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1、附件1：自动气候站观测业务规范（试行）中国气象局二七年十二月前 言我国地面气象观测长期以来主要依赖人工观测，1999年开始逐渐使用自动气象站。但是，自动气象站的观测精度和观测方法达不到进行基准气候观测的要求，因此，在国家基准气候站虽然布设了自动气象站，从气候资料连续性和自动气象站的精度考虑，人工观测仍然全部保留。另外，随着我国经济发展和城市化进程的推进，大部分气象观测站的观测环境不断恶化，气候观测资料的代表性受到影响。为了获取我国未来50年或更长时间的高质量的地面气象观测资料，评估我国气候和气候变化，确定建立我国以自动观测为主的地面基准气候观测网。地面基准气候观测网采取自动气候站布设。即选择观
2、测环境具有代表性并能保持长期稳定的气象观测场所，使用高稳定性、自动的观测仪器，来获取具有代表性、准确性和比较性的地面气候基准资料。每个自动气候站通过通信网络连接到省级气象信息中心和国家级气象信息中心，由国家级气象信息中心汇集观测数据并进行质量控制、归档管理，形成可用的数据产品。本规范规定了自动气候站观测的基本要求、观测方法、技术要求、值班工作要求、数据文件及归档、数据中心处理和自动气候站检定等内容，是自动气候站观测的业务规则和技术规定，观测工作中应严格遵守。有关自动气候站的具体使用方法、操作和维护由相关使用手册进行规定。本规范由中国气象局监测网络司组织编写，中国气象局大气探测技术中心负责具体编
3、写工作。目 录第1章 总则11.1观测目标11.2自动气候站布局11.3区站号确定11.4历史资料连续性评估11.5数据文件归档及报送21.6观测员的基本要求2第2章 自动气候站观测要求32.1观测项目32.2观测方式42.3时制和日界42.4累计值和极值的时界42.5自动气候站观测场42.5.1环境条件要求42.5.2观测场要求52.5.3观测场的坐标52.5.4自动气候站安置62.5.5仪器塔仪器的布设82.5.6防风圈要求102.6值班工作室122.7自动气候站技术性能要求122.7.1总体要求122.7.2传感器性能要求122.7.3测量值性能要求13第3章 自动气候站153.1结构及
4、工作原理153.1.1结构153.1.2工作原理153.2硬件163.2.1传感器163.2.2数据采集器213.2.3系统电源213.2.4通信接口223.2.5外围设备223.3系统软件223.3.1采集软件223.3.2监控处理软件223.4主要功能要求233.4.1初始化功能233.4.2数据采集功能233.4.3数据处理功能233.4.4数据存储功能233.4.5数据传输功能233.4.6系统管理功能233.5数据质量控制243.5.1数据质量标识分级243.5.2采样值的质量控制253.5.3测量值的质量控制263.5.4气温传感器的检测273.6采样、算法及数据存储273.6.1
5、采样273.6.2算法283.7监控处理软件基本流程323.7.1软件流程323.7.2数据流程363.8安装363.8.1基本要求363.8.2传感器的安装373.8.3电缆的安装与连接413.8.4采集器、电源、计算机与打印机等的安装413.8.5防雷要求423.8.6软件安装42第4章 值班工作434.1基本要求434.2自动气候站维护444.2.1一般要求444.2.2观测设施和各传感器维护44第5章 组网处理505.1通信和组网505.2数据处理50第6章 自动气候站检定516.1数据采集器检定516.2各传感器的检定516.2.1检定周期516.2.2检定方法51附录1 终端控制命
