地面气象自动观测系统应用及其维护的探析
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作者: 张鹏
【摘要】地面气象自动观测系统广义是指地面自动气象站网，包括编发气象报告的中心站和自动气象站形成的通行电路，狭义上是指地面自动气象站。地面气象自动观测系统开始时最主要以人工和纯机械设备进行观测，自从石英晶体、桥式铂电阻等温度传感器完成研发投入应用以来，气温测量实现了数字化和自动化。自动气象观测网通过卫星数据传输和加密气象观测站台，提高天气预报水平。本文简述了地面气象自动观测系统的构成，对地面气象自动观测系统的应用以及地面气象自动观测系统的维护进行了探讨分析，以供相关从业人员借鉴参考。
【关键词】地面气象；自动观测系统；构成；应用；维护
随着科技信息技术的发展，地面气象自动观测系统有效利用计算机信息处理技术和现代数据通讯技术，实现多通道数据采集和自动观测数据的处理。其正常工作对天气预知具有十分重要的作用，可以有效地预防气象灾害，保卫国家安全和人们生命财产安全。依靠精确的气象自动观测系统，我们可以做到未雨绸缪、有备无患。随着地面气象观测应用的不断扩大和气象观测自动化的逐渐深入，我国正在大力支持气象观测工作的发展，努力维护地面气象自动观测站的正常运行，保障测得数据的准确性和科学性。
一、地面气象自动观测系统的构成
地面气象自动观测系统的构成：自动气象站包括硬件系统和软件系统两部分，硬件系统一般主要由供电系统、数采集器、传感系统、主控计算机、打印机和通讯设备等一些部件组成；软件系统指的是采集软件、业务软件以及远程监控软件。气象自动观测能够自动收集、存储、处理和传输气象观测数据，一般可分为有人站与无人站、实时系统与非实时系统。地面自动气象观测站具备诸多功能，如：建立气象观测数据库、自动生成观测气象要素、存储各项气象数据、编制数据报告文件等。
二、地面气象自动观测系统的应用
1、数据采集器。自动气象站的核心部分是数据采集器，可分为集散式和总线式。集散式是以CPU为核心的集中集采数据与分散处理各个传感器信息；总线式指总线挂接不同的模块采集数据且处理各个传感器信息。采集器可以进行观测数据文件的通讯、调用、调试、分析以及实时监控，其主要技术性能指标为：数据采集速率、符合“采样和算法”、电源电量保持7天以上正常工作、生成规定格式的数据文件、能存储一定容量的数据等。
2、传感器系统。地面气象自动观测站的传感系统可以分为三大类：模拟传感器、智能传感器和数字传感器，常用的六要素传感器主要分为：温湿度、风向、风速、雨量、气压。每分钟采集并存储一次数据，进过计算机处理后转换为气象要素。
3、通讯系统。地面气象自动观测站的通讯系统主要由远程通讯模块和本地通讯模块两部分构成，远程通讯模块用于各气象自动观测站之间以及气象站与中心站之间的通讯，实现远程监控的功能。本地通讯模块具备断电持续工作、自动编发文件等功能，含有异步通讯串口。
三、地面气象自动观测系统的维护
地面气象自动观测系统的正常运行离不开工作人员的认真维护，设备出现无法运行的故障时，首先应该分析其原因，结合工作状况有步骤、有条不紊地处理问题，做到具体问题具体分析。结束之后还应进行比较分析，归类故障分析案列，总结运行维护的经验，为设备更好的运行提供保障。
1、电源的维护。日常工作中要主要检查各指示灯的状态，确保电源系统中的各个环节都处在正常的运行状态。B型及S型地面气象自动观测站的采集箱内有4盏指示灯， 工作状态应该显示为红色，间隔三秒闪烁一次；电源系统的直流电指示灯正常情况为绿色；交流输入指示灯为绿色，正常工作状态为常亮；蓄电池的充电指示灯为红色，正常的状态为长亮，充电结束后熄灭；如果交流输入指示灯出现异常的情况，如果不亮，应当检查采集箱内空气开关是否正常打开、工作室内总开关是否跳闸。当蓄电池出现异常情况不能及时充电，放电至11.7伏时，将会造成数据采集器停止正常工作，导致观测数据缺失。应当始终保持蓄电池对数据采集器的正常供电、保证电源板、保险管等部件始终处于正常工作状态。在设备日常的维护与检查工作中，除了要逐一检测所有指示灯的运行状态是否正常外，还要定时地检查电源线，保证接线位置正确无误。
2、数据采集器的维护。（1）定时检查键盘各按键是否正常工作，能否正确显示数字信息；定时清理数据采集器的灰尘，防止灰尘积累影响散热与使用；避免带电插拔电缆；避免带电安装或撤换任何传感器。（2）定时检查各数据采集器电源线及控制线是否磨损破坏；定时检查各接线处是否已经松动；定时电源系统是否整体运行正常。（3）定时查看数据采集器、各个传感器的电缆连接是否已经松动；定时检查各条电缆是否已经老化磨损。
3、传感器系统的维护。（1）温度传感器的维护：保持温度传感器感应部件的清洁，对温度传感器测得数据的精确度具有十分重要的作用。温度传感器一般为电子半导体灵敏元件，极其微小的感应量的变化都将引发输出结果出现的较大差异，应当经常去除敏感元件表面的灰尘，努力使测量结果的误差最小化。（2）湿度传感器的维护：地面气象自动观测湿度传感器一般采用湿敏电容作为主要感应元件，保持湿敏电容的薄膜和外界空气充分接触，才能使其发挥感湿的作用。应当保持湿敏电筒头部的防护罩持续清洁，避免空气中的颗粒尘埃堵塞金属网孔。（3）风速风向观测传感器的维护：鉴于当前空气质量有所下降、局部地区大气污染严重的客观现实，定期检查风速风向传感器越来越重要。空气中各种颗粒尘埃较多，日积月累，容易影响风向标和风杯的运作灵活。应当将地面气象自动观测传感器拆离风架，小心清洗，特别是其中的轴承元件。（4）雨量传感器的维护：地面气象自动观测的雨量传感器运用雨量筒积累雨水，而雨量筒的进水口处的漏斗孔十分细小，很容易被雨水中携带的灰尘、草叶、树木等堵塞。为了避免这样的堵塞物对雨量计的测量结果产生误差，应当经常检查雨量筒。如果发现有堵塞现象，应当采取正确的措施疏通漏斗，保证其能测得较为准确的雨量。（5）气压传感器的维护：为了避免各种异物和不易察觉的污染，经常检查地面气象站的气压传感器的通气嘴十分有必要。
4、常规仪器的维护。（1）检查微型计算机实时显示的观测数据是否正常，是否与人工测得数据有较大的出入。（2）发电机、交流供电设备和UPS是否处于正 常工作状态。（3）在一级以上风力的环境下，风速、风向观测设备是否正常转动，如有故障立即排查。（4）雨量计的盛水口漏斗是否保持畅通，如果堵塞立即清理。（5）遥测温度计摆放在地面土壤的位置是否正确无误。（6）各个传感器的灵敏元件是否保持清洁，例如：温度传感器的百叶箱是否清洁。（7）工作室内各部件之间的连接是否紧固。（8）配备的人工观测仪器是否正常工作。
结束语：
随着地面气象观测应用的不断扩大和气象观测自动化的逐渐深入，我国正在大力支持气象观测工作的发展。为了维护地面气象自动观测站的正常运行，保障测得数据的准确性和科学性，应当采取有效的措施对地面气象自动观测站进行管理。
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