國內自動氣象站自主可控發展策略研究

摘要：文章分析了自動氣象站非自主可控帶來的卡脖子問題，提出了自動氣象站自主可控的要求，并結合當前自動氣象站技術自主可控現狀，從制定發展前沿科技企業戰略、加快產業融合、提高研究經費投入、加強創新型人才引進和培養、多元化采購、大力支持并發展國產設備、校企合作-協同發展、制定相應的行業規范等方面給出高端氣象裝備自主可控發展策略。

關鍵詞：自動氣象站；自主可控；發展策略

中圖分類號：P412" 文獻標志碼：A

0 引言

黨的十九大對中國加快努力建設創新型現代化國家、增強核心自主創新驅動能力建設作出進一步安排部署及組織動員，提出了加強重點關鍵基礎共性技術、顛覆性自主技術創新體系、引領性核心技術原創和成果實現重大突破等重要措施。由此可見，只有最終實現關鍵產品核心技術自主開發可控，才能保證將產業創新持續發展的最終主動權真正牢牢地掌握在自己手中［1-2］。

在氣象領域，隨著現代科技水平的迅猛發展，我國多個地區實行建立綜合氣象觀測業務體系，多種現代化先進的氣象觀測裝備例如新型自動氣象站、氣象雷達、區域自動氣象站、降水天氣現象儀等開始廣泛應用于各級氣象部門。而目前大部分高端氣象裝備或核心技術依賴進口，要想實現完全自主可控，必須從元器件材料、設計、生產工藝、軟件系統、分系統到整機都不受制于國外，目前還不能完全做到核心技術不依賴進口。為了解決核心技術“卡脖子”“受制于人”等問題，大力發展信息技術及應用創新已成為目前國家的一項重要戰略，也是當今形勢下發展國家經濟的必然趨勢［3-4］。在國家政策層面，自主可控、國家創新體系建設、國產替代等成為“關鍵詞”；在地方政策層面，信創產業示范基地、信息技術創新平臺、協同發展等成為“關鍵詞”。為此，國家有關機構陸續出臺了相應的法規文件、采取了一些措施，國務院制定了《氣象高質量發展綱要（2022—2035年）》［5］，其中提到，截至2025年，氣象核心技術達成自主可控，旨在推動我國氣象裝備的自主發展，促使我國高端氣象裝備盡早實現自主可控。

自動氣象站是指能完全按系統設定好的任務要求，自動采集地面目標天氣所需觀測的多種環境氣象要素信息并進行處理、存儲分析和自動傳輸處理的大型地面氣象綜合觀測設備［6］，其突出特點在于具有減少了大量人工進行的地面觀測活動的重復工作量、提高了地面觀測系統設備使用的質量、確保觀測的時效、降低觀測業務成本、改善觀測業務條件等優點。

目前，在我國已經運行多年有關自動氣象站的業務，廣大氣象工作者們在實踐中積累了豐富的臺站工作經驗，但同時在運行過程中發現了形形色色的觀測問題［7］。例如：系統設計的整體開放性較低，數據采集器必須與相應類型的氣象傳感器相匹配，不利于后期進行氣象傳感器的更換或添加。另外，盡管我國的自動氣象站行業有了較快的發展，但國內氣象市場上的傳感器產品整體技術水平較低，不能與國內自動氣象站的快速發展態勢相匹配。國內氣象工作者在改進傳感器技術方面也做了不少工作［7］，距離達到世界先進水平的目標還存在著較大的差距，阻礙了未來自動氣象站技術進一步快速發展。在核心技術受限的情況下，只能依賴進口。

1 國內外自動氣象站發展現狀

1.1 國外自動氣象站

國外自動氣象站技術發展的時間較長，相對于國內的氣象站來說更加先進。最早將自動氣象站用于氣象觀測是在20世紀60年代左右，由芬蘭、美國等多個國家率先使用并發展至今。而在20世紀80年代，美國、芬蘭等多個國家就已具有成熟的自動氣象站技術，并將其廣泛地運用在地面氣象觀測網中。關于自動氣象站的設備生產，國外已經積累了大量經驗，生產的產品精確且穩定。在自動氣象站的應用領域也做了充分的探索。除了掌握常規的傳感器技術，國外有關監測雷電、濕度、云層、能見度等要素的傳感器技術也已經十分成熟。

國外主要氣象業務公司有Vaisala公司、Davis公司、Siap 公司等。以芬蘭的Vaisala公司為例，Vaisala公司是世界上知名的氣象產品公司，其自動氣象站產品也處于世界領先水平，產品目前已被全球多個地區和組織、幾十個國家用于開展氣象觀測活動。該公司研發的自動氣象站AWS810系統等就具有解決方案成熟、助力現代氣候觀測網絡、安全性高、易于部署和維護等優良特性。在與自動氣象站相關的技術中，國外的數據采集器、氣象傳感等技術相對于國內都更為先進。產品的精確性和穩定性優秀，實際操作簡單便捷，可以根據用戶的不同需求對傳感器的種類和數量進行靈活地改變，用戶可以自由地配置數據輸出的格式，具有良好的保護措施，適合復雜環境使用。

