自动气象站在地面气象要素观测中的运用

钟 紫

（嘉应学院 地理科学与旅游学院，广东 梅州 514015）

1 引言

天气变化与人类的工作、生活息息相关，影响巨大，对气象的观测可以及时了解天气变化情况，为人类生产、生活提供指引.气象站是指为取得气象资料而建成的观测站，是气象网的基层单位.气象观测是气象工作的基础，它对一定范围内的气象状况及其变化，进行系统的、连续的观测和测定，为天气预报、气象情报、气候分析和科学研究提供重要依据[1].根据气象观测项目的不同，气象观测可分为地面气象观测、高空探测和专业气象观测三类.开展地面气象观测实习是高校地理专业学生非常重要的一项气象学与气候学理论验证实习，学生通过观测、记录、分析、交流、总结等方式对地面气象要素：气温、湿度、气压、降水与蒸发、风等进行观测.学生通过地面气象要素观测实验巩固气象学与气候学专业理论知识，增强气象观测的实践能力，培养科学探究能力，激发学习兴趣，从而提高地理教学的效果.

随着科学技术的不断进步，气象观测技术也有了新的发展.根据气象观测所运用的仪器和方法，可将气象观测分为人工观测气象站和自动观测气象站.人工观测气象站主要是运用专业的气象观测仪器如气压计、温度计、风速计、虹吸雨量计等被动式感应器来测定近地面（主要是离地面1.5米范围内）的各种气象要素值，如气温、湿度、气压、降水与蒸发、风等地面气象要素的观测.自动气象站是运用多种传感器组成的自动网络监测系统对地面气象情况进行自动地观测和存储气象观测数据的设备，其通过气温、湿度、气压、风速、风向、降雨量、紫外线、辐射等传感器感应各项气象要素的值，再经过电缆扩展接口联接计算机、打印机、控制器等设备，从而运行整个自动气象监测、数据发布及存储、气象预报的系统.

随着信息网络系统的普遍发展，自动气象站已越来越普及.目前我国各级气象台站大都使用自动气象站仪器采集数据.自动气象站对地面气象的观测比人工观测所获取的气象数据更加便捷，气象要素观测的代表性、准确性和及时性都有所提高，减轻了测报工作人员的工作量，更好得反映出大气近地面层的真实状况.

2 自动气象站

自动气象站可以实时探测气温、湿度、气压、风速、风向、降雨量、紫外线、辐射等气象信息，学生可以通过网络实时观测气象数据.下面介绍一下自动气象站的工作原理、硬件基本配置、观测的主要地面气象要素和技术特点.

2.1 工作原理

自动气象站具有对区域小气候的全方位观测功能.气象站的基本构造包括自动气象站、气象站主机、控制台、专业气象数据采集软件组成（如图1所示）.

图1 自动气象站工作示意图

自动气象站通过不同的传感器采集地面气象要素数据，数据采集完成后通过网络统一传输到气象探究学习服务器上，再经气象采集软件处理各项数据，观测的实时气温、气压、风向、风速等气象数据通过专业气象软件传出，并在气象站主机上直观显示各项气象要素值.不同自动气象站点所观测的气象数据可以通过网络上传到学校网站上、供师生实时查寻，及时了解天气变化情况.

2.2 自动气象站系统基本配置

自动气象站的硬件系统基本配置包括：具有液晶显示汉字与图形功能的自动气象站监测仪1台、传感器（温度，湿度，风速，风向，气压，紫外辐射，雨量，土壤温度、土壤湿度、二氧化碳）各1台、气象观测支架1套、实时监测分析软件（光盘）1张、数据通讯及传感器连接电缆1套、户外大屏幕显示屏可根据实际需要选配.自动气象站的一般具备这些基本配置，都能完成各项自动观测功能.

2.3 观测的主要地面气象要素

自动气象站通过安装不同的传感器，可对大气温度，环境湿度，露点温度，大气压力，平均风速风向，瞬时风速风向，紫外照射，降水量，土壤温度，风力等级监测等多种常规气象要素进行采集、处理、存储、显示并输出.自动气象站可观测的主要地面气象要素如表1.

