探究國家級自動站現(xiàn)場校準(zhǔn)方法

引言

自動氣象站是一種用于監(jiān)測氣象條件的設(shè)備，可以連續(xù)采集和記錄氣象數(shù)據(jù)。氣象觀測是氣象業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)，自動氣象站作為獲得觀測數(shù)據(jù)的主要設(shè)備，其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與否決定了整個氣象業(yè)務(wù)的質(zhì)量。自動氣象站的氣象儀器由各個氣象要素傳感器以及數(shù)據(jù)采集器和傳輸器組成，由于傳感器均為電信號輸出，其測量準(zhǔn)確度會隨時間延長而發(fā)生漂移，為保證氣象儀器采集數(shù)據(jù)完整、可靠，杜絕觀測設(shè)備出現(xiàn)超檢情況，必須定期對自動氣象站的儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)。

一、地市級移動氣象計量檢定系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

目前福建省國家級地面氣象觀測站的風(fēng)速、氣壓、濕度、氣溫傳感器由市局統(tǒng)一負(fù)責(zé)送省大探中心檢定，國家級地面氣象觀測站風(fēng)向傳感器、蒸發(fā)傳感器、翻斗式雨量傳感器、稱重降水傳感器、地溫傳感器、降水現(xiàn)象儀、前向散射式能見度儀的校準(zhǔn)由市局信保中心負(fù)責(zé)現(xiàn)場校準(zhǔn)，傳感器檢定周期如下表：

傳感器類型 檢定周期（年）

能見度 0.5

氣壓、濕度、雨量、稱重降水、降水現(xiàn)象儀 1

氣溫、地溫、風(fēng)向、風(fēng)速、蒸發(fā) 2

表1傳感器檢定周期

二、國家級自動站的現(xiàn)場校準(zhǔn)

（一）國家級自動站校準(zhǔn)依據(jù)

依據(jù)文件為《自動氣象站現(xiàn)場校準(zhǔn)規(guī)范（2013）》，《前向散射式能見度儀核查方法（試行）（2018）》，《福建省國家級地面自動氣象站計量檢定實施細(xì)則》。

（二）國家級自動站現(xiàn)場校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器

市局標(biāo)準(zhǔn)器是由全省統(tǒng)一配備，其主要性能如下：

標(biāo)準(zhǔn)器 型號 測量范圍 不確定度或準(zhǔn)確度等級

干體爐

雨量校準(zhǔn)儀

風(fēng)向校驗儀

蒸發(fā)校準(zhǔn)模塊 ZH936N/RTC-158

JJS2

JJE10

JBZ1 （-10-80）℃

（0-314.16）mL

（0-360）°

（0-100）mm U=0.30℃，k=2

U=0.3mL，k=2

/

U=0.03mm，k=2

表2標(biāo)準(zhǔn)器主要性能

（三）國家級自動站校準(zhǔn)流程

國家級自動站校準(zhǔn)流程圖如下：

圖1國家級自動站校準(zhǔn)流程圖

（四）國家級自動站現(xiàn)場校準(zhǔn)

1.地溫、草溫傳感器的校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)滿足：氣溫（5～35）℃，濕度≤90%RH，風(fēng)速≤5m/s。

（2）校準(zhǔn)點的選擇：淺層地溫和草溫為-10℃、0℃、高溫點，深層地溫為0℃、高溫點。

（3）操作步驟：將標(biāo)準(zhǔn)器的傳感器和地溫（草溫）傳感器同時插入到恒溫槽的相同深度上，草溫跟淺層地溫用干體爐ZH936N首先校準(zhǔn)-10℃點，同時深層地溫用干體爐RTC-158校準(zhǔn)0℃點，當(dāng)恒溫槽內(nèi)溫度值達(dá)到設(shè)定溫度穩(wěn)定5分鐘后，每分鐘讀取一次標(biāo)準(zhǔn)值和被測傳感器示值，共讀取3次。

2.風(fēng)向傳感器的校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)滿足：溫度（0～40）℃，濕度≤85%RH，風(fēng)速≤5.0m/s。

（2）校準(zhǔn)點的選擇：0°、121°、239°。

（3）操作步驟：將風(fēng)向校驗儀JJE10放置在平穩(wěn)的工作臺面上，調(diào)節(jié)水平，并將被檢風(fēng)向傳感器安裝于風(fēng)向校驗儀中心底座上，連接好信號電纜，選擇適用的定位叉調(diào)整到適當(dāng)高度，將風(fēng)向傳感器的風(fēng)向桿固定在定位叉內(nèi)，選擇被檢傳感器響應(yīng)的風(fēng)向型號，先進(jìn)行指北校準(zhǔn)，穩(wěn)定2分鐘后讀取風(fēng)向測量系統(tǒng)風(fēng)向顯示值，然后依次完成121°、239°的校準(zhǔn)。

