地面气象观测规范第17部分自动气象观测系统.docx

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地面气象观测规范第17部分自动气象观测系统

中国气象局发布

地面气象观测规范

第17部分：

自动气象观测系统

SpecificationsforSurfaceMeteorologicalObservation

Part17:

AutomaticMeteorologicalObservingSystem

（草案稿）

目次

1前言

QX/TXXXX—2005《地面气象观测规范》分为二十二个部分：

——第1部分：

总则

——第2部分：

云

——第3部分：

能见度

——第4部分：

天气现象

——第5部分：

气压

——第6部分：

空气温度和湿度

——第7部分：

风向和风速

——第8部分：

降水

——第9部分：

雪深与雪压

——第10部分：

蒸发

——第11部分：

辐射

——第12部分：

日照

——第13部分：

地温

——第14部分：

冻土

——第15部分：

电线积冰

——第16部分：

地面状态

——第17部分：

自动气象观测系统

——第18部分：

月报表处理和编制

——第19部分：

辐射报表处理和编制

——第20部分：

年报表处理和编制

——第21部分：

缺测记录的处理和不完整记录的统计

——第22部分：

观测记录质量控制

本部分为QX/TXXXX—2005的第17部分。

本部分的第6章、第7章为强制性标准，其余技术内容为推荐性标准。

本部分是在引用和参考国家标准及国际标准的基础上编制的。

本部分符合引用国家现行有关强制性标准的规定。

在本部分编制过程中，编制组进行了大量的调查研究，总结了多年来地面气象观测的实践经验，吸收了国内外成熟的先进技术成果，并广泛地征求了有关单位和专家的意见，经多次讨论修改，最后批准发布。

本部分由中国气象局提出，中国气象局政策法规司归口。

本部分主要起草人：

2引言

我国地面气象观测至今还没有颁布国家标准。

为了保证地面气象观测资料的代表性、准确性和比较性，便于资料的国际、国内交换、共享和使用，必须统一我国地面气象观测技术标准，能够满足世界气象组织的要求。

鉴于中国气象局颁发的《地面气象观测规范》多年来已为国内很多行业所公认和采用，故QX/TXXXX—2005主要依据的国内文件是《地面气象观测规范》（中国气象局，气象出版社，2003.11）及其有关补充文件。