1.2 國內自動氣象站

相對國外來說，我國對自動氣象站的分析與發展是在近20年才開始的。1999年，我國將5套從芬蘭Vaisala公司引進的自動氣象站投入觀測運行，標志著我國首次在氣象觀測中正式使用自動氣象站，從此中國氣象觀測歷程進入了一個新的階段。同時，自動氣象站的自主研制生產也在加速進行，并在2000年1月1日正式將第一批自主生產的自動氣象站投入業務運行。

2012年，中國建設了33 000多個區域自動氣象站，鄉鎮覆蓋率達到85%以上。目前，國內自動氣象站基本實現了鄉鎮全面覆蓋，國家級氣象觀測站基本實現了絕大多數氣象要素的自動化觀測。根據國家統計局數據，截至2018年底，國家級氣象觀測站點數量達10 602個，區域自動氣象站點數量達53 395個。

國內較為出名的氣象公司有華云公司、長春氣象儀器廠、中環天儀（天津）氣象儀器有限公司、江蘇省無線電科學研究所有限公司等。國家氣象局已經制定了氣象數據開放的政策，關于部分氣象技術的發展開拓只是時間問題，與此同時，國內有關氣象的產業市場開始活躍起來，涌現了一大批新的氣象服務公司。在5年以內，國內氣象市場將會產生很大的變革。由于起步較晚，雖然國內氣象部門高度重視發展自動氣象站，但相關技術依舊存在缺陷，在現代觀測和數值預報等核心高技術方面存在空缺，與世界先進水平存在差距。目前，我國已普遍使用自動遙測氣象站，實現了人工氣象站與自動氣象站相結合、聯合觀測的目標。為了縮小差距甚至做到反超，實現國內自動氣象站自主可控發展，需要對現有的自動氣象站部分方面進行改造。

1.3 自動氣象站面臨的問題

傳感器是自動氣象站的關鍵部件。其中，基本六要素傳感器是觀測氣象基本六要素的（溫度、濕度、大氣壓強、風速、風向、降水等情況）傳感器。關于輻射、日照觀測的傳感器，它的測量項目比較多，有散射輻射、反射輻射、直接輻射等。由于自動氣象站不能準確地識別云的類別及數量，因此關于云的觀測其實是人工完成的。如果要做到機器觀測，則需要相應調整其分類和記錄標準使其結合實際。

由于傳感器需要面對各種氣象環境，其質量要求是十分重要的。目前，國內尚有許多自動氣象站的傳感器或傳感器的零部件依賴進口，部分產品還沒有實現業務化，甚至某些傳感器例如天氣現象傳感器在國內還沒有成熟且完善的產品。國內的傳感器產品與進口的相比，無論是精度、穩定性還是產品質量都存在一定差距。國內大部分的數據采集器必須使用在適合的自動氣象站中，傳感器的參數、數量和適合的接口也不盡相同。因此，當需要進行擴充自動氣象站觀測功能，增加新的氣象要素傳感器時，不能直接進行升級，必須對其進行更換，從而造成重復建設和資源浪費。目前，國內大多數自動氣象站的結構為集中式，各廠家的傳感器產品之間缺少聯系性，很難互相替換，在維修或更換傳感器時需要重新進行復雜校準標定。要想擺脫對國外的依賴，必須有一套自主可控策略。

2 國內自動氣象站自主可控策略研究

要想實現自動氣象站的完全自主可控，“閉門造車”是行不通的，必須向發達國家學習，學習他們先進的理念、技術、服務和解決方案等，唯有這樣，才能加速與發達國家先進技術和產品的融合，進而做出具有鮮明中國特色的產品。除此之外，產業鏈的打造，需要政府引導、市場輔導，調動和利用國內各方面的資源，以保障產業鏈的完整性。

2.1 制定發展前沿科技企業戰略

提高中國關鍵氣象核心技術項目的技術研發能力與自主可控化能力水平程度，確保關鍵核心技術能夠實現研發自主可控，強化關鍵技術基礎能力及保障技術服務配套能力，制定技術標準、規章體系、人才資源與技術保障等總體完善、科學的核心技術支持服務政策，改善能促進我國關鍵科技項目長期高效協調與可持續發展的、現代化水平提高的重大制度基礎及其保障。貫徹落實國防科工委關于“爭高端、促轉型、強基礎”專項行動計劃要求的制造技術總體目標。提升產學研合作力度，激勵相關高校、科研機構和芯片企業合作，培育綜合型的、高級技術人才，按照企業廣泛需要的人才類型定向培育專業人才。不僅如此，還應主動錄用國外的專業人才，使世界一流的技術類人才進入中國的氣象裝備行業，將內部培養和外部招聘相互結合。