6、令541.1运行操作541.1.1设置采集器的通信参数541.1.2在线更新采集器的程序541.1.3显示采集器的基本信息541.1.4采集器自检541.2监控操作541.2.1采集器日期操作541.2.2采集器时间操作551.2.3采集器区站号操作551.2.4观测场纬度操作551.2.5观测场经度操作561.2.6地方时差操作561.2.7观测场拔海高度操作561.2.8气压传感器拔海高度操作571.2.9传感器修正值操作（待定）571.2.10辐射传感器灵敏度操作571.2.11采集器电源容量操作581.2.12采集器内存容量以及剩余容量操作581.2.13机箱温度操作581.2.14各
7、传感器状态操作581.2.15实时状态信息操作591.3观测数据控制命令和数据格式591.3.1返回数据一般格式591.3.2终端传送的观测数据要求60附录2 数据文件格式672.1采集数据文件格式672.1.1组成672.1.2正点常规气象要素数据文件672.1.3正点总辐射数据文件702.1.4分钟常规气象要素数据文件722.1.5分钟总辐射数据文件742.1.6实时状态信息文件752.1.7实时要素数据文件762.1.8分钟样本数据文件772.2实时上传数据文件格式782.2.1组成792.2.2常规气象要素数据文件792.2.3总辐射数据文件822.2.4状态信息文件832.3归档数据
8、文件格式83附录3 自动气候站观测值班工作日记（格式）84附录4 自动气候站日维护记录表（格式）85附录5 自动气候站月维护记录表（格式）87第1章 总则1.1 观测目标为了获取我国未来50年或更长时间的高质量的地面气象观测资料，评估我国气候和气候变化，确定建立我国以自动观测为主的地面基准气候观测网。地面基准气候观测网采取自动气候站布设。即选择观测环境具有代表性并能保持长期稳定的气象观测场所，使用高稳定性、自动的观测仪器，来获取具有代表性、准确性和比较性的地面基准气候资料。每个自动气候站通过通信网络连接到省级气象信息中心和国家级气象信息中心，由国家级气象信息中心汇集观测数据并进行质量控制、归档
9、管理，形成可用的数据产品。1.2 自动气候站布局自动气候站的布局主要依据中国气候观测系统委员会关于中国气候观测系统（CCOS）的设计原则和确定的关键气候观测区，结合世界气象组织（WMO）对全球气候观测系统（GCOS）和区域气候站网选择原则，在现有国家级气象观测站基础上，重点考虑现有观测站的探测环境、气候区域特点与代表性、已有资料序列等因素择优选址确定。1.3 区站号确定在现有国家级气象观测站布设或与现有国家级气象观测站按一站多址布设的自动气候站，其区站号与现国家级气象观测站相同。其他新建自动气候站由国务院气象主管机构确定。1.4 历史资料连续性评估要利用台站已有气象观测资料，开展地面基准气候资
10、料连续性的评估，以获取长序列的归一化、标准化的综合数据集。省级气象资料处理部门负责资料连续性的评估工作，主要评估要素为气温、降水量。气温连续性评估：对逐日平均气温、日最高气温、日最低气温按月作均一性对比分析，包括对比差值的月平均、月标准差和月一致率。当月一致率大于或等于 时，作为资料连续，并给出月平均系统差值；否则视为资料不连续。降水量连续性评估：对月总量按年作均一性对比分析，包括对比差值的年平均、年标准差和年一致率。当年一致率大于或等于 时，作为资料连续，并给出年平均系统差值；否则视为资料不连续。1.5 数据文件归档及报送台站需要归档的数据文件包括：（1）自动气候站采集数据文件，格式见附录2
11、。（2）自动气候站业务软件的参数文件和日志文件。（3）值班工作日记，格式见附录3。（4）归档数据文件，见附录2。该文件应包括所有有可能影响观测数据的活动和变化的记载，包括仪器检定、更换采集器和传感器、软件升级、近地面环境参数（包括土壤性质和周围植被状况）、周围观测环境的变化和对观测记录有影响的干扰源等，其记载内容通过描述、标注日期、电子图像等方式进行报告。各级气象资料管理部门需要归档的内容和上报时间由同级气象主管机构制定，台站和资料管理部门应按照逐级上报并审核的原则，按时报准、报全各类资料。1.6 观测员的基本要求（1）应经过系统业务技术培训，参加业务主管部门定期组织的考核，取得省级或以上业务