参考的国际文件是《气象仪器和观测方法指南》第六版（世界气象组织）和《全球观测系统手册》（世界气象组织）。

QX/TXXXX—2005是我国第一次颁布的地面气象观测国家标准，其结构如前言所述。

QX/TXXXX—2005是根据国务院气象主管机构的要求，按照GB/T1.1—2000标准化工作导则第1部分《标准的结构和编写规则》的格式要求编制的。

本部分是QX/TXXXX—2005的第17部分，其他部分同时发布。

本部分为首次发布，并无其它标准废止或代替。

地面气象观测规范

第17部分：

自动气象观测系统

21　范围

本部分规定自动气象站的结构和工作原理、硬件、软件、采样和算法、安装、维护等技术要求。

本部分是使用自动气象站测量的业务规则和技术规定。

自动气象观测仪器和业务软件的技术、操作手册是对本部分的必要补充，编制时必须以本部分为依据，其内容不得与之相违背。

本部分适用于使用自动气象站测量的各类气象台站。

22　规范性引用文件

下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

《地面气象观测规范》（中国气象局，气象出版社，2003.11）

《气象仪器和观测方法指南》第六版（世界气象组织）

《全球观测系统手册》（世界气象组织）

QX/T1—2000Ⅱ型自动气象站

QX/T4—2000气象台（站）防雷技术规范

自动气象站防雷。

。

。

。

。

23　术语和定义

本标准采用下列术语和定义。

23.1　

自动气象站automaticmeteorologicalstation

一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。

如果需要，可直接或在中心站编发气象报告，也可以人工输入资料，对还不能全部自动化观测的目测或人工观测项目进行编辑，满足业务的需求。

在人工气象站，它仅仅是观测员简单的辅助工具；而在全自动气象站，它完全代替了观测员的工作。

23.2　

自动气象站网automaticmeteorologicalnetwork

由一个中心站、若干个自动气象站通过有线或无线通信电路和组网软件组成。

23.3　

自动气象观测系统automaticmeteorologicalobservingsystem

从狭义上说是指自动气象站，从广义上说是指自动气象站网。

23.4　

实时自动气象站realtimeautomaticmeteorologicalstation

能按规定的时间实时提供气象观测数据的自动气象站。

23.5　

非实时自动气象站

只能定时记录和存储观测数据，但不能实时提供气象观测数据的自动气象站。

23.6　

传感器

能感受被测气象要素的变化并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换器组成。

23.7　

模拟传感器

输出是电压、电流、电荷、电阻或电容，通过信号整形，然后再把这些基本信号转换成电压信号。

23.8　

数字传感器

带有并行数字信号输出的传感器，输出由二进制位或由二进制位组组成的信息，以及输出脉冲和频率信号的传感器。

23.9　

智能传感器

一种带有微处理的传感器，具有基本的数据采集和处理功能，可以输出并行或串行信号。

24　结构及工作原理

24.1　体系结构

自动气象站由硬件和系统软件组成。

硬件包括传感器、采集器、通讯接口、电源、计算机等，系统软件有采集软件和业务应用软件。

为了实现组网和远程监控，还须配置远程监控软件，将自动气象站与中心站联接形成自动气象站网（见图1）。

图1　自动气象观测系统结构图

现用自动气象站主要采用集散式和总线式两种体系结构。

集散式是通过以CPU为核心的采集器集中采集和处理分散配置的各个传感器信号；总线式则是通过总线挂接各种功能模块（板）来采集和处理分散配置的各个传感器信号。

24.2　工作原理

随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。

在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在计算机屏幕上，并按规定的格式存储在计算机的硬盘上。

在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中。

根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。

通过对自动站运行状态数据的分析，实现自动站的远程监控。

24.3　主要功能

a）自动采集气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发量、日照、辐射、地温等全部或部分气象要素。

b）按业务需求通过计算机输入人工观测数据。

c）按照《QX/T××××—2005地面气象观测规范第5部分：

气压》中海平面气压计算公式自动计算海平面气压；按照附录2湿度参量的计算公式计算水汽压、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量。

d）按业务需求编发各类气象报告。

e）按《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》形成观测数据文件。

f）按业务需求编制各类气象报表。

g）按业务需求实现通讯组网和运行状态的远程监控。

25　硬件

25.1　传感器

分为模拟传感器、数字传感器和智能传感器三大类，常用的传感器有：

气压——振筒式气压传感器、膜盒式电容气压传感器；

气温——铂电阻温度传感器；

湿度——湿敏电容湿度传感器；

风向——单翼风向传感器；

风速——风杯风速传感器；

雨量——翻斗式雨量传感器、容栅式雨量传感器；

蒸发——超声测距蒸发量传感器；

辐射——热电堆式辐射传感器；

地温——铂电阻地温传感器；

日照——直接辐射表、双金属片日照传感器。

25.2　数据采集器

数据采集器是自动气象站的核心，其主要功能是数据采样、数据处理、数据存储及数据传输，其主要技术性能为：

a）数据采样速率及算法符合本标准“采样和算法”的规定；

b）采集器的电源能保证采集器至少7天正常工作，数据存储器至少能存储3天的每分钟气压、气温、相对湿度、1分钟平均风向和风速、降水量和表1中所列全部或部分项目的每小时正点观测数据，能在计算机中形成规定的数据文件（参见《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》）。

