分析气象自动站运行原理与维护论文_夏玉丹

摘要:随着科学技术的发展,气象自动站为人们提供了便利的气象服务,同时有助于加强自然灾害的预防能力。就气象自动站运行看,气压、温度、湿度等数据信息尤为重要,而基于不同观测环境、采集方式、算法等条件,其数据信息存在一定的差异,不利于为工作人员提供可靠的依据。但是,气象自动站仪器设备长期处于运行状态,极易出现故障问题。对此,本文主要对气象自动站的运行原理及维护问题做进一步的探究,确保气象自动站的高效运行。

关键词:气象自动站;运行原理;维护

前言:气象自动站是气象部门获取有价值气象信息的重要渠道,了解其运行原理和维护问题,对提高气象自动站的运行效率发挥积极的作用。从自动站的特点看,具有数据密度大、数据信息广泛、数据实时更新等诸多优势特点,可将大气波动变化情况描述的更为详细,有代表性,为气象工作者的科学决策提供依据。

一、气象自动站的运行原理

气象自动站运行中,通过各传感器,将各气象要素的变化转化成与之相对应的电信号变化,然后在数据采集器的采集等处理后,相关数据信息传输至计算机,工作人员再行整理分析,汇总气象资料,为气象部门的进一步工作创造有利条件。

(一)气压仪器采集原理及误差原因

自动站气压传感器的工作原理是:通过先进的RC振荡电路和3个参考电容、电容压力传感器及电容温度传感器进行连续测量。它有较宽的工作温度和气压测量范围,感应元件由上下两个单晶硅基片形成空腔,而空腔中隔一层镀有金属的薄胶片,下腔体底部喷镀金属电极。该感应元件具有滞后性、重复性、温度特性、长期稳定性等特性,其电容值随大气压变化而变化,因而能够有效采集气象数据。

气压仪器采集工作中,难免产生误差,究其原因,自动站气压传感器大多安装于室外的环境中,可直接测出本站的气压值;而人工站要获取本站气压值,需通过水银气压表,并进行高度、重力、温度等方面的公式计算方可获得,二者之间难免会产生误差。此外,气象自动站所处的海拔高度位置不同,也会造成气压值测量产生误差[1]。

(二)温度仪器采集原理及误差原因

自动站温度传感器的仪器与人工站仪器的采集原理有明显差异。从自动站温度传感器的原理看,将0℃作为基点温度,所采集的数据信息经采集器、计算机信号处理后,生成气温资料,以便于工作人员确定气温、地温等具体的数值。

基于自动站和人工站的温度传感器仪器采集数据,存在一定的差异。首先,自动站采集数据为每分钟的平均值;人工站的观测数据是瞬时值。其次,自动站数据采集是四个温度探头同时采集数据后的平均值,且平均值是正点观测值,而四个探头中的任意一个,如果安装不规范,则会影响数据的可靠性;而人工站对仪器的安放有较高要求。再次,自动站仪器安装后,需要保持固定,维持恒定的状态;人工站的仪器需要进行人工调整,根据最高、最低值去合理安放。最后,如果冬季下雪时,自动站的感应器可以不动,然而人工站的感应器必须放在雪面上,以免产生不必要的温度差。由此,面对温度骤升骤降的现象,人工站的数据不易观测,需与自动站数据相结合查看,以做出更为精准的判断[2]。

(三)湿度仪器采集原理及误差原因

气象自动站湿度传感器是湿敏电容,是一种利用有机高分子膜为介质的小型电容器,在发生感应之后,水汽通过上电极进入介质层,介电常数产生变化。换言之,电容量的变化和相对湿度的变化呈正比例关系,能够使湿度传感器快速而准确的感应到空气湿度数值。

气象自动站的湿度对比观测值如果相差较大,原因有许多种。一方面,时间相位不同、采集方式不同;另一方面,人工干预的影响。对于此,湿度值可能会产生误差,值得注意的是,工作人员应注意观察湿度变化趋势是否是一致状态,如果是,则认为是数据正常范围内的误差。对湿度传感器,建议工作者每周进行湿球纱布更换一次,如果室外温度小于5℃,则湿球可能出现结冰现象,应对其进行人工融冰。该工作质量直接影响湿度变化。长期观测实践中,虽然人工观测值与自动站的观测值基本上保持趋势一致,但离散性十分明显,误差很大。基于自动站的湿度传感器感应是无人工干预的,其测湿值较为恒定,相对客观,因而具有更高的参考价值[3]。

二、气象自动站的维护

图1

在气象自动站运行过程中,加强仪器维护是尤为重要的,这也是确保自动站有效运行的前提条件。就其维护工作,主要表现在以下几个方面:首先,定时查看电源连接状况,数据采集器显示屏的数据是否有效、通讯系统指示灯是否处于正常工作的状态,以及线路是否畅通。同时,建议工作人员每日19点对相关仪器进行校正。其次,指派专人在每日清晨及黄昏时间对气象观测场加以全面的巡视。再次,定期清洁自动站的仪器设备,特别是感应器等较为灵敏的设备。在清洁过程中,工作人员应坚持轻拿轻放的原则,避开采集数据集中的时间。所以,妥善安排清洁时间是必要的,避免造成不必要的数据丢失等问题。第四,对于气象自动站而言,计算机不能一直处于工作状态,否则极易出现死机的问题。所以,建议工作人员选择非采集和上传数据的时间段,对计算机进行关机维护,保证计算机处于最佳的运行状态。最后,在雨季来临时,做好避雷措施,使采集器免遭雷击危险。如果降雨量过大,待降水过后,及时平整地温场地,防止地面凹凸现象给自动站地温感应点带来错误的数据采集引导。如此,通过有效的维护工作,气象自动站可充分发挥其应用优势[4]。

结论:现阶段,气象现代化进程已然是不可逆转的必然趋势。但是,要实现气象现代化,必须以自动化为前提条件。所以,气象自动站应具备充足的仪器设备、完善的管理条件、科学而系统的分析系统。纵观气象自动站的运行现状,气压仪器、温度仪器、湿度仪器有着不同的运行轨迹,通过协同工作,使气象工作人员获取更为充分的数据。通过对气象自动站运行原理及维护问题的研究,有利于减轻观测工作者的工作量,并提高气象观测效率,推进气象现代化的发展进程。

参考文献:

[1]胡伟.区域自动气象站运行故障排查及日常维护[J].科技风,2018(08):102+104.

[2]张斌.自动气象站雨量传感器异常问题处理及日常维护[J].南方农机,2018,49(01):162+165.

[3]邱宁刚,黄世谋,李甲平,等.区域自动气象站运行情况及维护保障措施[J].数字通信世界,2017(12):249+283.

[4]余昌松,安涛,刘大伟,等.区域自动气象站运行维护及故障维修方法的探讨[J].中国农业信息,2017(09):59-61.

论文作者:夏玉丹

论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第2期

论文发表时间:2020/4/22

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