自動(dòng)氣象站及氣象傳感器發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析計(jì)劃

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自動(dòng)氣象站及氣象傳感器發(fā)顯現(xiàn)狀和遠(yuǎn)景剖析

前言

所謂自動(dòng)氣象站，是指能按設(shè)定的要求，對(duì)多種氣象因素自動(dòng)進(jìn)行收集、辦理、存儲(chǔ)和

傳輸?shù)牡孛鏆庀笥^(guān)察設(shè)備，可以減少觀(guān)察人員的地面觀(guān)察工作量，提高觀(guān)察時(shí)效和質(zhì)量。自二十世紀(jì)八十年月以來(lái)，芬蘭、美國(guó)、日本等好多國(guó)家的地面氣象觀(guān)察網(wǎng)中就已廣泛采納了

自動(dòng)氣象站。1999年7月，我國(guó)引進(jìn)芬蘭VAISALA公司的5套自動(dòng)氣象站投入業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這是我國(guó)初次將自動(dòng)氣象站作為正式觀(guān)察使用，標(biāo)記著我國(guó)地面氣象觀(guān)察進(jìn)入了一個(gè)新的里程。同時(shí)，我國(guó)也加速了自行研制生產(chǎn)自動(dòng)氣象站的步伐，第一批于2000年1月1日起正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)前，我國(guó)已廣泛使用自動(dòng)遙測(cè)氣象站，實(shí)現(xiàn)了人工氣象站與自動(dòng)氣象站的聯(lián)合

觀(guān)察。

自動(dòng)氣象站在我國(guó)已運(yùn)轉(zhuǎn)多年，氣象工作者累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)好多問(wèn)題。傳統(tǒng)自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu)為會(huì)合式，數(shù)據(jù)收集器必然與詳盡的傳感器般配，系統(tǒng)開(kāi)放性不高，不合用于氣象傳感器的取代或增添。盡管?chē)?guó)產(chǎn)的自動(dòng)氣象站發(fā)展迅速，但氣象傳感器的技術(shù)水平較低，距世界先進(jìn)水平還有必然的差距。所以可知，要進(jìn)一步提高我國(guó)地面氣象觀(guān)察的自動(dòng)化水平，升級(jí)自動(dòng)氣象站和提高國(guó)產(chǎn)傳感器的生產(chǎn)水平是要點(diǎn)。在對(duì)自動(dòng)氣象站進(jìn)行改造和升級(jí)換代時(shí)，應(yīng)該以豐富的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以實(shí)質(zhì)業(yè)務(wù)需求為參照，研制國(guó)際當(dāng)先的自動(dòng)氣象站平易象傳感器。

當(dāng)前，跟著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)和資料科學(xué)的發(fā)展，好多新技術(shù)都應(yīng)用到氣象觀(guān)察自動(dòng)化中，大大提高了氣象傳感器的探測(cè)精度和可保護(hù)性。所以，有必需認(rèn)識(shí)當(dāng)前國(guó)際自動(dòng)氣象站平易象傳感器方面的最新發(fā)展和動(dòng)向，為我國(guó)自動(dòng)氣象站及氣象傳感器技術(shù)的發(fā)展供給借鑒。

自動(dòng)氣象站的工作原理及結(jié)構(gòu)

自動(dòng)遙測(cè)氣象站一般由傳感器、數(shù)據(jù)收集器、主控微機(jī)、顯示打印系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等部

分構(gòu)成，傳感器包含有溫濕度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)向風(fēng)速傳感器和降水傳感器等。自動(dòng)氣象站將各因素傳感器所測(cè)因素的量值以各種電信號(hào)（模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)）的形式傳入或數(shù)據(jù)收集器；數(shù)據(jù)收集器收集各傳感器信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行辦理，經(jīng)過(guò)一根通信電纜與主控機(jī)進(jìn)行通信；主控微機(jī)接收數(shù)據(jù)收集器傳達(dá)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，并經(jīng)過(guò)終端軟件按地面氣象觀(guān)察

規(guī)范的要求，實(shí)行地面氣象觀(guān)察業(yè)務(wù)工作，其工作原理如圖1所示。

自動(dòng)氣象站的發(fā)顯現(xiàn)狀3.1國(guó)內(nèi)自動(dòng)氣象站發(fā)顯現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)內(nèi)有多個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)自動(dòng)氣象站，如北京華創(chuàng)升達(dá)高科技發(fā)展中心和天津氣象儀器廠(chǎng)的