表1　每小时正点观测数据

2分钟平均风向

露点温度

最低草温

2分钟平均风速

本站气压

最低草温出现时间

10分钟平均风向

最高本站气压

蒸发量

10分钟平均风速

最高本站气压出现时间

日照时数

最大风向

最低本站气压

总辐射曝辐量

最大风速

最低本站气压出现时间

总辐射最大辐照度

最大风速出现时间

地面温度

总辐射最大辐照度出现时间

瞬时风向

地面最高温度

净全辐射曝辐量

瞬时风速

地面最高温度出现时间

净全辐射最大辐照度

极大风向

地面最低温度

净全辐射最大辐照度出现时间

极大风速

地面最低温度出现时间

净全辐射最小辐照度

极大风速出现时间

5cm地温

净全辐射最小辐照度出现时间

降水量

10cm地温

直接辐射曝辐量

气温

15cm地温

直接辐射最大辐照度

最高气温

20cm地温

直接辐射最大辐照度出现时间

最高气温出现时间

40cm地温

水平直接辐射曝辐量

最低气温

80cm地温

散射辐射曝辐量

最低气温出现时间

160cm地温

散射辐射最大辐照度

相对湿度

320cm地温

散射辐射最大辐照度出现时间

最小相对湿度

草温

反射辐射曝辐量

最小相对湿度出现时间

最高草温

反射辐射最大辐照度

水汽压

最高草温出现时间

反射辐射最大辐照度出现时间

c）具有显示功能的采集器，能直接从显示器上读取以下所需的全部或部分数据：

1）可读取瞬时的数据有：

风向、风速、气温、相对湿度、本站气压、海平面气压、降水量、各层地温、各种辐射的辐照度等。

2）可读取定时数据有：

2分钟平均风向、2分钟平均风速、气温、露点温度、本站气压、海平面气压、降水量。

d）时钟误差不超过30秒/月。

e）可以使用交流或直流供电。

25.3　电源

自动气象站具备高稳定性、无干扰的系统电源。

在有市电的地方，使用市电，并对备用电池浮充电，以备市电出现故障时使用。

若使用计算机，则应配备不间断电源（UPS）和后备电池。

在无市电的地区，自动气象站可用电池供电，这时，可用辅助电源对电池充电。

可作辅助电源的有：

柴油或汽油发电机、风力发电机、太阳能电池板等。

25.4　通信接口

联接采集器与计算机、计算机与中心站、采集器与中心站等的通信联接设备。

25.5　外围设备

根据业务的需要，可配置的外围设备有：

计算机、打印机、显示器等。

26　系统软件

26.1　采集软件

采集软件由厂家提供，写在采集器中。

应遵守本标准及其他气象技术规定。

其主要功能有：

a）接受和响应业务软件对参数的设置和系统时钟的调整（时钟也可在采集器上直接调整，但必须保证采集器和计算机时钟一致）；

b）实时和定时采集各传感器的输出信号，经计算、处理形成各气象要素值；

c）存储、显示和传输各气象要素值；

d）大风报警；

e）运行状态监控。

26.2　业务软件

业务软件根据地面气象观测业务的需要编制，由国务院气象主管机构颁发。

其主要功能包括：

参数设置、实时数据显示、定时数据存储、编发气象报告、数据维护、数据审核、报表编制，按照《地面气象观测数据文件和记录簿表格式》形成统一的数据文件等。

27　采样和算法

27.1　采样

a）自动站的数据采样在采集器中完成，采样顺序：

气温、湿度、降水量、风向、风速、气压、地温、辐射、日照、蒸发。

b）气温、湿度、气压、地温、辐射的采样速率为每分钟6次，去掉一个最大值和一个最小值，余下的4次采样值求算术平均。

1分钟平均值为瞬时值。

c）风向、风速的采样速率为每秒钟1次，求3秒钟、2分钟、10分钟的滑动平均值。

3秒钟的平均值为瞬时值。

d）降水量、蒸发量和日照时数的采样速率为每分钟1次。

e）平均值在等时间间隔内取得，时间间隔不能超过传感器的时间常数。

各要素的时间常数、采样速率、平均时间要求见《QX/T××××—××××地面气象观测规范第1部分：

总则》。

27.2　算法

a）平均值

