《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》編制說明

PAGEPAGE10廣西地方標準《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿）編制說明一、工作簡況1.任務(wù)來源2018年10月，原廣西壯族自治區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局下發(fā)了《關(guān)于下達2018年第四批廣西地方標準制定項目計劃的通知》（桂質(zhì)監(jiān)函〔2018〕351號），將《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》列為2018年廣西地方標準制定項目計劃，項目編號為2018-0426，項目起止年限為2018年10月至2019年12月。本標準由廣西壯族自治區(qū)氣象局提出，由廣西氣象標準化技術(shù)委員會歸口。2.編制目的回南天是華南地區(qū)特有的、在特定天氣背景下所產(chǎn)生的自然現(xiàn)象?；啬咸鞂}儲、工農(nóng)業(yè)、電器設(shè)備及其他物品也會造成很大的損害，而且會增加人體患上呼吸道感染、痢疾、皮膚類等疾病發(fā)生的概率，為了做好回南天氣象服務(wù)工作，應(yīng)對日益增加的公眾服務(wù)需求，公眾能提前做好預(yù)防回南天，需要在廣西建設(shè)回南天自動氣象觀測站網(wǎng),為回南天預(yù)報提供觀測數(shù)據(jù)。2017年，廣西氣象局在全區(qū)91個縣區(qū)完成回南天自動氣象觀測站的建設(shè)，觀測站采用間接觀測的方式，對觀測場地的要求較高，不合格的場地?zé)o法觀測出回南天，通過對2年多回南天觀測數(shù)據(jù)的分析評估和場地建設(shè)經(jīng)驗的總結(jié)，編制出回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范，為規(guī)范回南天自動觀測站新建及遷建工作提供技術(shù)支持。3.起草單位廣西壯族自治區(qū)氣象技術(shù)裝備中心。4.主要工作過程（1）2018年11月，廣西區(qū)氣象技術(shù)裝備中心組織有關(guān)專家和技術(shù)人員，召開《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》地方標準制定啟動會，成立標準編寫小組，確定編制組負責(zé)人，明確了目標和任務(wù)，確定了標準編寫技術(shù)方案，進行了任務(wù)分工，制訂了工作進度計劃。（2）2019年1-3月，編寫組查閱了國內(nèi)有關(guān)回南天的文獻資料，深入了解回南天發(fā)生機理，研究了《GB/T35221地面氣象觀測規(guī)范總則》、《GB/T35233地面氣象觀測規(guī)范地溫》、《GB/T35226地面氣象觀測規(guī)范空氣溫度和濕度》、《GB/T35227地面氣象觀測規(guī)范風(fēng)向和風(fēng)速》、《GB/T33703自動氣象站觀測規(guī)范》、《GB50057建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和《GB/T31162地面氣象觀測場（室）防雷技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標準，初步擬定《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》的編寫思路。（3）2019年4月-2019年6月，編寫組按照標準編寫格式，起草完成了《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（工作組討論稿）。（4）2019年7月，編寫組召開研討會，各起草人員位匯報了標準起草的情況，以及工作的成果，并對起草的標準逐條進行了討論。（5）2019年8-10月，在標準工作組討論稿的基礎(chǔ)上，各起草人員再次逐條對標準條文進行修改，形成《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿）。