同仁县气象局 贵州同仁 811399
摘要：自动气象站在我国已运行多年，气象工作者积累了丰富的经验，同时也发现许多问题。要提升我国地面气象观测自动化水平，在对自动气象站改造和升级换代时，应当以丰富经验为基础，以实际业务需求为参考，研制国际领先自动气象站和气象传感器。
关键词：自动气象站 气象传感器 现状 前景分析
1 自动气象站工作原理及结构
自动遥测气象站一般由传感器、数据采集器、主控微机、显示打印系统和供电系统等部分组成，传感器包括有温湿度传感器、气压传感器、风向风速传感器和降水传感器等。自动气象站将各要素传感器所测要素的量值以各种电信号（模拟信号和数字信号）形式传入或数据采集器；数据采集器采集各传感器信号，并对信号处理，通过一根通讯电缆与主控机通讯；主控微机接收数据采集器传送来数据信号，并通过终端软件按地面气象观测规范要求，实施地面气象观测业务工作，其工作原理图1所示。
图1 自动遥测气象站工作原理
2气象站发展现状
2.1 国内自动气象站发展现状
当前国内有多个厂家生产自动气象站，如北京华创升达高科技发展中心和天津气象仪器厂的CAWS 系列、长春气象仪器厂的DYYZ II系列、江苏无线电研究所的ZQZ_C II系列、广东省气象技术装备中心的ZDZ II型和北京阿斯曼科技发展公司的ASM、XYZ系列。其中CAWS600、XYZ06及机场地面气象观测自动化系统在军队和地方台站得到广泛推广和应用。
2.2 国外自动气象站发展现状
目前全世界70多个国家和20多个地区和组织基本都使用芬兰VAISALA公司气象产品进行气象观测，自动气象站也不例外。与国产自动气象站相比，国外自动气象站和气象传感器技术先进，产品精确性和稳定性优越，可以根据用户不同需求增减传感器种类和数量，实际操作简便，用户能自由配置数据输出格式；采用良好防护措施，适用于各种复杂环境，在装备使用机动性、操作便捷性、维修快捷性、恶劣环境适应性等都做得较好。
3 自动气象站的发展前景
3.1 自动气象站结构
目前，我国所使用自动气象站都属于集中式，结构封闭；国内各厂家生产传感器独立性不强，互换性差，每次维修或更换传感器都要重新校准标定，校标过程复杂。基于总线制分布式或网络型结构自动气象站可很好解决这些弊端，成为自动气象站发展趋势之一。分布式自动气象站的“分布”，一方面指硬件设备分散在一个相对广泛区域里，通过一条数据总线把各个部件连接起来；另一方面是指硬件各部分相对独立，数据采集分散在各个智能传感器里面。总线控制器负责提供现场总线（RS485或CAN总线），分布在不同区域里各种智能传感器都可通过该总线与计算机进行数据通讯，实现分布测量。江苏省无线电科学研究所研制的新一代自动气象站——ZQZ-B型分布式自动气象站，具有如下特点：（1）面向用户，可自由组合、积木式构建系统；（2）CAN总线结构，开放式设计，传感器独立性好，可任意增减和组合，使用维护方便；（3）采集通道零误差，精度主要取决于传感器精度。（4）可以进行有线或无线技术大范围组网。
3.2 气象传感器
3.2.1 基本六要素传感器
对于温度、湿度、大气压强、风速、风向和降水量六要素观测，目前自动气象站有部分传感器需要进口，国产传感器在精确度、稳定性、可靠性等方面与进口传感器有一定差距。因此国内厂家应吸收国外先进经验，改进生产工艺，突破关键技术，生产符合自动气象站观测要求的气象传感器，提高气象传感器国产化水平。
3.2.2 蒸发、辐射、日照传感器
辐射测量项目较多，包括总辐射、散射辐射、直接辐射、反射辐射、净全辐射和分光谱辐射等。相应传感器也较多，CAWS600-B型自动气象站中就装备有总辐射表（TBQ-2-B）、直接辐射表（FBS-2-B）和净辐射表（FNP-1）。目前，我国自动气象站对于辐射观测还没有完全实现业务化。
3.2.3 测云传感器
地面气象观测规范中关于云分类、记录和编发报等是针对人工观测制定的，对于仪器观测并不完全符合，其分类原则和记录应当结合实际需要相应调整。在推动云的器测同时，应制定云的器测标准，使云的器测规范化、标准化。
3.2.4 能见度传感器
与测云传感器相比，能见度传感器种类较多，应用广泛。目前，气象站广泛使用前向散射能见度仪，而自动气象站还没有实现业务化。应当对现有能见度仪改进，设计符合自动气象站观测要求的能见度仪；制定能见度器测规范，使能见度仪规范化、标准化；同时大力发展国产传感器，提高国产能见度仪技术水平和产品质量。
3.2.5 天气现象传感器
天气现象包括降水现象、雾现象、风沙现象、雷电现象和地面冻结现象等9类。目前使用最广泛的是芬兰VAISALA公司的PWD12 和 PWD22系列天气现象传感器，能够对能见度及引起能见度变化天气现象、降水类型、降水量和降水强度等探测。由于降水现象涉及多种气象要素，使用多种传感器对降水现象综合探测也是有效手段之一。国内成熟的产品还没有出现，亟需我国气象工作者努力。
3.2.6 雷电传感器
目前对电场强度、雷电过程和发生位置探测主要利用大气电场仪和闪电定位仪，当前广泛应用的仪器有Vaisala的LPATS系列和LS系列闪电定位仪，美国GAI公司的IMPACT闪电定位仪和LDAR系列闪电探测仪，及中科院空间中心研制的DNDY型地面电场仪和ADTD闪电定位仪等。当前发展趋势除研究如何调整改造雷电探测设备结构组成，满足自动气象站系统要求外，还应研究如何对装备雷电传感器自动气象站布网，规划配置方案，制定组网规范，大力推动自动气象站系统中雷电传感器业务化。
3.3 数据采集器
目前数据采集器大多都是与相应自动气象站配套使用，不同传感器数量、型号对应不同传感器接口。当需要扩充自动气象站观测功能，增加新的气象要素传感器时，不能直接升级，必须对更换，造成重复建设和资源浪费。因此，应当使数据采集器能实现要素传感器随意增减和热插拔，根据用户不同需求灵活增减要素传感器。
4 结论
①改进自动气象站结构，采用总线制分布式或网络型结构，能够提高自动气象站操作性和扩展性，是我国自动气象站发展方向之一。
②改进和完善数据采集器结构，使数据采集器能实现传感器随意增减和热插拔，提高自动气象站扩展性和通用性。
③应当从观测实际需求出发，针对自动气象站和气象传感器技术指标修改、制定云、天气现象等器测规范，促进多种气象传感器在自动气象站业务应用。
参考文献
[1]岳立成.利用RS-485总线实现气象要素分布时自动采集，气象水文海洋仪器， 3/32005
[2]岳立成.总线制分布式气象要素采集系统初探[J].吉林气象，2006（2）
[3]李黄.自动气象站使用手册[M].气象出版社，2007.10
作者简介：乔国兴 (1983-)男,土族,青海省民和县人，大学本科，大气探测工程师，从事气象工作。
论文作者:乔国兴
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：传感器论文; 气象论文; 自动气象站论文; 能见度论文; 总线论文; 要素论文; 数据论文; 《基层建设》2018年第5期论文;