1）气温、湿度、气压、地温、辐射均为1分钟内有效采样值的算术平均。

2）

风速以1秒钟为步长，求3秒钟的滑动平均值；以1秒钟为步长，求1分钟和2分钟滑动平均风速；以1分钟为步长，求10分钟滑动平均风速。

3）风向、风速采用滑动平均方法，计算公式为：

………………………

（1）

K=3t/T………………………

（2）

式中：

——n个样本值的平均值；

——n-1个样本值的平均值；

yn——第n个样本值；

t——采样间隔（s）；

T——平均区间（s）。

4）风向过零处理算法：

计算yn-

=E，若E>180°，则从E中减去360°；若E＜-180°，则在E上加360°。

再用此E值重新计算

。

若新计算的

＞360°，则减去360°；若新计算的

＜0°，则加上360°。

b）极值选取

1）最大风速从10分钟平均风速值中选取。

2）其他要素的极值（含极大风速）均从瞬时值中选取。

c）降水量、日照时数、蒸发量、辐射均计算累计值。

28　安装

28.1　基本要求

a）温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发、辐射、地温、日照传感器均按照《QX/T××××—××××地面气象观测规范﹒总则》的要求安装在观测场规定的位置上，风向、风速传感器也可以安装在屋顶平台上，气压传感器一般安装在数据采集器内。

b）安装前应认真阅读仪器技术手册，按照要求进行安装。

不同型号的自动气象站的数据采集器安装地点不同，可安装在观测场内或观测值班室内。

c）计算机、打印机及其电源（蓄电池、UPS电源）等设备均安放在观测值班室内。

d）传感器和数据采集器用专用电缆连接。

e）各传感器的安装高度应符合《QX/T××××—××××地面气象观测规范﹒总则》的要求。

28.2　传感器的安装

各传感器的安装见气象要素的观测标准《QX/T××××—2005地面气象观测规范第1部分：

总则》中的有关规定。

28.3　电缆的安装与连接

a）为了防雷、防鼠、防水和安装、维修方便，自动气象站的电缆应穿入电缆管内，电缆管应安置在电缆沟内。

b）电缆沟应便于排水、通风，两侧应砌砖墙，砖墙壁上预设安置电缆管的金属支架（或金属挂钩），为防止电缆被积水浸泡，安置电缆的金属支架（或金属挂钩）距离地沟底的高度以不小于30cm为宜；观测场内的电缆沟一般在小路下面，沟上面盖的水泥盖板就是小路的路面，沟的宽度以30cm左右为宜，沟的深度以便于安装电缆和防止大雨后积水为宜。

c）不宜建电缆沟的台站，也可采用埋电缆管和修建电缆井的方法铺设电缆。

d）电缆不能架空架设。

28.4　采集器、电源、计算机与打印机等的安装

采集器、电源、计算机与打印机等的安装位置以便于操作为宜。

28.5　避雷装置

自动站避雷装置应符合《QX4—2000气象台（站）防雷技术规范》的要求。

28.6　软件安装

采集软件已由厂家在设备出厂前安装在采集器中。

配备计算机的需安装业务软件，安装方法按照业务软件技术操作手册进行，运行前需进行初始化，初始化的主要内容有：

a）对时（设定和修改采集器、计算机时钟）。

b）设定系统管理权限。

c）设定气象站基本参数和自动气象站有关参数。

29　日常工作

a）根据业务需要，定期（时）巡视观测场和自动站设备。

b）自动气象站的数据出现缺测时，在人工气象站，应进行人工补测。

c）定期取回无人值守自动气象站的数据。

210　维护

a）要定期检查维护各要素传感器，检查维护要求详见气象要素的观测标准《QX/T××××—2005地面气象观测规范第1部分：

总则》中的有关规定。

b）每年春季对防雷设施进行全面检查，对接地电阻进行复测。

c）每年至少一次对自动气象站的传感器、采集器和整机进行现场检查、校验。

d）定期按气象计量部门制定的检定规程进行检定。

e）无人值守的自动气象站由业务部门每三个月派技术人员到现场检查维护。

f）定期检查、维护的情况应记入值班日志中。

对自动站数据有影响的还要摘入备注栏。