洋大學,2011.

[7]杜衍君,王錫芳,郭瑞寶.區(qū)域自動氣象觀測站常見故障分析及排除[J].氣象水文海洋儀器,2008,(02).

[8]中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范[M].北京:氣象出版社，2008.