區域自動氣象站常見故障判斷與檢修

汪耀佳

摘 要：隨著氣象現代化的推進，崇陽氣象觀測網絡已全部覆蓋轄區內各鄉鎮。區域自動氣象站數量越來越多，布點越來越密集，對自動站數據質量的要求也越來越高；在區域自動氣象站業務納入氣象業務考核后，區域氣象自動站的保障工作更是面臨著新的挑戰。本文主要介紹崇陽縣氣象局在區域自動站保障工作中遇到的常見故障，如電池電量低缺報、GPRS信號弱缺報、多次降水過程總降水量偏小等，通過分析這些故障原因，對今后保障人員的維修工作提供參考依據。

關鍵詞：自動氣象站；故障判斷；氣象保障

中圖分類號：P415.1+2 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170826001

引言

伴隨著氣象現代化的大力推進，崇陽自動氣象觀測站網已經覆蓋了轄區內的各個鄉鎮。區域自動站的建設，對于崇陽縣的精細化預報能力和防災減災能力的提高發揮了重要的作用，區域自動站觀測數據在為相關決策部門開展防汛抗旱工作提供了重要的依據[1-3]。然而隨著預報預測業務精細化程度的越來越高，對于加密自動站數據質量的要求也在不斷提升。區域自動站站點多，分布面廣，數據傳輸機制較復雜[4]，在湖北省區域自動氣象站納入氣象傳輸業務考核后，加密自動氣象站的保障工作面臨著前所未有的壓力和挑戰。本文通過總結在區域自動站一線保障工作中遇到的問題和解決辦法，為區域自動站保障人員的維護工作提供一些參考。

1 區域自動站的結構

區域自動站一般為無人職守站點，目前多采用太陽能供電，使用GPRS網絡傳輸數據[5]。如圖1所示，以采集器為核心，包括供電系統、數據采集系統和數據傳輸系統。采集器將氣溫、風向風速、雨量、氣壓、濕度等傳感器傳遞的采集信號進行處理后，將數據交給通訊系統[6]，由通訊系統通過GPRS網絡將數據發送至區域自動站中心站。

2 區域自動站的日常維護工作

區域自動站保障工作中，日常維護是關鍵。因此區域站保障中需要進行定期巡檢，在汛期前進行一次集中維護，清理站內翻斗雨量筒、雜草雜物及周圍的障礙物等，按照規范要求，保證區域站周圍障礙物的距離是其高度的3倍以上。同時也要注意太陽能板的干凈整潔，清理太陽能板的灰塵和鳥類糞便等，保證在梅雨期連續陰雨天供電正常。

3 區域站常見故障

3.1 電池電量低缺報

區域自動氣象站的供電來源是太陽能，供電方式是太陽能板產生的電能經太陽能控制器給儀器供電，多余的電能存儲在蓄電池內，太陽能板產生的電能不能滿足需求時，不足部分電能由蓄電池提供。在實際業務中，發現資料上傳逾限、缺報時，就要考慮是否由于蓄電池電量不足導致的資料傳輸失敗。連續陰雨天時，經常發生電池電量低停機缺報，這種情況需要給電池補充電量；也有可能太陽能充電器故障、太陽能板損壞。還有一種情況，有陽光時電池電量升高逐漸升高能正常發報，到夜間電池電量迅速下降甚至停機，這是電池儲電能力減弱，需更換蓄電池。建議以2d陰雨天時，蓄電池電量少于70%作為更換蓄電池依據較為合理。在工作中，如果發現某個臺站連續多日晚上23：00左右到次日07：00左右數據出現缺測，那么最可能的故障原因是該站蓄電池發生故障，容量已嚴重不足，應用及時檢查供電系統，更換電池。

3.2 通訊傳輸故障導致的缺報情況

區域自動氣象站數據傳輸使用的GPRS通信模塊，它是基于中國移動GSM網絡中TDMA信道傳輸數據。通訊傳輸故障會導致數據無法上傳或者觀測數據上傳不完整。導致通訊傳輸故障的情況一般由以下幾類：SIM卡欠費，這種情況一般出現在月初，由于目前湖北省內SIM卡有湖北省局信息與技術保障中心統一繳費，此種情況從未發生；SIM卡損壞，判斷方法是將SIM卡插入手機，判讀能否發送短信，若不能發送短信，則需報備上級統一更換新卡或自行更換后將更新后號碼上報備案；GPRS信號弱或無GPRS信號；通訊模塊故障。