2.2 加快產業融合

為提升產業在國際上的核心競爭能力，加快產業融合速度，推動產業之間的技術融合和加速知識在不同產業之間的流通，使氣象裝備行業中無法解決的關鍵核心技術難題能夠在自動化信息技術行業中發現解決的辦法。產業之間知識的溢出、流通、融合、再創新的過程也能反過來助力企業技術的不斷提升和創新，能不斷地弱化產業之間的技術壁壘，逐漸模糊產業的技術邊界，這樣氣象裝備行業的國際競爭能力就能不斷提高。同時還要合理地進行跨產業的企業并購，并購時需要考慮企業的技術條件、企業規模、共性技術及產業適應性，絕不能盲目地進行企業并購，這樣才能更好、更有效地銜接各產業間業務和技術的融合，提高氣象裝備行業在專利技術上的競爭能力。

2.3 提高研究經費投入

國家應適當提高發展有關技術的研究經費，制定有關政策促進核心技術的自主發展，設立獎勵制度，對目標完成度高的機構進行表彰并提高資金支持。政府需健全有關的激勵體系，利用優化稅制、減免稅收等措施，使企業更好地投入研發活動，從而驅動氣象裝備行業的快速發展。同時，應建立權威的相關評測機構，對自主發展核心技術工作的完成情況進行權威的評價并進行相應的指導。

2.4 加強創新型人才引進和培養

企業間的彼此競爭，說到底體現在人才間的競爭上，擁有足夠多的創新型技術人才是確保提高氣象裝備自主可控性的關鍵。第一，應當不斷地引進優秀人才；第二，應當優化人才培育模式；第三，應當健全人才管理模式，科學地激勵且穩住人才。

2.5 多元化采購

盡可能減少對某個技術壟斷廠商的依賴，可以尋找其他同類產品進行多元化采購，避免單一廠商的壟斷。與技術壟斷廠商進行合作，達成雙贏的局面。通過與技術壟斷廠商進行技術交流、聯合研發等方式，提高企業的技術水平，同時也能獲得更好的服務和支持。

2.6 大力支持并發展國產設備

國產創新設備一直都是國家關注的重點，從原來的鼓勵國產到優先國產，再到現在的采購國產。通過鼓勵和規范采購國產設備及儀器，既是促進國產品牌自主創新之舉，也能避免在關鍵技術上被“卡脖子”，加大對國產設備及儀器企業政策扶持力度，讓國產設備及儀器有更多“用武之地”。

2.7 校企合作-協同發展

采用學校與企業之間“優勢互補、合作共贏、協同發展”的發展模式，建立“校企合作、產研結合”協調聯動機制，彌補學校設備不足的缺陷，把科研過程的想法更好地付諸實踐，充分發揮各自的優勢實現資源共享，減少資源浪費。

2.8 制定相應的行業規范

為了使得未來自動氣象站行業具有更強的兼容性，需要制定相應的行業規范，其中應包括自動氣象站的分布規范、采集器設計規范、數據格式與傳輸規范以及觀測方法的規范等。這些規范有助于企業和研究機構有針對性地開展研究及工藝控制，更好地促進自動氣象站技術發展。

3 結語

本文分析了發展自動氣象站的國內外環境及概況，分析了發展自動氣象站所面臨的部分問題，提出了自主可控發展自動氣象站的策略及要求，指出國內外有關技術存在的差異；并根據當前自動氣象站技術發展現狀，從改進自動氣象站產品技術及結構、完善地面氣象觀測規范、建立核心技術支撐體系、提高研究的經費投入及政策扶持、加強氣象領域人才培養等方面給出自主發展自動氣象站的策略。

參考文獻

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［7］吳麗娜，宋媛，雷曉妹，等.自動氣象站風向傳感器校準方法探討［J］.氣象水文海洋儀器，2021（4）：68-70.

（編輯 李春燕編輯）

Research on autonomous and controllable development strategy of domestic automatic weather stationsMei" Yong1， Zhuang Jianjun1， Li Jiahao2， Shi" Hongda2

（1.Engineering Training Center，Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China;

2.Changwang School of Honors， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract：" This paper analyzes the bottleneck problem caused by non autonomous control of automatic weather stations， proposes the requirements for autonomous control of automatic weather stations， and combines the current situation of autonomous control of automatic weather station technology to formulate strategies for developing cutting-edge technology enterprises， accelerate industrial integration， increase research funding investment， strengthen the introduction and cultivation of innovative talents， diversify procurement， vigorously support and develop domestic equipment， and cooperate with schools and enterprises for collaborative development， develop corresponding industry standards and provide strategies for the independent and controllable development of high-end meteorological equipment.

Key words： automatic weather station; autonomous and controllable; development strategy