（6）2019年11月-2020年11月，起草人員通過分析回南天數(shù)據(jù)和各站點建設(shè)情況，對數(shù)據(jù)異常的站點進行了分析、整改，目前，各站點回南天自動氣象觀測站觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，因此，本標準征求意見稿定稿時間相應(yīng)延后。（7）2021年5月，綜合回南天觀測站各站點的建設(shè)情況，形成《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》（征求意見稿）5.本標準起草人及其所做工作本標準主要起草人有：陶偉、李艷萍、徐明芳、黃劍釗、吳勇、呂抒航、覃偉、蔡悅幸。陶偉：第一起草人，全面主持標準的起草工作，負責(zé)編寫標準制定工作方案、工作大綱。負責(zé)分析回南天觀測數(shù)據(jù)及各站點建設(shè)情況，完成標準起草,完成標準全文的編排和審定。李艷萍：收集回南天有關(guān)文獻資料，參與標準的起草工作，參與標準全文的審定。徐明芳：收集專家征求意見、統(tǒng)計，參與標準全文的審定。黃劍釗：收集有關(guān)氣象標準的參考資料，參與標準全文的審定。吳勇：分析回南天觀測數(shù)據(jù)及各站點建設(shè)情況，參與標準全文的審定。呂抒航：分析回南天觀測數(shù)據(jù)及各站點建設(shè)情況，參與標準全文的審定。覃偉：分析回南天觀測數(shù)據(jù)及各站點建設(shè)情況，參與標準全文的審定。蔡悅幸：分析回南天觀測數(shù)據(jù)及各站點建設(shè)情況，參與標準全文的審定。標準編制原則和確定標準主要內(nèi)容的依據(jù)1.標準編制原則本標準的編制遵循科學(xué)性、協(xié)調(diào)性、規(guī)范性、可操作性和實用性原則。（1）科學(xué)性和協(xié)調(diào)性《回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》地方標準的制定，遵循現(xiàn)行的氣象業(yè)務(wù)規(guī)范和標準，使該標準具有科學(xué)性和協(xié)調(diào)性。本標準結(jié)合廣西回南天自動氣象觀測站網(wǎng)的建設(shè)經(jīng)驗和回南天發(fā)生機理，參考地面氣象觀測相關(guān)標準和資料制定。前期在廣西已經(jīng)開展了回南天自動氣象觀測站網(wǎng)的建設(shè)，在利用試驗數(shù)據(jù)和分析觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，充分吸取我區(qū)回南天觀測方面先進成果，并在全區(qū)91個站點開展了回南天觀測和數(shù)據(jù)評估驗證，為標準的編制提供科學(xué)依據(jù)。（2）規(guī)范性和可操作性本標準規(guī)范了回南天自動觀測站的觀測要素、選址要求、技術(shù)要求等，標準的所有條目在表述上力求做到清晰明確，無模棱兩可、含糊其辭或易于產(chǎn)生歧義的表達，在方法上力求做到務(wù)實、有效、可操作。（3）實用性本標準適用于廣西區(qū)域內(nèi)回南天自動氣象觀測站新建、遷建、改建，是一個可用于業(yè)務(wù)運行的標準。2.標準主要內(nèi)容及確定依據(jù)本標準是針對回南天自動觀測的特殊性，在遵循一般地面氣象觀測技術(shù)標準的基礎(chǔ)上，提出廣西區(qū)域內(nèi)回南天自動氣象觀測站建設(shè)規(guī)范。（1）標準結(jié)構(gòu)和內(nèi)容本標準正文內(nèi)容分5章，第1章規(guī)定了標準的范圍，第2章為有關(guān)術(shù)語和定義，第3章為觀測要素，第4章為選址要求，第5章為技術(shù)要求。（2）觀測要素廣西冬春季節(jié)持續(xù)低溫過程結(jié)束后，氣溫快速回升，室內(nèi)物體表層冷透后升溫慢于空氣速度，室外空氣進入相對靜止且冷的室內(nèi)時，暖濕空氣遇到冷的物體，因空氣露點溫度大于物體（如瓷磚地面、墻壁、鏡面等）表面溫度，水汽達到飽和甚至高度過飽和狀態(tài)，即空氣相對濕度≥100%，便在物體表面發(fā)生相變冷卻凝結(jié)，于是發(fā)生回南天。