CAWS系列、長(zhǎng)春氣象儀器廠(chǎng)的

DYYZII

系列、江蘇無(wú)線(xiàn)電研究所的

ZQZ_CII

系列、廣

東省氣象技術(shù)裝備中心的

ZDZII

型和北京阿斯曼科技發(fā)展公司的

ASM、XYZ系列。此中

CAWS600、XYZ06以及機(jī)場(chǎng)所面氣象觀(guān)察自動(dòng)化系統(tǒng)在軍隊(duì)和地方臺(tái)站獲取了廣泛的實(shí)行和應(yīng)

用。下邊列出部分自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu)構(gòu)成及其采納的部分氣象傳感器。

表1三種自動(dòng)氣象站產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和傳感器使用比較

綜合各種型號(hào)的自動(dòng)氣象站在我國(guó)的應(yīng)用狀況，總結(jié)以下：

（1）大多數(shù)自動(dòng)氣象站采納會(huì)合式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開(kāi)放性不高，不一樣樣樣型號(hào)的傳感器對(duì)應(yīng)不一樣樣樣的數(shù)據(jù)收集器，各廠(chǎng)家之間標(biāo)準(zhǔn)不一致。維修或增添傳感器都必然對(duì)自動(dòng)氣象站重新進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定，過(guò)程復(fù)雜，不吻合我國(guó)氣象發(fā)展戰(zhàn)略研究中“綜合氣象觀(guān)察系統(tǒng)工程”的發(fā)展要求。

2）國(guó)產(chǎn)自動(dòng)氣象站所采納的氣象傳感器主要依賴(lài)入口，受技術(shù)水平易生產(chǎn)工藝的限制，國(guó)產(chǎn)傳感器的正確性、靠譜性較差。觀(guān)察項(xiàng)目?jī)H限于傳統(tǒng)的溫、壓、濕、風(fēng)和降水等六因素，云、能見(jiàn)度、降水現(xiàn)象等氣象因素急需要?dú)w入自動(dòng)氣象站的觀(guān)察項(xiàng)目。

3）國(guó)產(chǎn)自動(dòng)氣象站所采納的數(shù)據(jù)收集器大多與相應(yīng)的自動(dòng)氣象站配套使用，當(dāng)需要擴(kuò)大自動(dòng)氣象站觀(guān)察功能，增添新的氣象因素傳感器時(shí)，不可以直接進(jìn)行升級(jí)，必然更換，從而

造成重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。

3.2外國(guó)自動(dòng)氣象站發(fā)顯現(xiàn)狀

當(dāng)前全世界的70多個(gè)國(guó)家和20多個(gè)地區(qū)和組織基本上都是使用芬蘭VAISALA公司的氣象產(chǎn)品進(jìn)行氣象觀(guān)察，自動(dòng)氣象站也不例外。VAISALA公司自動(dòng)氣象站的代表系列是MAWS系列，當(dāng)前在全世界的大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)使用的是MAWS201系列，該系列現(xiàn)已發(fā)展到了MAWS301、MAWS410系列。與國(guó)產(chǎn)自動(dòng)氣象站比較，外國(guó)的自動(dòng)氣象站平易象傳感器擁有以下特色：

（1）氣象傳感器技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品精確性和堅(jiān)固性?xún)?yōu)勝，除基本的六因素傳感器外，土壤

和水的溫度、太陽(yáng)輻射、土壤濕度、能見(jiàn)度、云等因素的傳感器已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。

（2）自動(dòng)氣象站可以依據(jù)用戶(hù)的不一樣樣樣需求增減傳感器的種類(lèi)和數(shù)目，實(shí)質(zhì)操作簡(jiǎn)單。采

用通用的數(shù)據(jù)傳輸格式，用戶(hù)能自由配置數(shù)據(jù)的輸出格式?；緷M(mǎn)足世界各國(guó)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用

