摘要：通过实例对自动气象站采集器、温湿传感器、风传感器、地温传感器和雨量传感器出现故障时的情况进行分析,以为气象站观测员的日常工作提供指导。文章发表在《电子设计工程》上，是电子期刊征稿范文，供同行参考。
关键词自动气象站;仪器故障;分析处理
目前,我国各级气象台站大都使用自动气象站仪器采集数据,自动观测较人工观测获取数据更加便捷,气象要素观测的代表性、准确性和及时性都有所提高,减轻了测报工作人员的工作量,更能反映大气近地面层的真实状况。但是由于自动气象站仪器感应元件的特殊性,它较人工观测仪器更容易出现故障,虽然各站出现故障的情况不同,但主要可归结为采集器故障和各要素传感器故障,下面介绍几种比较典型的仪器故障,以供参考。
1采集器故障
采集器故障对于自动气象站来说是致命的打击,因此各站必须存有备份采集器,至少也得备份到市局,并且平时要做好采集器的维护[1]。采集器一般不会出现问题,但是由于自动气象站在我国建成的时间不长,在采集器的研制过程中可能有些因素没有考虑,或者由于各级台站的一些主观和客观因素的影响,从而造成采集器出现异常。
很多的气象站在2010年2月28日24∶00以后采集数据无法正常读入计算机,此种情况是因江苏无线电研究所有限责任公司的ZQZ-Ⅱ型系列自动气象站采集器在对闰年处理时有错误而造成的(将3月1日记载为2月29日),采集器对非法日期进行了过滤,从而造成数据无法写入采集数据文件和上传数据文件,各站接到上级通知后将日期进行修改,数据恢复正常。
各站受影响的数据通过自动站质量控制软件的RTD文件进行恢复,因此,以后遇到自动气象站所有数据未卸载时,首先应查看采集器数据是否正常,如果采集器正常,再检查采集器与计算机连接是否正常,接下来检查采集软件是否正常,但在没有查明原因时不要长时间地关闭采集软件,更不要轻易的将采集器清零,否则将会造成气象数据无法挽回的损失。
自动气象站采集器遭受雷击的情况在各级台站也偶有发生,当自动气象站采集器遭受雷击时,应立即启用备份采集器,如果没有备份采集器而采集器不采集,秒闪灯呈红色不闪,其他定时、瞬间、修改、日期等按键左上角指示灯均呈绿色,采集器发出“嗡嗡”的连续鸣叫声,计算机显示软件实时遥测数据多数出现红色野值,各有关数据框均无数据。这时首先应按一下采集器复位按键,看是否能恢复正常,同时起到资料保护的作用。如不能恢复正常,则按以下方法处理:①将计算机退出“地面气象测报业务软件”,关闭计算机;②采集器总清零。首先将采集器电源开关由“1”置于“0”,再将采集器工作开关由“1”置于“0”;③重新打开采集器。先将采集器后右端电源开关由“0”置于“1”上,接通电源,听到一声“嘟”的响声,待响声停止后将采集器后左端工作开关由“0”拨到“1”位上,然后将采集器面板上年、月、日、时、分、秒重新修改设置后按一下复位键;④重新启动计算机,进入“地面气象测报业务软件”和“自动气象站监控软件”,再进入“实时数据监控”,特别注意计算机时间要修改正确。
采集器故障会造成所有实现自动观测的数据缺测,这时如果未影响正点数据,则只对小时内的极值数据进行处理,如果影响1 h的数据,则用前后定时数据内插求得,按正常数据统计;若连续2个或以上定时数据缺测时,不能内插,各数据仍按缺测处理。
2更换温湿传感器过滤罩
温湿传感器过滤罩应每年更换2次,以保证温湿数据正确。更换时易在晴朗微风的上午进行;更换前先将手洗净,再把事先准备好的温湿过滤罩拿到观测场进行更换。更换时如果不出意外,不会影响观测记录,但不顺利的话可能会影响小时内的温湿极值,如果出现影响温湿极值的情况,可以根据实际情况将时极值按缺测处理,一般不会影响日极值。
3传输电缆被鼠咬
自动气象站电缆一般通过走电缆沟引入观测值班室,时间一长难免有老鼠破坏,而自动站所用电缆比较细,很容易被咬断,如果发现数据异常或缺测时,应首先检查采集器和传感器等外露设备,若没有发现问题,应检查电缆线的情况。例如某站某时的湿度取值为4%,通过值班员分析并与前面的记录比较判断属不正常记录,立即查找原因,发现温湿电缆线被鼠咬,检查后发现电缆线未被咬断,只是一部分被咬,因此还有数据显示,通过对电缆进行修复,数据恢复正常。
4地温传感器故障