3.雨量（含稱重雨量）傳感器的校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)滿足：氣溫（5～35）℃，濕度≤90％RH，風(fēng)速≤5m/s。

（2）校準(zhǔn)點的選擇：降水強度分別為1mm/min和4mm/min。

（3）翻斗雨量傳感器操作步驟：將雨量標(biāo)準(zhǔn)器JJS2注滿凈水（以純凈水為宜），分別以4mm/min、1mm/min降水強度向被檢雨量傳感器承水口內(nèi)注水，各校準(zhǔn)3次，記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

（4）稱重雨量傳感器操作步驟：將筆記本電腦與稱重降水信號處理單元（WUSH-WPB）的通信串口用串口線連接，利用計算機的串口調(diào)試助手（如SSCOM42軟件），按照設(shè)備的波特率（9600，8，N，1）打開串口，發(fā)送DMPR命令，軟件中就會顯示當(dāng)前分鐘記錄。每次校準(zhǔn)結(jié)束后，通過串口調(diào)試助手確認(rèn)小時降水量值不增加為止，記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如果雨量校準(zhǔn)過程跨整點，需加上上一時次開始校準(zhǔn)后的降水，通過發(fā)送DMPRYYYY-MM-DDHH：00：00命令讀取上一時次的雨量數(shù)據(jù)。校準(zhǔn)時雨量標(biāo)準(zhǔn)器JJS2的降水強度和校準(zhǔn)次數(shù)類同于翻斗雨量傳感器的校準(zhǔn)。

4.蒸發(fā)傳感器的校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)滿足：溫度（0～35）℃，濕度≤90%RH，風(fēng)速≤5m/s。

（2）蒸發(fā)示值校準(zhǔn)點為：0mm、20mm、40mm、60mm、80mm和98.1mm。

（3）操作步驟：將蒸發(fā)傳感器AG2.0取出，調(diào)節(jié)不銹鋼圓筒至水平，將72mm（10mm）模塊放入不銹鋼圓筒內(nèi)，將蒸發(fā)傳感器放回原位，穩(wěn)定2分鐘后讀取5次蒸發(fā)示值并記錄；然后分別用20mm、40mm、60mm、80mm和98.1mm模塊和10mm模塊組成標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行校準(zhǔn)，并記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

5.能見度傳感器的校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)滿足：晴朗天氣，能見度大于10km；避免明亮光線直射。

（2）操作步驟：以河南凱邁（洛陽）環(huán)測有限公司的DNQ3型前向散射能見度儀為例，進(jìn)行操作說明。首先在能見度儀接收端安裝堵頭，設(shè)備至少工作10分鐘，讀取設(shè)備穩(wěn)定的輸出值，應(yīng)為設(shè)備量程上限值。接著取下堵頭，安裝散射板在接收端，穩(wěn)定10分鐘后，讀取設(shè)備穩(wěn)定的輸出值，范圍應(yīng)為90～110之間，并記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，超出此范圍應(yīng)對能見度儀進(jìn)行校準(zhǔn)。最后同時安裝散射板和衰減器，衰減器裝在能見度儀的發(fā)送端，穩(wěn)定10分鐘后，讀取設(shè)備穩(wěn)定的輸出值，范圍應(yīng)為900～1100之間，并記錄校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，超出此范圍應(yīng)對能見度儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

6.降水現(xiàn)象儀的校準(zhǔn)

（1）校準(zhǔn)環(huán)境應(yīng)滿足：天氣晴朗，能見度大于10km；空氣溫度（0～30）℃，風(fēng)速≤5m/s，相對濕度≤80%RH。

（2）降水粒子核查點：降水粒子直徑核查點為4.3mm、9.5mm、21mm，降水粒子速度核查點為2m/s、7m/s、12m/s。

（3）操作步驟：將降水現(xiàn)象模擬裝置放入降水現(xiàn)象儀收發(fā)光路中間，確保降水現(xiàn)象儀的激光束處在降水現(xiàn)象模擬單元透光孔的中心位置，并連接好通信線和電源線。打開降水現(xiàn)象儀核查軟件，完成標(biāo)校信息和靜態(tài)信息設(shè)置后，直接點開始進(jìn)行校準(zhǔn)。