的需要。

（3）自動(dòng)氣象站采納優(yōu)異的防范措施，可以合用于各種復(fù)雜環(huán)境。在裝備使用的靈巧性、

操作的便利性、維修的快捷性、惡劣環(huán)境的適應(yīng)性等方面都做得較好。（4）盡管外國(guó)自動(dòng)氣象站和傳感器性能優(yōu)勝，但是經(jīng)過(guò)入口自動(dòng)氣象站在中國(guó)長(zhǎng)久運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況來(lái)看，其硬件和軟件的表現(xiàn)都不盡善盡美。這是因?yàn)橥鈬?guó)自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu)、傳感器和軟件等都是針對(duì)當(dāng)?shù)氐脑敱M狀況設(shè)計(jì)的，其實(shí)不圓滿(mǎn)吻合我國(guó)的實(shí)質(zhì)狀況。

自動(dòng)氣象站的發(fā)展遠(yuǎn)景

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外自動(dòng)氣象站現(xiàn)狀的剖析可以看到，盡管當(dāng)前國(guó)內(nèi)的自動(dòng)氣象站基本能滿(mǎn)足

氣象業(yè)務(wù)的需要和環(huán)境的要求，但存在不足和缺點(diǎn)也較大。必然充分認(rèn)識(shí)到我國(guó)氣象觀(guān)察水平與外國(guó)先進(jìn)技術(shù)比較還有較大的差距，為了滿(mǎn)足不停提高的氣象觀(guān)察需求，提高我國(guó)氣象觀(guān)察事業(yè)的整體水平，應(yīng)要點(diǎn)發(fā)展新一代自動(dòng)氣象站，對(duì)氣象傳感器、數(shù)據(jù)辦理等要點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，使我國(guó)的新一代自動(dòng)氣象站可以進(jìn)入世界一流的行列。

4.1自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)

自動(dòng)氣象站應(yīng)最大程度地保證自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)以減少保護(hù)開(kāi)銷(xiāo)和人力資源。所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分注意模塊化和擴(kuò)展性。如有額外的傳感器需要加入，只需要將新的傳感器插入自動(dòng)氣象站而不需要改變已經(jīng)存在的硬件結(jié)構(gòu)。并且任何硬件模塊都應(yīng)是可升級(jí)的，以適應(yīng)儀器未來(lái)的擴(kuò)展。當(dāng)前，我國(guó)所使用的自動(dòng)氣象站都屬于會(huì)合式，結(jié)構(gòu)封閉；國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)家生產(chǎn)的傳感器獨(dú)立性不強(qiáng)，互換性差；為了保證會(huì)合式自動(dòng)氣象站觀(guān)察數(shù)據(jù)的正確性，每次維修或更換傳感器都要重新校準(zhǔn)標(biāo)定，且必然整機(jī)進(jìn)行，使得校標(biāo)過(guò)程過(guò)于復(fù)雜。關(guān)于這些缺點(diǎn)，基于

總線(xiàn)制分布式或網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)的自動(dòng)氣象站可以很好地解決，成為自動(dòng)氣象站發(fā)展的趨向之一。

分布式自動(dòng)氣象站里所采納的智能傳感器不一樣樣樣于一般的氣象傳感器，差異在于智能傳感器不是輸出電信號(hào)，而是將電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)變換、采樣計(jì)算，直接輸出我們所需要的氣象數(shù)

據(jù)，一個(gè)智能傳感器就相當(dāng)于一個(gè)一體化的單因素自動(dòng)站。分布式自動(dòng)氣象站所謂的“分布”，一方面是指硬件設(shè)備不是會(huì)合在一起，而是分別在一個(gè)相對(duì)廣泛的地區(qū)里，經(jīng)過(guò)一條數(shù)據(jù)總線(xiàn)把各個(gè)零件連接起來(lái)；另一方面是指硬件各部分相對(duì)獨(dú)立，數(shù)據(jù)收集分別在各個(gè)智能傳感

器里面?？偩€(xiàn)控制器負(fù)責(zé)供給現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（RS485或CAN總線(xiàn)），分布在不一樣樣樣地區(qū)里的各種智能

傳感器都可以經(jīng)過(guò)該總線(xiàn)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)分布丈量，如圖2。圖2分布式自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)表示圖