為了對回南天進行觀測和預(yù)報服務(wù)，觀測要素分為室外觀測要素和室內(nèi)觀測要素，室外主要觀測要素為氣溫、相對濕度（或露點）、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、降水等常規(guī)6要素，用于天氣預(yù)測與實時監(jiān)測。由于廣西大部分建筑物采用地面瓷磚和墻面乳膠漆，少數(shù)房屋采用水泥地板，因此，室內(nèi)觀測分為4物體和2物體溫度要素觀測，分別為地面瓷磚、地面水泥地板、墻面乳膠漆和室內(nèi)氣體4種物體溫度觀測，以及地面瓷磚和墻面乳膠漆溫度2種物體溫度觀測。（3）選址要求回南天自動氣象觀測站點的選址與其他類型的自動站類似，應(yīng)能代表本區(qū)域氣候特征，與回南天發(fā)生有較強相關(guān)性，不同的是，回南天的預(yù)測、監(jiān)測需要室外觀測站和室內(nèi)觀測站，室外觀測站站址環(huán)境條件應(yīng)按GB31221的要求執(zhí)行,站址的觀測場地、觀測儀器應(yīng)按GB/T35221的要求執(zhí)行，確保觀測數(shù)據(jù)真實可靠，優(yōu)先選取符合要求的已建站點，例如，氣象部門的室外觀測站應(yīng)優(yōu)先選擇國家地面觀測業(yè)務(wù)站，如國家地面觀測業(yè)務(wù)站離人口聚居區(qū)較偏遠，與回南天發(fā)生關(guān)聯(lián)性不強，則應(yīng)選擇國家地面觀測對比站所建設(shè)的區(qū)域自動氣象觀測站。回南天自動氣象觀測站（室內(nèi)觀測站）站址應(yīng)與室外觀測站同址，觀測點應(yīng)設(shè)置在建筑物一樓或二樓獨立的房間內(nèi)，要求為自然通風(fēng)狀態(tài)，室內(nèi)為瓷磚或水泥地面，為乳膠漆墻面。（4）技術(shù)要求技術(shù)要求主要包括對回南天自動氣象觀測站場地、儀器布局、安裝、供電及防雷設(shè)施方面的要求。1）觀測場地要求回南天自動氣象觀測站安裝在室內(nèi)，根據(jù)回南天發(fā)生的機理，為了準確的監(jiān)測到室外空氣進入相對靜止且冷的室內(nèi)而發(fā)生回南天，室內(nèi)不能安裝空調(diào)、取暖器、烘干機等影響室內(nèi)氣溫的設(shè)備，而應(yīng)該是自然通風(fēng)狀態(tài)，窗口朝南，以便暖濕空氣正常進入室內(nèi)。為了確保室內(nèi)空氣相對靜止，室內(nèi)不能與室外完全通透，并且不應(yīng)有人員頻繁出入觀測場地。場地面積應(yīng)能滿足觀測設(shè)備布放及維護要求。2）儀器布局要求回南天自動氣象觀測站須準確測量室內(nèi)溫度，各個傳感器應(yīng)避免被太陽照射，參照《GB/T35221地面氣象觀測規(guī)范總則》、《GB/T35226地面氣象觀測規(guī)范空氣溫度和濕度》等氣象行業(yè)標準，為了保證儀器不受影響，要求“儀器距觀測場邊緣護欄不小于3米”、“溫度計離地1.5米”，因此，回南天自動氣象觀測站各傳感器與門、窗的距離不小于3米，墻面乳膠漆溫度傳感器及室內(nèi)空氣溫度傳感器均應(yīng)距地1.5米。3）安裝要求回南天自動氣象觀測站主要有地面瓷磚、地面水泥地板、墻面乳膠漆和室內(nèi)氣體4個溫度要素，水泥地板溫度傳感器應(yīng)安裝在水泥地面上，瓷磚溫度傳感器應(yīng)安裝在導(dǎo)熱效果較好的通體耐磨瓷磚上，墻面乳膠漆溫度傳感器應(yīng)安裝在乳膠漆墻面上，《GB/T35221地面氣象觀測規(guī)范總則》、《GB/T35233地面氣象觀測規(guī)范地溫》、《GB/T35226地面氣象觀測規(guī)范空氣溫度和濕度》等標準，室內(nèi)空氣溫度傳感器應(yīng)安裝在防輻射罩內(nèi)。為了保證溫度傳感器測量的溫度與觀測物體一致，水泥、瓷磚、乳膠漆共3個觀測物體應(yīng)按傳感器感應(yīng)部分的尺寸開槽，傳感器一半應(yīng)埋入槽內(nèi)，一半露出觀測物體表面，確保傳感器與觀測物體之間能夠充分接觸。4）供電要求采用UPS供電，能使設(shè)備供電電壓穩(wěn)定，確保設(shè)備長期穩(wěn)定運行。5）防雷設(shè)施要求回南天自動氣象觀測站的觀測場地應(yīng)有防雷設(shè)施，參照《GB/T31162地面氣象觀測場（室）防雷技術(shù)規(guī)范》和《GB50057建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》等有關(guān)雷電防護標準規(guī)定即可。