探究國家級自動站現場校準方法

引言

自動氣象站是一種用于監測氣象條件的設備，可以連續采集和記錄氣象數據。氣象觀測是氣象業務的基礎，自動氣象站作為獲得觀測數據的主要設備，其數據準確與否決定了整個氣象業務的質量。自動氣象站的氣象儀器由各個氣象要素傳感器以及數據采集器和傳輸器組成，由于傳感器均為電信號輸出，其測量準確度會隨時間延長而發生漂移，為保證氣象儀器采集數據完整、可靠，杜絕觀測設備出現超檢情況，必須定期對自動氣象站的儀器進行檢定和校準。

一、地市級移動氣象計量檢定系統建設現狀

目前福建省國家級地面氣象觀測站的風速、氣壓、濕度、氣溫傳感器由市局統一負責送省大探中心檢定，國家級地面氣象觀測站風向傳感器、蒸發傳感器、翻斗式雨量傳感器、稱重降水傳感器、地溫傳感器、降水現象儀、前向散射式能見度儀的校準由市局信保中心負責現場校準，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、降水現象儀 1

氣溫、地溫、風向、風速、蒸發 2

表1傳感器檢定周期

二、國家級自動站的現場校準

（一）國家級自動站校準依據

依據文件為《自動氣象站現場校準規范（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則》。

（二）國家級自動站現場校準標準器

市局標準器是由全省統一配備，其主要性能如下：

標準器 型號 測量范圍 不確定度或準確度等級

干體爐

雨量校準儀

風向校驗儀

蒸發校準模塊 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標準器主要性能

（三）國家級自動站校準流程

國家級自動站校準流程圖如下：

圖1國家級自動站校準流程圖

（四）國家級自動站現場校準

1.地溫、草溫傳感器的校準

（1）校準環境應滿足：氣溫（5～35）℃，濕度≤90%RH，風速≤5m/s。

（2）校準點的選擇：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：將標準器的傳感器和地溫（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-10℃點，同時深層地溫用干體爐RTC-158校準0℃點，當恒溫槽內溫度值達到設定溫度穩定5分鐘后，每分鐘讀取一次標準值和被測傳感器示值，共讀取3次。

2.風向傳感器的校準

（1）校準環境應滿足：溫度（0～40）℃，濕度≤85%RH，風速≤5.0m/s。

（2）校準點的選擇：0°、121°、239°。

（3）操作步驟：將風向校驗儀JJE10放置在平穩的工作臺面上，調節水平，并將被檢風向傳感器安裝于風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整到適當高度，將風向傳感器的風向桿固定在定位叉內，選擇被檢傳感器響應的風向型號，先進行指北校準，穩定2分鐘后讀取風向測量系統風向顯示值，然后依次完成121°、239°的校準。

3.雨量（含稱重雨量）傳感器的校準

（1）校準環境應滿足：氣溫（5～35）℃，濕度≤90％RH，風速≤5m/s。

（2）校準點的選擇：降水強度分別為1mm/min和4mm/min。

（3）翻斗雨量傳感器操作步驟：將雨量標準器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注水，各校準3次，記錄校準數據。

（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試助手（如SSCOM42軟件），按照設備的波特率（9600，8，N，1）打開串口，發送DMPR命令，軟件中就會顯示當前分鐘記錄。每次校準結束后，通過串口調試助手確認小時降水量值不增加為止，記錄校準數據，如果雨量校準過程跨整點，需加上上一時次開始校準后的降水，通過發送DMPRYYYY-MM-DDHH：00：00命令讀取上一時次的雨量數據。校準時雨量標準器JJS2的降水強度和校準次數類同于翻斗雨量傳感器的校準。

4.蒸發傳感器的校準

（1）校準環境應滿足：溫度（0～35）℃，濕度≤90%RH，風速≤5m/s。

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

（3）操作步驟：將蒸發傳感器AG2.0取出，調節不銹鋼圓筒至水平，將72mm（10mm）模塊放入不銹鋼圓筒內，將蒸發傳感器放回原位，穩定2分鐘后讀取5次蒸發示值并記錄；然后分別用20mm、40mm、60mm、80mm和98.1mm模塊和10mm模塊組成標準值進行校準，并記錄校準數據。