江蘇省無(wú)線(xiàn)電科學(xué)研究所研制的新一代自動(dòng)氣象站——ZQZ-B型分布式自動(dòng)氣象站，正

是利用該原理研制而成的自動(dòng)氣象站。此類(lèi)自動(dòng)氣象站擁有以下特色：（1）面向用戶(hù)，可自

由組合、積木式成立系統(tǒng)；（2）CAN總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，開(kāi)放式設(shè)計(jì)，傳感器獨(dú)立性好，可隨意增減

和組合，使用保護(hù)方便；（3）收集通道零偏差，精度主要取決于傳感器的精度。（4）可以進(jìn)行有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)技術(shù)大范圍組網(wǎng)。

總線(xiàn)制分布式氣象因素收集系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)將使測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)打破長(zhǎng)久封閉的看守，走上開(kāi)放發(fā)展的道路，這對(duì)自動(dòng)氣象站的發(fā)展是極好的機(jī)會(huì)。在推動(dòng)我國(guó)氣象觀(guān)察業(yè)務(wù)發(fā)展

的進(jìn)度中，應(yīng)該向著趨于開(kāi)放一致的方向發(fā)展，成立共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而這吻合中國(guó)氣象發(fā)展戰(zhàn)略研究中“綜合氣象觀(guān)察系統(tǒng)工程”的發(fā)展要求。

4.2氣象傳感器

自動(dòng)氣象站主要包含傳感器、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)辦理等部分，此中最能決定自動(dòng)氣象站性能的是氣象因素傳感器。在眾多氣象因素中，觀(guān)察基本六因素的傳感器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化，此中部分傳感器需要入口；能見(jiàn)度傳感器已經(jīng)有產(chǎn)品出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家（如洛陽(yáng)卓航）已經(jīng)可以自主生產(chǎn)能見(jiàn)度儀，但是受設(shè)備靠譜性、成本等因素的限制，在自動(dòng)氣象站中還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化；云、降水現(xiàn)象傳感器正在研制過(guò)程中，受云圖鑒別理論和相關(guān)儀器發(fā)展的限

制，尚沒(méi)有出現(xiàn)成熟的產(chǎn)品。其余，PWV（大氣柱可降水汽總量）、大氣電場(chǎng)、雷電極性和地點(diǎn)等參數(shù)也是需歸入到自動(dòng)氣象站的觀(guān)察范圍中，這些資料關(guān)于危險(xiǎn)天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警、短時(shí)天氣預(yù)告有著特別重要的作用。

要真切提高我國(guó)氣象觀(guān)察水平，必然研制高精度、高靠譜性的氣象傳感器；在提高現(xiàn)有傳感器的探測(cè)精度和靠譜性的同時(shí)，研制吻合實(shí)質(zhì)需求的其余因素的氣象傳感器；規(guī)范國(guó)產(chǎn)傳感器的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，不一樣樣樣廠(chǎng)家的產(chǎn)品應(yīng)該遵守一致的標(biāo)準(zhǔn)，使同一型號(hào)的傳感器可以相互取代。

基本六因素傳感器

關(guān)于基本的溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、風(fēng)速、風(fēng)向和降水量六因素的觀(guān)察，當(dāng)前自動(dòng)氣象

站有部分傳感器需要入口，國(guó)產(chǎn)傳感器在精確度、堅(jiān)固性、靠譜性等方面與入口傳感器有一

定差距。所以國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家應(yīng)汲取外國(guó)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，打破要點(diǎn)技術(shù)，生產(chǎn)吻合自動(dòng)

氣象站觀(guān)察要求的氣象傳感器，提高氣象傳感器的國(guó)產(chǎn)化水平。

社會(huì)需求的不停增添和觀(guān)察標(biāo)準(zhǔn)的不停提高對(duì)氣象因素觀(guān)察提出了新的要求，觀(guān)察項(xiàng)目

