自动站仪器维护及异常记录处理

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  摘要 针对中国气象局改革要求地面观测系统设备运行保障质量、地面观测资料传输正常、地面观测数据正确,在日常工作中观测人员应对自动站仪器经常维护,对常见故障能及时处理。每日日出后和日落前應巡视观测场和值班室内的自动气象站设备,白天每正点前30 min要查看前2 h和本小时数据采集是否正常;一般1~2 d重启计算机,每天19:00应检查自动站采集器时钟对时;已实现自动观测的要素数据异常,正点时次的记录按照先分钟数据替代、备份自动站记录、内插记录的顺序代替,以保证数据的准确性。
  关键词仪器维护;传感器;数据;记录处理;自动站
  中图分类号S161文献标识码A文章编号0517-6611(2014)24-08291-04
  Equipment Maintenance and Handling of Abnormal Record at Automatic Station
  LV Hongyu et al (Jiamusi Meteorological Bureau, Jiamusi, Heilongjiang 154004)
  AbstractGroundbased Observation System Reform carried out by CMA requires that equipment should be operate soundly, observation data should be transferred properly and correctly. Observer should maintain equipment regularly, and cope with common faults timely, inspect equipment daily before sunrise and after sunset, ensure the data collection normal 30 minutes before every hour at daylight. The computer restarted should every 1 or 2 day. The clock on the collector should be checked at 19:00 every day. If automatic data were abnormal, record at hour should be replaced first, then automatic data be copied, records be interpolated to ensure the accuracy of the data.
  Key words Instrument maintenance; Sensors; Data; Recording process; Automation station
  根据《中国气象局关于县级综合气象业务改革发展的意见》部署,全国2 203个地面气象观测站于2014年1月1日起开展地面气象观测业务调整工作,优化国家级台站观测任务,取消云状和烟幕等13种天气现象观测,调减人工观测时次,取消夜间观测,调整部分编发报任务,要求必须保证自动站进行数据采集、质控、传输正确。2014年中国气象局观测司与预报司新的《地面气象观测质量考核办法(试行)》,主要考核地面观测系统设备运行保障质量、地面观测资料传输质量、地面观测数据质量3个方面,因此要求各站日常工作中做好自动站设备仪器维护,及时对软件、硬件出现的故障处理,对于自动站数据应准确及时上传,避免逾限上报和错误数据上传。笔者在此对自动站仪器维护及异常记录处理进行了详细分析。
  1 自动站仪器维护
  1.1 温、湿传感器维护
  1.1.1维护。温湿传感器的百叶箱内应安装特制的支架,位于百叶箱水平面的中心,电缆线由支架底部穿入管内,管顶取出,传感器固定在横臂的夹子中,头部向下。安装自动站传感器的百叶箱不能用水洗,最好每半月用湿布擦拭或毛刷刷拭[1]。冬季在08:00、11:00、14:00、17:00、20:00前30 min巡视观测场时,要小心用毛刷把百叶箱顶、箱内和壁缝中的雪和雾凇扫除干净。湿敏电容传感器的头部有保护滤膜,防止感应元件被尘埃污染;每月应拆开传感器头部网罩,若污染严重应更换新的滤膜[2]。禁止手触摸湿敏电容和直接对传感器呼吸,以免影响正常感应。北方冬季更换保护滤膜应带棉手套,防止手的温度过高,造成温度采集异常。