（5）編制依據(jù)編制本標準參照了《GB/T35221地面氣象觀測規(guī)范總則》、《GB/T35233地面氣象觀測規(guī)范地溫》、《GB/T35226地面氣象觀測規(guī)范空氣溫度和濕度》、《GB/T35227地面氣象觀測規(guī)范風(fēng)向和風(fēng)速》、《GB/T33703自動氣象站觀測規(guī)范》、《GB50057建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》和《GB/T31162地面氣象觀測場（室）防雷技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標準。主要文獻：[1]GB/T33703自動氣象站觀測規(guī)范[2]GB/T35226地面氣象觀測規(guī)范空氣溫度和濕度[3]GB/T35227地面氣象觀測規(guī)范風(fēng)向和風(fēng)速[4]GB/T35233地面氣象觀測規(guī)范地溫三、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告，技術(shù)經(jīng)濟論證，預(yù)期的經(jīng)濟效果1廣西回南天自動氣象觀測站網(wǎng)建設(shè)情況及成效在2014年，廣西開始研究回南天發(fā)生機理及自動觀測設(shè)備，至2016年底基本完成廣西回南天自動氣象觀測站網(wǎng)的建設(shè)，2017年啟動常態(tài)化觀測。廣西回南天觀測站網(wǎng)共建有91個回南天自動觀測站，逐10分鐘進行觀測，包括4物體溫度要素站9站（觀測瓷磚地面溫度、墻面溫度、水泥地面溫度、空氣溫度），2物體溫度要素站82站（觀測瓷磚地面溫度、墻面溫度）。回南天自動氣象觀測站網(wǎng)按統(tǒng)一標準建設(shè)，經(jīng)過站網(wǎng)業(yè)務(wù)運行情況，結(jié)合試驗結(jié)果，形成本標準。回南天觀測系統(tǒng)裝備是首次將網(wǎng)絡(luò)模塊嵌入到采集器中，直接通過網(wǎng)絡(luò)將回南天觀測數(shù)據(jù)回傳到省級中心站的設(shè)備，硬件設(shè)計集成度高，這種集成化的設(shè)計引發(fā)的問題也較為突出。與其它常規(guī)觀測設(shè)備相比，故障相對較多，觀測資料的準確性、連續(xù)性存在一些問題。通過運行監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，找準了設(shè)備硬件存在的問題和不足，經(jīng)過3年多的技術(shù)改進，設(shè)備穩(wěn)定性達到業(yè)務(wù)要求，數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷提升，2020年全年業(yè)務(wù)可用性達到98.46%。經(jīng)2020年春季應(yīng)用檢驗，絕大部分站點數(shù)據(jù)質(zhì)量得到提升，回南天預(yù)報準確率得到了提高，業(yè)務(wù)效益顯著，為進一步完善回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范的編制提供了技術(shù)支撐。從天氣實況來看，回南天觀測數(shù)據(jù)折線圖的趨勢符合觀測物體特性。例如:2020年2月12日前后，廣西大范圍出現(xiàn)回南天現(xiàn)象，各觀測站點數(shù)據(jù)也反映了這一特征?；啬咸煊^測系統(tǒng)對各介質(zhì)溫度觀測數(shù)據(jù)在2月10日前后達到最低值，墻面溫度普遍低于瓷磚地面溫度，之后各觀測值均出現(xiàn)較為明顯的上升；在升溫過程中，墻面溫度與瓷磚地面溫度整體趨勢都呈現(xiàn)單調(diào)遞升，且墻面溫度上升趨勢傾斜率明顯大于瓷磚地面溫度的斜率，在2月12日前后（此時間段出現(xiàn)回南現(xiàn)象）墻面溫度與瓷磚地面溫度曲線出現(xiàn)交叉。根據(jù)各地觀測站點數(shù)據(jù)分析，桂北、桂南趨勢表現(xiàn)基本一致，時間上存在1-2日的差異，如圖1是桂林市全州站（桂北）的回南天觀測數(shù)據(jù)變化趨勢。