不停增添，更多的新技術(shù)和新方法應(yīng)用到氣象觀(guān)察領(lǐng)域中。溫度方面，跟著不一樣樣樣觀(guān)察要求的

出現(xiàn)，地面溫度、土壤溫度和水面溫度等也逐漸成為自動(dòng)氣象站的觀(guān)察項(xiàng)目，這對(duì)溫度傳感

器的精度和堅(jiān)固性提出了更高的要求；濕度方面存在的主要問(wèn)題是濕度傳感器難以在全溫度

量程范圍內(nèi)達(dá)到相同的丈量正確度，在低溫低濕條件下濕度傳感器性能變差，響應(yīng)緩慢，這

是世界范圍內(nèi)大氣探測(cè)的主要難題之一，亟待打破；氣壓方面，因?yàn)檎裢矚鈮簝x和硅壓阻氣壓傳感器發(fā)展比較成熟，吻合自動(dòng)氣象站的觀(guān)察要求，當(dāng)前對(duì)氣壓傳感器的相關(guān)研究較少；

風(fēng)速、風(fēng)向方面，傳統(tǒng)風(fēng)向標(biāo)細(xì)風(fēng)杯的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了其系統(tǒng)偏差不可以防范，且易受惡劣環(huán)

境影響，而超聲波風(fēng)速儀、橫風(fēng)傳感器等固態(tài)測(cè)風(fēng)傳感器的出現(xiàn)，不但解決了機(jī)械摩擦問(wèn)題，

提高了丈量正確度，并且環(huán)境適應(yīng)性大大提高，在惡劣環(huán)境下仍可正常工作，成為風(fēng)速、風(fēng)

向丈量的主要發(fā)展方向；降水量方面，自動(dòng)氣象站主若是利用翻斗式雨量計(jì)對(duì)降水量進(jìn)行觀(guān)

測(cè)和記錄，觀(guān)察項(xiàng)目單一，其余傳感器，如光學(xué)雨強(qiáng)計(jì)、超聲波測(cè)雪儀、凍雨傳感器等，均

只好對(duì)降水現(xiàn)象中的一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行丈量，應(yīng)用有限。當(dāng)前的趨向是發(fā)展可以對(duì)降水量、降水

種類(lèi)和強(qiáng)度等多因素進(jìn)行丈量的技術(shù)。

蒸發(fā)、輻射、日照傳感器

除了基本的六因素的丈量外，部分自動(dòng)氣象站還肩負(fù)了蒸發(fā)、輻射和日照的觀(guān)察業(yè)務(wù)。

自動(dòng)氣象站丈量蒸發(fā)用的傳感器主若是浮子式數(shù)字水面蒸發(fā)傳感器和超聲波蒸發(fā)傳感器，測(cè)

量日照時(shí)間用的傳感器主若是雙金屬片日照傳感器和旋轉(zhuǎn)式日照傳感器，此類(lèi)傳感器多為進(jìn)

口，國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品較少。

輻射的丈量項(xiàng)目好多，依據(jù)國(guó)際氣象組織WMO標(biāo)準(zhǔn)[錯(cuò)誤！不決義書(shū)簽。]，包含總輻射、

散射輻射、直接輻射、反射輻射、凈全輻射和分光譜輻射等。相應(yīng)的傳感器或好多，有總輻

射表、反射輻射表、散射輻射表、直接輻射表、凈全輻射表、長(zhǎng)波輻射表、紫外輻射表等。

CAWS600-B型自動(dòng)氣象站中就裝備有總輻射表（TBQ-2-B）、直接輻射表（FBS-2-B）和凈輻射

表（FNP-1）。當(dāng)前，我國(guó)的自動(dòng)氣象站關(guān)于輻射的觀(guān)察還沒(méi)有圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化

測(cè)云傳感器

云的觀(guān)察項(xiàng)目包含云的量、狀、高，當(dāng)前可以進(jìn)行業(yè)務(wù)觀(guān)察的只有云高。當(dāng)前合用于自

動(dòng)氣象站的云底高丈量?jī)x器主若是激光測(cè)云儀。受云圖鑒別理論和相關(guān)儀器發(fā)展的限制，自

動(dòng)氣象站尚不可以對(duì)云量和云狀進(jìn)行觀(guān)察。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的趨向是利用可見(jiàn)光CCD和紅外輻射方式對(duì)云進(jìn)行丈量?？梢?jiàn)光CCD可