  1.1.2实例。某自动站1月1日10:21~10:23更换湿敏电容传感器滤膜没带手套,造成21~23分气温数据跳变,小时最高温度偏高1.8 ℃,在日常仪器维护后要仔细查看分钟数据是否正确。处理方法是11:00正点地面观测数据维护,点击气温栏,然后按住shift键和鼠标右键出现自动站气温分钟数据窗口,查看21~23分气温出现跳变,应按缺测处理,该小时最高温度从本小时其他分站数据挑取(图1)。
  1.2 地温和草温传感器安装与维护春季积雪融化后或夏季大暴雨过后,地温场土壤潮湿,不能有积水,应垫些干土,浅层地温传感器安装支架的零标志线要与地面齐平,地面温度传感器一半埋在土内,一半露出地面,巡视时擦拭沾附在上面的雨露和杂物。冬季铂电阻地面温度传感器被积雪埋住时仍按正常观测,传感器的高度和位置不变,但需在观测簿备注栏注明,备注时间应尽可能具体到分钟。积雪覆盖地面温度传感器测得的是雪下地面温度,而人工站地面温度表是测量雪面温度,二者缺测时不能相互代替。深层地温传感器经过冬季封冻至春季回暖容易发生高度和安装角度变化,春季应检查深层地温传感器安装的信号线连接是否牢靠,线管与传感器外套管相距约20 cm,高度与外套管平齐,与地面垂直,并排列整齐[3-5]。如某自动站为春季深层地温出现的高度不一致现象(图2)。处理方法是待地面全部解冻,平整深层地温场,调整深层地温高度。每月初或大雨过后应检查深层地温传感器硬橡胶套管内是否有积水,如有积水,及时用棉纱将水蘸干,如经常积水,可能外套管损坏,漏水,应更换外套管。草温传感器安装高度6 cm,草温观测区域内草高不超过10 cm,在春秋季当有降雪但未掩没草层时,继续进行草温观测,当积雪掩没草层或掩没传感器时,将传感器置于原来位置的雪面上,这时测量雪面温度[6-8]。在有大的降雪的日子里每小时应巡视观测场,使其水平安装在未被破坏的雪面上,感应部分埋入雪中一半,保证测量的是雪面温度。如果长时间不巡视造成传感器埋入雪中测量雪中温度,造成雪温数据偏高,失去数据真实性,应按缺测处理。根据经验冬季夜间不守班如果出现5 mm以上降雪,次日07:00应及时查看雪温记录是否异常,进行处理。   图1 小时最高气温出现异常图2 春季深层地温异常如某自动站11月14日降雪9.7 mm、雪深9 cm,15日降雪7.3 mm、雪深19 cm,14日12:00~16日08:00雪温传感器没有拿到雪面上,被积雪埋住测量雪中温度,造成14日13:00~16日08:00数据雪温偏高,与地面温度接近,与气温偏差很大(表1)。处理方法是:首先将14~16日逐时地面温度、雪温、气温资料对比,发现被积雪覆盖时雪面温度偏高几乎与雪下地面0 cm温度相近,比气温偏高很多,正常情况下积雪层相当于土壤和空气之间的一个绝热层,夜间使雪温迅速下降,在次日04:00~06:00,雪面温度变化才平缓。在08:00左右雪温和气温基本相同,雪温传感器一半裸露在空气中,受太阳直接辐射的影响,比气温升温速度快,在11:00~12:00,草温比气温高,午后雪温逐渐下降[9-11]。了解观测员确实没有将传感器拿到雪面上,将14日13:00~16日08:00异常数据按缺测处理,14、15、16日平均亦按缺测处理,14、16日最高最低雪面温度从实有记录挑取,15日最高最低雪面温度按缺测处理,在月报表备注栏备注(图3)。
  表1 14~16日各定时气温、雪温、地面温度变化℃
  日期02:00气温地温雪温08:00气温地温雪温14:00气温地温雪温20:00气温地温雪温14日-6.1-3.3-6.2-7.3-2.8-4.3-5.6-1.5-1.7-6.2-2.3-2.815日-7.0-2.0-2.7-7.0-1.8-2.5-5.5-1.0-0.9-8.6-1.3-1.616日-8.9-1.5-2.3-9.8-1.4-2.2-8.5-0.9-5.6-12.2-1.5-15.4
  图3 雪温异常记录处理1.3 雨量传感器的维护雨量传感器每半月至少定期检查一次,清除灰土、砂石、草皮、虫窝等,以免堵塞管道、滤网。每次巡视时翻斗内壁若有脏物,禁止用手或其他物体抹擦翻斗内壁,以免沾上油污,可在无降水时断开信号连接线,用清水从承水器注入反复冲洗,水流速不宜过大。对于双翻斗雨量传感器可以将承水漏斗节流管的下端管壁磨成刀刃状,管口磨成斜面,减小水滴与节流管的接触面积,还可以将节流管的内壁和下沿涂上蜡来减少滞后。冬季使用称重传感器维护之前应先断开称重式传感器电源,拔下数据线。当内筒内的液体较多或杂物过多时,应清空,然后添加相应的防冻液和蒸发抑制油。当内筒内的防冻液和蒸发抑制油过少时,应适量添加。冬季有大降雪在盛水口沿会被积雪覆盖,应及时将口沿积雪扫入桶内,口沿以外的积雪及时清除。