在實際工作中，常發現有些站點出現數據傳輸不穩定，及時率低等問題。此類故障出現原因較復雜。導致該類故障的原因一般是天線或SIM卡接觸不良或GPRS信號不穩定。由于現在中國移動網絡向第3代、第4代移動網絡升級，十年前布設GSM網絡淘汰已成為趨勢，GPRS信號不穩定是現在區域自動氣象站面臨的重要問題。短時間內GPRS信號中斷，信號恢復后會補傳數據，僅影響實時天氣的監測產生，但不會影響后期的統計數據；長時間GPRS信號中斷時，由于區域站采集器數據會覆蓋，造成氣象數據缺報。因此發現這種情況需要及時聯系移動公司重啟自動氣象區域站附近的移動基站，一般重啟移動基站可恢復區域自動氣象站數據的傳輸。

3.3 多次降水過程總降水量偏小

雨量傳感器內灰塵的附著在翻斗上、蟲網纏繞翻斗，轉軸銹蝕，漏水口堵塞等這些故障可以通過現場維護和標校容易排查；還有一種維護過程中容易忽視的地方，干簧管表面氧化腐蝕較為嚴重（如圖2），接觸電阻增大，翻斗翻轉干簧管閉合采集器偶爾會感應不到降水信號，導致該站點總是比別的地方降水少，但現場標定又是合格。建議在維護時，重點檢查拆下干簧管表面的氧化腐蝕情況，打磨干簧管兩端接觸面，然后在采集器端拔下雨量線，測量干簧管閉合時的接觸電阻大小，阻值小于10Ω為佳，切忌用蜂鳴檔檢測（有的萬用表蜂鳴檔測通斷時阻值小于85Ω時也會響），必要時更換干簧管。

4 遠程數據判斷

4.1 氣溫馬鞍形變化

由于區域自動氣象站建設場地條件受限，隨著人們生活條件的改善，當年沒有房屋的地方建起了高樓，當年小樹苗如今綠樹成蔭，觀測環境遭到破壞，有時陰影投射到觀測場內，尤其是在冬季氣溫會呈馬鞍形變化。

4.2 資料應用平臺上數據比較

同一個區域，有些氣象要素具有空間一致性，時間上連續，臨近站點有一定的可比性和可供參考性，如溫度、氣壓、濕度等同一個區域，同一個時間內，差別不應該太大，例如某站氣溫15℃左右，周邊相似下墊面環境的站點溫度大都在20℃上下，由此可見該站點數據異常，需要現場排查故障。同一個站點氣象要素（如溫度、濕度、氣壓）具有一定的連續性，數據跳變很可能是觀測儀器出現故障。需要注意也并不是所有的數據跳變都是故障，冷空氣過境、強天氣的發生等都可能引起的溫度跳變。

4.3 雷達產品也可以作為區域自動氣象站數據判定依據

在降水方面，由于自然降水具有時空分布不均勻、降水面積和強度變化大的特點，使用常規的質量控制方法很難判斷某個站點降水是否異常。而雷達可以實時探測云和降水結構及系統發生、發展演變情況，高時空分辨率的雷達定量降水估測可以很好的反映一定區域的實時降水情況，因此利用雷達開展降水估算的研究，是區域自動站降水數據判別的最有效途徑。雷達產品中的基本反射率、組合反射率、1h降水、3h降水等產品，在一定程度上都能反應某一站點降水情況，也可以通過雷達產品確定降水區域。

5 結束語

區域自動氣象站數量多、覆蓋范圍廣，由于客觀條件的限制，對區域自動氣象站的監測通常采用網上巡查、電話撥叫等方式，被動的故障檢修。但有些區域自動氣象站上的傳感器有的已使用十多年，隨著時間的推移很多傳感器發生零點漂移、接觸點腐蝕、軸承磨損等，數據質量得不到有效控制，急需對區域自動氣象站進行標校核查。現有數據傳輸方式受限，由于第4代通信技術大規模的應用，十年前依托第2代移動通信技術GPRS數據傳輸網絡趨于淘汰，區域自動氣象站信號差，無信號的站點有增無減，遷站已不是解決信號弱的有效方法，升級區域自動氣象站傳輸模塊以適應新的通信網絡是當務之急。采取有效經驗和方法不僅能夠提高維護保障的工作效率，而且對于區域自動站的穩定可靠的工作，數據及時準確上傳有著重要的意義。

參考文獻

[1]中國氣象局綜合觀測司.氣象裝備技術保障手冊[G].北京：中國氣象局綜合觀測司，2011.

[2]Vaisala.Vaisala HUMICAP溫濕度探頭HMP155操作手冊 [G].芬蘭：Vaisala，2000.

[3]安徽省大氣探測中心.安徽區域加密自動氣象站維護實用手冊[G].合肥：安徽省大氣探測中心，2008.

[4]何健.廣東省區域自動氣象站資料的質量控制與評估[J].廣東氣象，2011.

[5]劉巖，馬輝.區域自動氣象站常見故障分析及處理[J].山東氣象，2011（3）.

[6]王會榮.自動氣象站日常維護和故障處理原則與方法[J].現代農業科技，2012（5）.