以獲取白日云的分布圖，典型的儀器有美國(guó)Yankee環(huán)境系統(tǒng)公司研制出的一種全天空成像儀

TSI（TotalSkyImager），已經(jīng)從TS-440型發(fā)展到了TS-880型，能鑒別云量，初步剖析云

狀。紅外輻射方式又分為單元式和面陣列式，一般選擇在紅外窗區(qū)8~14微米波段，這類(lèi)方式

可實(shí)現(xiàn)云的日夜連續(xù)丈量，且日夜丈量正確度一致，能實(shí)現(xiàn)云量、云狀和云底高的全因素測(cè)

量。兩種紅外丈量方式都有成品，如法國(guó)研制的一種稱(chēng)為Nephelo的紅外云剖析儀就是采納

了單元式，而我國(guó)研制的紅外測(cè)云儀則采納了面陣列式。比較較而言，單元式丈量法的天空分辨率較低，獲取全天云分布信息掃描時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)前，面陣列式測(cè)云儀馬上進(jìn)入業(yè)務(wù)實(shí)行

使用。

地面氣象觀(guān)察規(guī)范中關(guān)于云的分類(lèi)、記錄和編發(fā)報(bào)等是針對(duì)人工觀(guān)察制定的，關(guān)于儀器

觀(guān)察其實(shí)不圓滿(mǎn)吻合，其分類(lèi)原則和記錄應(yīng)該聯(lián)合實(shí)質(zhì)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。所以在推動(dòng)云的

器測(cè)的同時(shí)，應(yīng)該制定云的器測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，從而使云的器測(cè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

能見(jiàn)度傳感器

與測(cè)云傳感器比較，能見(jiàn)度傳感器的種類(lèi)好多，應(yīng)用比較廣泛。這主要?dú)w功于能見(jiàn)度理論的成熟和光學(xué)丈量技術(shù)的發(fā)展。

傳統(tǒng)的能見(jiàn)度丈量方法主要包含兩種。一是消光系數(shù)法，其丈量正確度較高，但需要一

定長(zhǎng)度的基線(xiàn)，開(kāi)銷(xiāo)較高，影響大范圍推執(zhí)行用，平常用于對(duì)能見(jiàn)度丈量要求較高的場(chǎng)合（如機(jī)場(chǎng)）。二是散射系數(shù)法，其在不一樣樣樣的天氣條件下觀(guān)察結(jié)果差異較大，但開(kāi)銷(xiāo)較低。兩種方法

都有成熟產(chǎn)品，如VAISALA公司生產(chǎn)的FD12型透射式能見(jiàn)度儀和我國(guó)洛陽(yáng)卓航測(cè)控設(shè)備有限責(zé)任公司生產(chǎn)的XDN01型前向散射能見(jiàn)度儀。除此以外，攝像法丈量能見(jiàn)度逐漸顯現(xiàn)出其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，它的原理是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)模擬人眼直接攝入選定目標(biāo)物的圖像，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)獲取的圖像進(jìn)行剖析辦理，從而獲取能見(jiàn)度的數(shù)值。該方法圓滿(mǎn)模擬人工目測(cè)能見(jiàn)度的方式丈量能見(jiàn)度，防范了人的主觀(guān)性，比傳統(tǒng)的透射式、散射式能見(jiàn)度儀更具客觀(guān)性，所以擁有廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景。在香港等地區(qū)，攝像技術(shù)不但已經(jīng)投入能見(jiàn)度的業(yè)務(wù)使用，并且在監(jiān)測(cè)天氣現(xiàn)象等方面發(fā)揮重要作用。

當(dāng)前，受觀(guān)察地點(diǎn)限制，氣象站廣泛使用的是前向散射能見(jiàn)度儀，而自動(dòng)氣象站還沒(méi)有

實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化。所以應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有能見(jiàn)度儀進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)吻合自動(dòng)氣象站觀(guān)察要求的能見(jiàn)度儀；制定能見(jiàn)度的器測(cè)規(guī)范，使能見(jiàn)度儀規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化；同時(shí)大力發(fā)展國(guó)產(chǎn)傳感器，提高國(guó)產(chǎn)能見(jiàn)度儀的技術(shù)水平易產(chǎn)質(zhì)量量。

天氣現(xiàn)象傳感器

天氣現(xiàn)象包含降水現(xiàn)象、霧現(xiàn)象、風(fēng)沙現(xiàn)象、雷電現(xiàn)象和地面凍結(jié)現(xiàn)象等9類(lèi)，天氣現(xiàn)