12、主管部门认定的地面基准气候观测业务岗位资格。（2）具有气候系统相关专业的知识，熟练掌握气象观测技术，能运用计算机处理有关信息资料。（3）应掌握观测设备、计算机、网络的基本原理，当观测设备等出现一般故障时应能及时排除，出现大故障时能查找故障原因。（4）负责观测仪器和场地的日常维护，保持仪器和场地处于良好状态。（5）应按规定的数据格式按时发送气象观测数据，整理值班工作日记和仪器设备维护维修报告，及时归档各种数据文件和记录簿表。（6）应积极参加业务主管部门组织的专项业务技术进修培训，不断掌握新的观测业务技术知识和新仪器的使用维护方法。第2章 自动气候站观测要求2.1 观测项目自动气候站观测项目至少应
13、包括气温和降水量。气温观测包括两组铂电阻传感器，每组为3支，一组置于百叶箱，另一组分别置于各自的通风防辐射罩内。降水观测包括称重式和翻斗式传感器。辅助观测项目包括风速、总辐射和地表温度。根据需要可扩展的观测项目包括气压、湿度、土壤温度和土壤水分。各观测项目的测量值要求如下表：观测项目测量值单位气温每分钟平均值整点值（5 min平均）小时内最高值（5 min平均）及出现时间小时内最低值（5 min平均）及出现时间小时平均值（5 min平均）标准差摄氏度（），采样值精确到0.01，测量值精确到0.1出现时间为时分降水量每分钟累计量小时累计量毫米（mm），取1位小数风速每分钟平均值2 min，5 m
14、in，10 min滑动平均风速小时内最大风速（10 min滑动平均）及出现时间小时内极大风速（瞬时风速）及出现时间小时平均值（5 min平均）标准差米每秒（m/s），取1位小数出现时间为时分总辐射每分钟辐照度小时内最大辐照度及出现时间小时曝辐量标准差辐照度为瓦每平方米（W/m2），取整数；曝辐量为兆焦每平方米（MJ/m2），取2位小数出现时间为时分地表温度每分钟平均值整点值（5 min平均）小时内最高值（5 min平均）及出现时间小时内最低值（5 min平均）及出现时间小时平均值（5 min平均）标准差摄氏度（），取1位小数出现时间为时分气压每分钟平均值整点值（5 min平均）小时内最高值（5
15、 min平均）及出现时间小时内最低值（5 min平均）及出现时间小时平均值（5 min平均）标准差百帕（hPa），取1位小数出现时间为时分相对湿度（或露点温度）每分钟平均值（包括水汽压、相对湿度、露点温度，下同）整点值（5 min平均）小时内最小相对湿度值（5 min平均）及出现时间小时平均值（5 min平均）标准差水汽压为百帕（hPa），取1位小数，相对湿度为百分率（%），取整数，摄氏度（），取1位小数出现时间为时分2.2 观测方式全部观测项目均采取自动观测，由高可靠性技术设计和高精度测量的自动气候站完成，辅以必要的人工维护和干预。2.3 时制和日界辐射采用地方平均太阳时，其余观测项目均采用
16、北京时。辐射以地方平均太阳时24时为日界，其余观测项目均以北京时20时为日界。2.4 累计值和极值的时界小时累计值和小时内极值的开始计时时间为上一时次的01分，结束时间为本次正点00分。例如：8时小时内最高气温是指7时01分至8时00分这段时间气温的最高值，其出现时间只能是7时01分至8时00分。日累计值和日极值的开始计时时间为上一日界时次的01分，结束时间为本日日界时次正点00分。2.5 自动气候站观测场2.5.1 环境条件要求自动气候站观测场是获得地面基准气候资料的主要场所，地点应设在能较好地反映本地气候的区域特点和较大范围气候变化特征的地方，具有下垫面代表性。为避免局部地形的影响，观测场