數(shù)據(jù)分析顯示，在回南天出現(xiàn)前后，回南天觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)比較明顯的變化特征。圖12020年2月桂林市全州縣回南天觀測數(shù)據(jù)折線圖從回南天發(fā)生期間包含各觀測溫度（瓷磚、墻面、水泥、室內(nèi)空氣、百葉箱、露點）的變化來看，數(shù)據(jù)一致性好、可用性強。各觀測溫度變化曲線如圖2，墻面與暖濕空氣接觸后升溫比瓷磚地面快，水汽蒸發(fā)也快于地板，從回南天這一特殊天氣現(xiàn)象分析，瓷磚地面的凝結(jié)水揮發(fā)完花費的時間最長，符合回南天發(fā)生機理。圖22020年1月17～26日防城港回南天觀測站瓷磚、墻面、水泥、室內(nèi)空氣、百葉箱等溫度及露點廣西回南天發(fā)生過程來看，回南天自動氣象觀測數(shù)據(jù)準確，觀測場地建設(shè)規(guī)范、有效，本標準內(nèi)容科學(xué)合理。舉例：2019年3月，廣西出現(xiàn)4次回南天過程，用南寧市武鳴縣氣象站的室外露點溫度、相對濕度，室內(nèi)地板、墻面溫度作圖（圖3），顯示因先后受4次冷空氣影響，露點溫度線4次與瓷磚地面、墻面溫度線相交，即4次出現(xiàn)露點溫度≥地板、墻面溫度的情況，出現(xiàn)不同強度的回南天。圖3南寧市武鳴縣2019年3月回南天觀測數(shù)據(jù)綜上分析檢驗，基于天氣系統(tǒng)分析、觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，回南天觀測數(shù)據(jù)符合回南天發(fā)生機理，在回南天期間包含各觀測溫度（瓷磚、墻面、水泥、室內(nèi)空氣、百葉箱、露點）的變化來看，數(shù)據(jù)一致性好、可用性強，觀測數(shù)據(jù)準確，證明回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范具有科學(xué)性、可操作性和實用性，廣西區(qū)域內(nèi)回南天觀測數(shù)據(jù)可以用于天氣監(jiān)測、預(yù)報和評估。圖3南寧市武鳴縣2019年3月回南天觀測數(shù)據(jù)2主要試驗及分析回南天自動氣象觀測站設(shè)備升級改造好，運行穩(wěn)定，由于回南天自動氣象觀測站網(wǎng)按統(tǒng)一標準建設(shè)，絕大部分站點觀測數(shù)據(jù)準確，可以用于天氣監(jiān)測、預(yù)報和評估。期間，為了驗證回南天自動氣象觀測站建設(shè)技術(shù)規(guī)范，在陸川、環(huán)江、興安進行了一些條款的試驗。2.1UPS供電試驗圖4陸川回南天觀測數(shù)據(jù)頻繁跳變（UPS供電前）圖5陸川回南天觀測數(shù)據(jù)正常（UPS供電后）通過陸川供電試驗得出結(jié)論，回南天自動氣象觀測站應(yīng)采用UPS供電。在沒用UPS供電前，回南天觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻繁跳變，如圖5所示，在改用UPS供電后，回南天觀測數(shù)據(jù)不再跳變，數(shù)據(jù)可用性高。標準要求采用UPS供電合理。2.2通風(fēng)試驗圖6環(huán)江回南天觀測數(shù)據(jù)變化趨勢圖7環(huán)江回南天自動氣象觀測站場地通過環(huán)江通風(fēng)試驗得出結(jié)論，回南天自動氣象觀測站應(yīng)自然通風(fēng)狀態(tài)。在環(huán)江國家地面氣象站同址的建筑物一樓獨立房間內(nèi)，安裝一套回南天自動氣象觀測站（如圖7），由站點觀測環(huán)境可以看出，通風(fēng)口有石墻阻擋，不利于自然通風(fēng)，從而導(dǎo)致瓷磚地面溫度和乳膠漆墻面溫度曲線過于平緩（如圖6），與室外露點溫度相關(guān)性不強，不利于回南天觀測。2.3太陽照射試驗圖8興安回南天自動氣象觀測站太陽照射試驗通過興安太陽照射試驗得出結(jié)論，回南天自動氣象站傳感器應(yīng)安裝在不受太陽照射的位置。在興安回南天站，將傳感器安裝在太陽照射下，瓷磚地面溫度和乳膠漆墻面溫度值已接近40℃（如圖8所示），明顯偏高，室外露點溫度曲線無法與瓷磚地面溫度曲線和乳膠漆墻面溫度曲線相交，