表1 自动气象站观测的主要地面气象要素

2.4 自动气象站技术特点

不同的自动气象站因具体配置不同，其功能略有差异，但其主要技术都具有以下特点：可进行长期的气象数据观测、测量精度高、通讯方式灵活，数据传输可靠、数据存储器容量大，大屏幕图形液晶显示屏可直观显示气象要素数据及图形，气象监测数据可上传到学校网站上，方便师生及时查阅，使用方便.

3 使用自动气象站观测的注意事项

3.1 学习自动气象站的工作原理

自动站仪器不同于人工常规观测仪器，它主要由传感器和采集器通过电缆和主控电脑构成一个统一的整体，在使用自动气象站进行观测之前，观测人员必须学习和掌握自动站工作原理，了解自动气象站的结构、仪器布局、电缆走线方式.只有掌握了自动气象站的工作原理，在使用自动气象站观测时，才能够正确操作各种设备，确保各项地面气象要素观测的顺利完成.

3.2 规范使用仪器

规范使用自动站的各项仪器是保证自动气象站稳定运行的前提.需要特别注意采集器、变送器的插座对应电缆，清楚电源开关的位置，以及通电、断电的先后程序.在使用仪器之前必须检查自动气象站的各项仪器安装是否规范，检查装备部门配备的仪器是否齐全，各仪器是否有破损，电缆长度是否达到要求.

自动气象站仪器安装有严格的规定，不能带电接插各种接线端口，不能带电撤换或安装传感器.安装各类传感器（雨量传感器除外）时应先关闭采集器电源，然后再链接传感器的电缆.雨量传感器由于其特有的电路工作原理，支持热插拔，在安装时可以不用关闭采集器，但应注意先把信号线拔下再更换，避免出现人为的降水记录[2].

3.3 排除仪器故障

为保证自动气象站观测的准确度，自动气象站观测人员必须能对影响仪器正常运行的各类故障能及时、准确地判断，并采取正确的应急措施，及时排除仪器故障，以保证自动气象设备处于正常连续的运行状态.如遇采集器不正常时，应进行“0”复位处理，并做好数据备份，如采集器故障无法进行“0”复位处理时，应立刻使用备份采集器；如遇雷暴天气时，注意及时切断市电的连接，采用UPS供电，尽量保证业务仪器设备安全和正常运行.如遇短时间不能排除或观测人员没有能力排除的仪器设备故障，工作人员必须按规定补测，并通知相关业务管理部门，请求技术支援.另外自动气象站应请专业的气象设备维护人员每半年对全站自动观测系统设备进行检测，对监测发现问题进行解除.

3.4 维护仪器清洁

自动气象站的各项仪器在使用过程中容易受空气中的灰尘覆盖，从而影响观测数据的准确性，因此自动站室内外各项仪器必须定期清洁.如清除温湿度表的外表灰尘，清洁温湿度感应器的头部保护滤膜，防止灰尘堵塞金属网孔，清除蒸发传感器金属网上的水垢和赃物，用湿布在30分前擦洗百叶箱，一星期更换一次湿球纱布，擦拭室内外计算机、户外显示器、自动采集器等设备以确保自动气象站观测的准确度.

3.5 维护自动气象观测站场地

自动观测站的各项感应器，各种电缆设于观测场的室内外，观测场的环境变化会直接影响仪器的灵敏性，所以要注意维护自动观测站场地的环境.外设仪器如风杯、风向杆设于室外高处，容易受飞鸟雕琢损毁，或飞鸟粪便污损，从而导致风传感器的数据不准确，必须及时检查外设设备是否有损毁；观测场草坪草高对不同深度低温的感应有影响，必须及时修整草坪；地温场周围泥土的板结情况、底下电缆容易受鼠蚁咬损等情况也要及时发现及时排除.

〔1〕周淑贞．气象学与气候学实习［M］．北京：高等教育出版社，1989．

〔2〕郑雪梅，等．自动气象站仪器撤换方法与步骤［J］．安徽农学通报，2009（12）：190．