地温传感器分为地面地温传感器、浅层地温传感器和深层地温传感器,尤其是浅层地温传感器最容易出现故障。由于浅层地温传感器直接埋入土中,长期受土壤的腐蚀,难免会生锈,影响测量精度,有时出现地温逐渐偏高或偏低,而无野值出现,所以很难发现,只有经过一段时间的对比才能察觉。另外,疏松地温场也容易造成地面或浅层地温传感器采集数据的不正常,一是因为地温场疏松后土质松软造成地面和5 cm地温传感器温度偏高,还有在疏松地温场的过程中有可能碰到地面温度传感器或浅层地温传感器,造成数据的不规律。例如,晚上5 cm地温高出10 cm地温5 ℃左右,中午高出10 ℃以上,正常天气情况下5 cm地温高于10 cm地温,但差值较小,经连续观测此种情况属异常现象,随后查明这种现象是疏松地温场时碰到5 cm地温传感器造成的,立即换下5 cm地温传感器,检查后发现其表面已生锈,并非纯外力影响,外力只是一个诱因。夏季降水频繁,地温传感器长期受潮,很容易造成地面和浅层地温传感器性能下降。因此,在雨季应增加地温传感器的维护和巡视,并定期检查各处外露电缆有无破损,浅层支架是否与地面齐平,地面温度传感器是否半露半埋,特别是大风、雨后观察土壤是否出现板结,随时保证地温传感器符合规范要求。
5风向风速传感器故障
我国北方冬季风沙较大,自动气象站的风向和风速传感器容易脏,如果再加上气温低和雨雪天气,风向和风速器容易冻结[3-4]。某站2010年2月28日10∶25开始降雨,随着冷空气的到来,气温下降,天空开始飘雪,风速明显加大,值班员监视过程中发现风速显示0.0 m/s,跟踪监视发现风速一直保持0.0 m/s,与EN型测风仪数据进行比较发现两者存在明显的偏差,到观测场查看风杯转动情况,发现自动站风杯停转,确定为风速传感器冻结。值班员随即召集人员放倒风杆进行维修,经过半个多小时的维修,风速数据在下一个正点来临前恢复正常。北方台站冬季出现这种情况的台站不在少数,但是有的台站却没有及时发现而造成数据的大量丢失。因此,各站在做好仪器维护的同时,要加强仪器的巡视和采集数据的监视。
此异常数据时段的正点10 min平均风向风速用人工站EN型测风仪相应数据代替,2 min平均风向风速数据按缺测处理,时极值按缺测处理。如果日极值出现在该时段内,则日极值用人工站相应记录代替。
6雨量传感器故障
雨量传感器故障主要分为漏斗堵塞和翻斗故障2种情况,某站某年6月8日10∶36有雷暴,10∶43开始降阵雨,10∶50巡视时发现虹吸雨量计已经上升0.5 mm,回到值班室发现自动站监控界面内雨量栏仍无显示,检查采集软件内其他气象要素数据均正常,随即返回观测场检查雨量传感器,发现漏斗堵塞,没有翻斗计数,经过几分钟的检查调试,很快使雨量传感器恢复正常。某站预审员发现月内几次降水过程自动站雨量传感器观测的总量值与人工站雨量筒观测的总雨量差值较大,已经超出允许范围,而人工站虹吸雨量计测量值与雨量筒测值一致[5-6]。因此,判断为自动站雨量传感器问题,分析发现降水缓和时两者差值较小,降水急时差值大,卸下雨量传感器外罩检查,发现固定翻斗的螺丝松动,雨势急时通过惯性带动翻斗多翻计数,从而造成自动站雨量传感器测值偏大。因台站没有计量鉴定设备,因此应先换用备份雨量传感器,待省局鉴定部门来鉴定时再进行修复。
7参考文献
[1] 林宏建,王辉,李勇增,等.自动气象站温度异常分析与故障排除[J].广东气象,2010(1):64.
张立清,张洪卫,陈金光,等.自动气象站异常情况的分析和处理[J].山东气象,2010(1):72-73.
高娟,齐军岐,曹梅.自动气象站常见异常数据的处理方法[J].陕西气象,2010(1):41-42
刘瑞,董玉秋,张福.一例自动气象站气温故障的发现和排除[J].现代农业,2010(4):102-103.
纪春艳,公芙萍.自动气象站维护及普通故障排查方法[J].科学之友:中旬,2010(4):51-52.
崔明磊,岳立成.自动气象站雨量观测值失真问题研究[J].气象水文海洋仪器,2010,27(1):56-59.
电子期刊征稿须知：《电子设计工程》(原名《国外电子元器件》)(月刊)是经新闻出版署和国家科委批准创办的国家正式期刊。创刊于1993年，主要介绍当前比较先进的国内外电子技术、元器件技术及其应用的科学技术类期刊，主要囊括电源技术应用、工业自动化、网络与通信工程、测控与仪器仪表、图像与多媒体技术、汽车电子、消费类电子、嵌入式系统、信息安全以及计算机应用等领域。