三、國家級自動氣象站校準(zhǔn)期間數(shù)據(jù)處理

自動氣象站現(xiàn)場校準(zhǔn)期間應(yīng)盡量避開正點，一般正點上傳數(shù)據(jù)形成后就可以開始了。國家級自動站主站校準(zhǔn)期間數(shù)據(jù)處理通常有以下兩種方式：第一種是主站測報機地面氣象綜合觀測系統(tǒng)（ISOS）對檢定傳感器進(jìn)行標(biāo)定操作，檢定期間ISOS軟件不對檢定傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行生成上傳，整點數(shù)據(jù)臺站值班人員需在整點后10min內(nèi)完成氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)（MDOS平臺）檢定傳感器數(shù)據(jù)錄入，數(shù)據(jù)用備Mdgfhn9vfH7aODMgaZAbgQ==站數(shù)據(jù)替代，分鐘數(shù)據(jù)需在24小時內(nèi)入錄完，并在MDOS平臺做好附加信息備注。檢定期間如果有更換傳感器，還需在綜合氣象觀測業(yè)務(wù)運行信息化平臺（天元）進(jìn)行專項巡檢。第二種是檢定期間，將主備站硬件集成控制器主采接入端子進(jìn)行對換，即備站主采集器數(shù)據(jù)輸出端子插入主站硬件集成控制器原主采集器口，主站主采集器數(shù)據(jù)輸出端子插入備站硬件集成控制器原主采集器口，主站測報機地面氣象綜合觀測系統(tǒng)讀取備站主采數(shù)據(jù)生成報文進(jìn)行上傳，臺站值班人員需做好氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)（MDOS平臺）附加信息備注工作，同樣，如果有更換傳感器，也要在綜合氣象觀測業(yè)務(wù)運行信息化平臺（天元）進(jìn)行專項巡檢。

第一種數(shù)據(jù)處理方式適合檢定時間較短，能在一小時內(nèi)完成，如能見度傳感器和雨滴譜傳感器的校準(zhǔn)，氣溫、氣壓、濕度和風(fēng)速傳感器的到檢更換，而第二種方式主要用于檢定時間長，如草溫、地溫、蒸發(fā)等傳感器，地溫校準(zhǔn)結(jié)束后還需要3個多小時的穩(wěn)定期，這時如果選用第一種數(shù)據(jù)處理方式，會出現(xiàn)主站測報機地面氣象綜合觀測系統(tǒng)長時間數(shù)據(jù)缺失，導(dǎo)致業(yè)務(wù)人員須在氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)（MDOS平臺）人工補入缺失的分鐘數(shù)據(jù)，增加業(yè)務(wù)工作量。

四、國家級自動氣象站現(xiàn)場校準(zhǔn)中注意事項

在國家級自動站傳感器在現(xiàn)場校準(zhǔn)中需注意5個方面，具體如下：

（1）在進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)時，應(yīng)確保校準(zhǔn)設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，并嚴(yán)格按照校準(zhǔn)步驟進(jìn)行操作。

（2）校準(zhǔn)前要確定環(huán)境是否滿足要求，檢查測量設(shè)備的狀態(tài)是否正常，如不滿足要求，不得進(jìn)行校準(zhǔn)工作。

（3）在校準(zhǔn)前做好地溫傳感器端編號標(biāo)注，確保校準(zhǔn)后各地溫傳感器順序連接準(zhǔn)確無誤。校準(zhǔn)完畢后，需等待干體爐恢復(fù)室溫時，再關(guān)閉電源，以保證設(shè)備安全。

（4）由于對草溫、地溫、蒸發(fā)等傳感器進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)時所需時間較長，為了減少數(shù)據(jù)的缺測和不正常記錄，校準(zhǔn)主站時，可以用備站主采數(shù)據(jù)進(jìn)行替代。標(biāo)定期間及標(biāo)定結(jié)束后，注意上網(wǎng)查看氣象資料業(yè)務(wù)系統(tǒng)（MDOS平臺）數(shù)據(jù)質(zhì)量控制信息反饋，如有疑誤數(shù)據(jù)，及時反饋。

（5）到檢更換的傳感器（如氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速）需與另一套站相應(yīng)設(shè)備做比對，并填寫比對記錄。

五、結(jié)語

通過對國家級自動站各傳感器的現(xiàn)場校準(zhǔn)，確保氣象觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為氣象災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警提供科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)來源，提升氣象防災(zāi)減災(zāi)能力。

（作者單位：福建省寧德市氣象局）