5.能見度傳感器的校準

（1）校準環境應滿足：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）環測有限公司的DNQ3型前向散射能見度儀為例，進行操作說明。首先在能見度儀接收端安裝堵頭，設備至少工作10分鐘，讀取設備穩定的輸出值，應為設備量程上限值。接著取下堵頭，安裝散射板在接收端，穩定10分鐘后，讀取設備穩定的輸出值，范圍應為90～110之間，并記錄校準數據，超出此范圍應對能見度儀進行校準。最后同時安裝散射板和衰減器，衰減器裝在能見度儀的發送端，穩定10分鐘后，讀取設備穩定的輸出值，范圍應為900～1100之間，并記錄校準數據，超出此范圍應對能見度儀進行校準。

6.降水現象儀的校準

（1）校準環境應滿足：天氣晴朗，能見度大于10km；空氣溫度（0～30）℃，風速≤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：將降水現象模擬裝置放入降水現象儀收發光路中間，確保降水現象儀的激光束處在降水現象模擬單元透光孔的中心位置，并連接好通信線和電源線。打開降水現象儀核查軟件，完成標校信息和靜態信息設置后，直接點開始進行校準。

三、國家級自動氣象站校準期間數據處理

自動氣象站現場校準期間應盡量避開正點，一般正點上傳數據形成后就可以開始了。國家級自動站主站校準期間數據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（ISOS）對檢定傳感器進行標定操作，檢定期間ISOS軟件不對檢定傳感器數據進行生成上傳，整點數據臺站值班人員需在整點后10min內完成氣象資料業務系統（MDOS平臺）檢定傳感器數據錄入，數據用備Mdgfhn9vfH7aODMgaZAbgQ==站數據替代，分鐘數據需在24小時內入錄完，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務運行信息化平臺（天元）進行專項巡檢。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行對換，即備站主采集器數據輸出端子插入主站硬件集成控制器原主采集器口，主站主采集器數據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讀取備站主采數據生成報文進行上傳，臺站值班人員需做好氣象資料業務系統（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務運行信息化平臺（天元）進行專項巡檢。

第一種數據處理方式適合檢定時間較短，能在一小時內完成，如能見度傳感器和雨滴譜傳感器的校準，氣溫、氣壓、濕度和風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、蒸發等傳感器，地溫校準結束后還需要3個多小時的穩定期，這時如果選用第一種數據處理方式，會出現主站測報機地面氣象綜合觀測系統長時間數據缺失，導致業務人員須在氣象資料業務系統（MDOS平臺）人工補入缺失的分鐘數據，增加業務工作量。

四、國家級自動氣象站現場校準中注意事項

在國家級自動站傳感器在現場校準中需注意5個方面，具體如下：

（1）在進行現場校準時，應確保校準設備的準確性和可靠性，并嚴格按照校準步驟進行操作。

（2）校準前要確定環境是否滿足要求，檢查測量設備的狀態是否正常，如不滿足要求，不得進行校準工作。

（3）在校準前做好地溫傳感器端編號標注，確保校準后各地溫傳感器順序連接準確無誤。校準完畢后，需等待干體爐恢復室溫時，再關閉電源，以保證設備安全。

（4）由于對草溫、地溫、蒸發等傳感器進行現場校準時所需時間較長，為了減少數據的缺測和不正常記錄，校準主站時，可以用備站主采數據進行替代。標定期間及標定結束后，注意上網查看氣象資料業務系統（MDOS平臺）數據質量控制信息反饋，如有疑誤數據，及時反饋。

（5）到檢更換的傳感器（如氣溫、氣壓、濕度、風速）需與另一套站相應設備做比對，并填寫比對記錄。

五、結語

通過對國家級自動站各傳感器的現場校準，確保氣象觀測數據的準確性和可靠性，為氣象災害監測、預報預警提供科學、可靠的數據來源，提升氣象防災減災能力。

（作者單位：福建省寧德市氣象局）