象涉及的氣象因素和條件復(fù)雜多變，對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察所涉及的技術(shù)也相當(dāng)復(fù)雜，所以實(shí)現(xiàn)全部

種類(lèi)天氣現(xiàn)象的自動(dòng)觀(guān)察是不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)前此類(lèi)儀器較少，最為成熟的是對(duì)降水現(xiàn)象傳感器，

因?yàn)槌杀?、可保護(hù)性等因素的限制，降水現(xiàn)象傳感器在自動(dòng)氣象站裝備較少。

當(dāng)前使用最廣泛的是芬蘭VAISALA公司的PWD12和PWD22系列天氣現(xiàn)象傳感器，該儀器

可以對(duì)能見(jiàn)度以及引起能見(jiàn)度變化的天氣現(xiàn)象、降水種類(lèi)、降水量和降水強(qiáng)度等進(jìn)行探測(cè)。除此以外，英國(guó)的BiralVPF-730和PWS100天氣現(xiàn)象傳感器、德國(guó)的OTTParsivel雨滴譜

儀和ThiesClimaLaserPrecipitationMonitor，美國(guó)OSI公司生產(chǎn)的WIVIS、OWI，加拿

大GENEQ公司生產(chǎn)的TPI-885降水現(xiàn)象傳感器等均可以對(duì)降水現(xiàn)象和其余現(xiàn)象進(jìn)行丈量。這些儀器所采納的技術(shù)主若是光學(xué)技術(shù)，利用降水粒子對(duì)不一樣樣樣波段光的散射、衰減、汲取等特色來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)降水種類(lèi)、強(qiáng)度和降水量的探測(cè)。因?yàn)榻邓F(xiàn)象涉及多種氣象因素，所以使用多

種傳感器對(duì)降水現(xiàn)象進(jìn)行綜合探測(cè)也是有效手段之一。國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)也正在這方面進(jìn)行研究，

但成熟的產(chǎn)品還沒(méi)有出現(xiàn)，亟需我國(guó)氣象工作者的努力。

綜合比較國(guó)內(nèi)外天氣現(xiàn)象傳感器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨向，我國(guó)應(yīng)要點(diǎn)發(fā)展利用多傳感器，

采納多種手段對(duì)天氣現(xiàn)象進(jìn)行綜合探測(cè)；同時(shí)制定天氣現(xiàn)象的器測(cè)規(guī)范，使天氣現(xiàn)象器測(cè)規(guī)

范化、標(biāo)準(zhǔn)化，從而推動(dòng)天氣現(xiàn)象傳感器的業(yè)務(wù)化。

雷電傳感器

關(guān)于雷電現(xiàn)象的觀(guān)察，我國(guó)《地面氣象觀(guān)察規(guī)范》中規(guī)定觀(guān)察的項(xiàng)目包含雷電發(fā)生的方向和時(shí)間。但是這但是定性觀(guān)察，跟著雷電研究的不停深入以及實(shí)質(zhì)需求的不停增添，大氣靜電場(chǎng)強(qiáng)度、雷電強(qiáng)度、雷電地點(diǎn)和雷電極性等量化指標(biāo)也成為當(dāng)前雷電觀(guān)察業(yè)務(wù)中的重要項(xiàng)目。當(dāng)前對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度、雷電過(guò)程和發(fā)生地點(diǎn)的探測(cè)主要利用大氣電場(chǎng)儀和閃電定位儀，當(dāng)

前廣泛應(yīng)用的儀器有Vaisala的LPATS系列和LS系列閃電定位儀，美國(guó)GAI公司的IMPACT閃電定位儀和LDAR系列閃電探測(cè)儀，以及中科院空間中心研制的DNDY型地面電場(chǎng)儀和ADTD閃電定位儀等。其余，多個(gè)大氣電場(chǎng)儀和閃電定位儀聯(lián)合構(gòu)成觀(guān)察網(wǎng)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電的預(yù)警，為社會(huì)和軍事活動(dòng)供給服務(wù)和保障。

