自動氣象站在地面氣象要素觀測中的運用

鐘 紫

（嘉應學院 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，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、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，是氣象網的基層單位.氣象觀測是氣象工作的基礎，它對一定范圍內的氣象狀況及其變化，進行系統的、連續的觀測和測定，為天氣預報、氣象情報、氣候分析和科學研究提供重要依據[1].根據氣象觀測項目的不同，氣象觀測可分為地面氣象觀測、高空探測和專業氣象觀測三類.開展地面氣象觀測實習是高校地理專業學生非常重要的一項氣象學與氣候學理論驗證實習，學生通過觀測、記錄、分析、交流、總結等方式對地面氣象要素：氣溫、濕度、氣壓、降水與蒸發、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學專業理論知識，增強氣象觀測的實踐能力，培養科學探究能力，激發學習興趣，從而提高地理教學的效果.

隨著科學技術的不斷進步，氣象觀測技術也有了新的發展.根據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器來測定近地面（主要是離地面1.5米范圍內）的各種氣象要素值，如氣溫、濕度、氣壓、降水與蒸發、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絡監測系統對地面氣象情況進行自動地觀測和存儲氣象觀測數據的設備，其通過氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、降雨量、紫外線、輻射等傳感器感應各項氣象要素的值，再經過電纜擴展接口聯接計算機、打印機、控制器等設備，從而運行整個自動氣象監測、數據發布及存儲、氣象預報的系統.

隨著信息網絡系統的普遍發展，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據.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據更加便捷，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，學生可以通過網絡實時觀測氣象數據.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特點.

2.1 工作原理

自動氣象站具有對區域小氣候的全方位觀測功能.氣象站的基本構造包括自動氣象站、氣象站主機、控制臺、專業氣象數據采集軟件組成（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據，數據采集完成后通過網絡統一傳輸到氣象探究學習服務器上，再經氣象采集軟件處理各項數據，觀測的實時氣溫、氣壓、風向、風速等氣象數據通過專業氣象軟件傳出，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據可以通過網絡上傳到學校網站上、供師生實時查尋，及時了解天氣變化情況.

2.2 自動氣象站系統基本配置

自動氣象站的硬件系統基本配置包括：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、實時監測分析軟件（光盤）1張、數據通訊及傳感器連接電纜1套、戶外大屏幕顯示屏可根據實際需要選配.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，風力等級監測等多種常規氣象要素進行采集、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，但其主要技術都具有以下特點：可進行長期的氣象數據觀測、測量精度高、通訊方式靈活，數據傳輸可靠、數據存儲器容量大，大屏幕圖形液晶顯示屏可直觀顯示氣象要素數據及圖形，氣象監測數據可上傳到學校網站上，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成一個統一的整體，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構、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備，確保各項地面氣象要素觀測的順利完成.

3.2 規范使用儀器

規范使用自動站的各項儀器是保證自動氣象站穩定運行的前提.需要特別注意采集器、變送器的插座對應電纜，清楚電源開關的位置，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）時應先關閉采集器電源，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閉采集器，但應注意先把信號線拔下再更換，避免出現人為的降水記錄[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，并采取正確的應急措施，及時排除儀器故障，以保證自動氣象設備處于正常連續的運行狀態.如遇采集器不正常時，應進行“0”復位處理，并做好數據備份，如采集器故障無法進行“0”復位處理時，應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，盡量保證業務儀器設備安全和正常運行.如遇短時間不能排除或觀測人員沒有能力排除的儀器設備故障，工作人員必須按規定補測，并通知相關業務管理部門，請求技術支援.另外自動氣象站應請專業的氣象設備維護人員每半年對全站自動觀測系統設備進行檢測，對監測發現問題進行解除.

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，從而影響觀測數據的準確性，因此自動站室內外各項儀器必須定期清潔.如清除溫濕度表的外表灰塵，清潔溫濕度感應器的頭部保護濾膜，防止灰塵堵塞金屬網孔，清除蒸發傳感器金屬網上的水垢和贓物，用濕布在30分前擦洗百葉箱，一星期更換一次濕球紗布，擦拭室內外計算機、戶外顯示器、自動采集器等設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器，各種電纜設于觀測場的室內外，觀測場的環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境.外設儀器如風杯、風向桿設于室外高處，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據不準確，必須及時檢查外設設備是否有損毀；觀測場草坪草高對不同深度低溫的感應有影響，必須及時修整草坪；地溫場周圍泥土的板結情況、底下電纜容易受鼠蟻咬損等情況也要及時發現及時排除.

〔1〕周淑貞．氣象學與氣候學實習［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］．安徽農學通報，2009（12）：190．