  1.4 大型蒸发仪器的维护大型蒸发器必须保持水圈、土圈的完整结构,防塌墙宽度为6~10 cm,每月检查土圈内土高度,及时清除杂草,雨后造成地表板结时,应及时将表土耙松。水圈内水要保持清洁,水面无漂浮物,水中无小虫及悬浮污物,无青苔。水色无显著改变,一般每月换一次水。清洗换水时应选择在阴天蒸发较弱,正点过后换水,桶内注水,使水面接近不锈钢筒的最高水位刻度线处。保持水面位于最高和最低刻度线之间。每站应有固定值,每日20:00观测完加水(有降水时舀水)到固定值上,使水面高度合适。预计可能降大到暴雨时,将蒸发桶和专用雨量筒同时盖住(这时蒸发量按“0.0”计算),待雨停或转小后,把蒸发桶和专用雨量筒盖同时打开,继续进行观测。
  1.5 风仪器的维护春秋季节因有雾、雨或雨加雪等降水,在温度较低时风的感应器容易冻住。要注意人工站电接风向风速仪和自动站风向风速传感器转动是否灵活,特别是风速记录器是否出现长时间划平线或感觉有风,但自动站各项风速是否较长时间均为零、风向长时间为某一固定数值的不正常状况,值班员应每小时查看一次分钟数据,一经发现数值异常应放倒风杆,清除上面的冰或更换感应器。可用轻便风向风速表补测数据,不能影响小时数据的上传。
  1.6 自动站软件维护
  1.6.1维护。 自动站监控软件一直处于运行状态,每分钟采集1次,每日采集1 440次,長时间运行监控软件,采集成功率显著下降,应1~2 d重启计算机,重新开监控软件。每天19:00应检查自动站采集器时钟,如果与北京时相差30 s,应在业务软件对参数的设置和系统时钟的调整时,必须保证采集器和计算机时钟一致。 白天守班期间应每小时查看数据是否正常,白天08:00、11:00、14:00、17:00、20:00正点记录出现异常时,定时观测时次的记录应立即进行处理,其他正点时次的记录应在下一定时观测前完成修改、上传。夜间不守班期间,次日07:00应查看数据是否正常,夜间正点记录出现异常时,应在当日10:00前完成修改、上传。若夜间数据异常影响到08:00、09:00记录时,应在10:00前对08:00、09:00相应记录进行修改、上传。自动观测的气温、相对湿度、风向、风速、气压、地温、草温记录异常时,正点时次的记录按照正点前10 min记录、正点后10 min记录、备份自动站记录、内插记录(风向、风速不做内插)的顺序代替。若无自动记录可代替时,仅对相应定时时次记录进行人工补测(草温除外),其他时次按缺测处理,若某要素人工观测仪器已按规定撤除,则该要素不再人工补测。
  1.6.2实例。自动站14:00正点2 min风向为C静风,风速0.0 m/s,而其余风向风速正常,小时最高、最低温度和最小相对湿度及出现时间空白,测报软件没有任何提示,质控保存正常。处理方法是在正点地面数据维护里双击固定列,用查看RTD文件内接近正点分钟数据是否存在,用接近正点10 min记录替代(图4)。如果RTD分钟数据也缺测,重启计算机,在监控软件进行常规数据卸载,查看记录是否正常,如果还不正常,重新插拔自动站数据线与计算机接口,再卸载定时数据就正常了,这是由于自动站数据线与计算机接口松动接触不良造成丢失部分自动站数据。
  42卷22期吕红玉等自动站仪器维护及异常记录处理2 小结   (1)自动站仪器安装严格按照地面规范规定,每日日出后和日落前应巡视观测场和值班室内的自动气象站设备。巡视的主要内容包括查看各传感器是否正常、雨量传感器的漏斗有无堵塞、地温传感器的埋置是否正确、风向、风速传感器是否转动灵活等。
  (2)保持自动站设备处于正常连续的运行状态,白天每正点前30 min要查看前2 h正点数据采集是否正常,当时采集器的显示屏或计算机显示的实时观测数据是否正常。
  (3)1~2 d重启计算机,重新开监控软件。每天19:00应检查自动站采集器时钟对时。
  (4)数据异常已实现自动观测的气温、相对湿度、风向、风速、气压、地温、草温记录异常时,正点时次的记录按照正点前10 min记录、正点后10 min记录、备份自动站记录、内插记录(风向、风速、降水不做内插)的顺序代替。若无自动记录可代替时,仅对相应定时时次记录进行人工补测(草温除外),其他时次按缺测处理,若某要素人工观测仪器已按规
  图4 雪温异常记录处理定撤除,则该要素不再人工补测。
  参考文献
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