我國(guó)對(duì)雷電的探測(cè)是由專(zhuān)門(mén)的臺(tái)站和雷電監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行，一般自動(dòng)氣象站并沒(méi)有此業(yè)務(wù)。當(dāng)前的發(fā)展趨向除了研究如何調(diào)整頓造雷電探測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，使之滿(mǎn)足自動(dòng)氣象站的系統(tǒng)要求以外，還應(yīng)該研究如何對(duì)裝備雷電傳感器的自動(dòng)氣象站進(jìn)行布網(wǎng)，規(guī)劃配置方案，制定組網(wǎng)規(guī)范，大力推動(dòng)自動(dòng)氣象站系統(tǒng)中雷電傳感器的業(yè)務(wù)化。

.3數(shù)據(jù)收集器

數(shù)據(jù)收集器主要完成多個(gè)被測(cè)參數(shù)的輸入、數(shù)字化辦理、數(shù)據(jù)的收集存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)互換、常例故障診斷等功能，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的傳輸和辦理，是自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)收集部分的中心。當(dāng)前的數(shù)據(jù)收集器大多都是與相應(yīng)的自動(dòng)氣象站配套使用，不一樣樣樣傳感器的數(shù)目、型號(hào)對(duì)應(yīng)不一樣樣樣的傳感器接口。當(dāng)需要擴(kuò)大自動(dòng)氣象站觀(guān)察功能，增添新的氣象因素傳感器時(shí)，不可以直接進(jìn)行升級(jí)，必然對(duì)其進(jìn)行更換，從而造成重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)。所以，應(yīng)該使數(shù)據(jù)收集器能實(shí)現(xiàn)因素傳感器的隨意增減和熱插拔，從而能依據(jù)用戶(hù)的不一樣樣樣需求靈巧增減因素傳感器。

改進(jìn)和圓滿(mǎn)數(shù)據(jù)收集器，關(guān)于提高自動(dòng)氣象站的擴(kuò)展性和通用性擁有重要意義，同時(shí)也

是國(guó)際上自動(dòng)氣象站在擴(kuò)展觀(guān)察因素、提高系統(tǒng)開(kāi)放性方面的趨向之一。

結(jié)論

本文經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外自動(dòng)氣象站平易象傳感器的發(fā)顯現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨向的剖析，結(jié)

合我國(guó)氣象觀(guān)察自動(dòng)化的現(xiàn)狀，對(duì)吻合我國(guó)氣象觀(guān)察事業(yè)發(fā)展需要的自動(dòng)氣象站、氣象傳感

器等方面進(jìn)行了綜合剖析和評(píng)估，認(rèn)為自動(dòng)氣象站及氣象傳感器應(yīng)在以下幾個(gè)方面增強(qiáng)和改

進(jìn)：

(1)改進(jìn)自動(dòng)氣象站的結(jié)構(gòu)，采納總線(xiàn)制分布式或網(wǎng)絡(luò)型結(jié)構(gòu)，可以大大提高自動(dòng)氣象

站的操作性和擴(kuò)展性，是我國(guó)自動(dòng)氣象站發(fā)展的方向之一。

研制擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高精度、高靠譜性的氣象傳感器；在提高現(xiàn)有氣象傳感器的探測(cè)精

度和靠譜性的同時(shí)，研制吻合實(shí)質(zhì)需求的其余因素的氣象傳感器；規(guī)范國(guó)產(chǎn)傳感器的生產(chǎn)標(biāo)

準(zhǔn)，不一樣樣樣廠(chǎng)家的產(chǎn)品應(yīng)該遵守一致的標(biāo)準(zhǔn)，使同一型號(hào)的傳感器可以相互取代。

(2)改進(jìn)和圓滿(mǎn)數(shù)據(jù)收集器的結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)收集器能實(shí)現(xiàn)傳感器的隨意增減和熱插拔，

從而提高自動(dòng)氣象站的擴(kuò)展性和通用性。

(3)其余，地面氣象觀(guān)察規(guī)范的校訂圓滿(mǎn)也是當(dāng)前的發(fā)展趨向之一。應(yīng)該從觀(guān)察的實(shí)質(zhì)需

求出發(fā)，針對(duì)自動(dòng)氣象站平易象傳感器的技術(shù)指標(biāo)更正、制定云、天氣現(xiàn)象等的器測(cè)規(guī)范，

促進(jìn)多種氣象傳感器在自動(dòng)氣象站的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

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