17、不能设在陡坡、洼地或邻近有铁路、公路、工矿、烟囱、高大建筑物的地方，以及地方性雾、烟等大气污染严重的地方。观测场的周围环境应符合中华人民共和国气象法以及有关气象观测环境保护的法规、规章和规范性文件的要求。自动气候站观测环境应依法进行保护。四周观测环境能够保证至少50年长期保护。周围观测环境发生变化后要进行详细记录。新建、迁移观测场或观测场四周的障碍物发生明显变化时，应测定四周各障碍物的方位角和高度角，绘制地平圈障碍物遮蔽图。周围环境和下垫面应尽可能保持自然状况。2.5.2 观测场要求（1）对于现有地面气象观测场观测环境完全符合气象观测环境技术要求，并利于长期保护的自动气候站，在现有地面气象观测
18、场的东边或西边扩出一个观测场，对于冬季降雪较大的地区，面积应为25 m25 m，降雪较小或南方地区面积应为15 m（东西向）25 m（南北向）。（2）对于现有地面气象观测场观测环境不符合气象观测环境技术要求，或地面气象观测环境将不能得到长期保护的气象观测站，需要在现观测站20 km范围内，另外选观测环境完全符合气象观测环境技术要求，并利于长期保护的地方，新建自动气候站观测场，对于冬季降雪较大的地区面积应为25 m25 m，降雪较小的地区面积应为15 m（东西向）25 m（南北向），不会出现降雪的地区面积应为15 m15 m。（3）如果受条件限制，也可以按照地面气象观测规范中有关仪器布设原则，对
19、观测场地的大小及仪器架设进行适当调整、整合。（4）若能够保证仪器设备安全，观测场可不设置围栏。与地面气象观测场设在一起时，应与地面基本气象观测场形成整体。若需设置观测场围栏，围栏不宜采用反光太强的材料，应稀疏，高度约1.2 m。观测场围栏的门一般开在北面。（5）场地应尽可能的保持自然下垫面状况，有草时，其高不能超过20 cm。场内不准种植作物。（6）为保持观测场地自然状态，场内可铺设0.3 m0.5 m宽的小路。人员只准在小路上行走。有积雪时，除小路上的积雪可以清除外，应保护场地积雪的自然状态。（7）根据场内仪器布设位置和线缆铺设需要，在小路下修建电缆沟（管）。电缆沟（管）应做到防水、防鼠，并
20、便于维护。（8）观测场的防雷应符合符合QX 30 2004自动气象站场室防雷技术规范的要求。2.5.3 观测场的坐标应准确获取自动气候站观测场的经度、纬度（精确到秒，采用1980年西安国家大地坐标系）和拔海高度（精确到0.1 m，以黄海海平面为基准）。有气压观测项目时，应测定气压感应器或传感器的拔海高度（精确到0.1 m）。观测场经度、纬度和拔海高度以百叶箱（没有百叶箱时，以通风防辐射罩气温传感器）所处的地平面位置为准。2.5.4 自动气候站安置自动气候站安置在自动气候站观测场，百叶箱、仪器塔上的各传感器和降水传感器之间应避开相互影响，仪器布局尽可能行列整齐排列。一般测量气温的仪器在东，测量降
21、水的仪器在西，仪器塔在南，称重式降水量传感器在北，若为避开与其他观测系统相互之间的影响，可将气温和降水测量仪器的位置置换。对于称重式降水量传感器防风圈的安装视冬季是否会出现降雪而定，由于防风圈的大小不一，自动气候站的仪器设备按如下三种类型布设：（1）北方大防风圈型：如图2.1。图2.1 北方大防风圈型自动气候站仪器设备布局参考图观测场大小25 m25 m。各仪器设施共两行两列。北面为百叶箱和称重式降水量传感器（防风圈外圈直径12 m），百叶箱与防风圈外圈的距离不小于8 m；南面为仪器塔和翻斗式雨量传感器，两者之间的距离不小于14 m，仪器塔位于百叶箱的正南面，与百叶箱的距离不小于15 m。各传
22、感器与围栏之间的距离不小于3 m。（2）北方小防风圈型：如图2.2。观测场大小15 m25 m。各仪器设施东西排列成三行。北面为称重式降水量传感器（防风圈外圈直径12 m），其尽可能靠西；中间为百叶箱，百叶箱与防风圈外圈的距离不小于4 m；南面为仪器塔和翻斗式雨量传感器，两者之间的距离不小于7 m，仪器塔位于百叶箱的正南面，与百叶箱的距离不小于8 m。各传感器与围栏之间的距离不小于3 m。图2.2 北方小防风圈型自动气候站仪器设备布局参考图（2）南方型：如图2.3。观测场大小15 m15 m。各仪器设施共两行两列，东西间距不小于7 m，南北间距不小于8 m，各传感器外与围栏之间的距离不小于3
23、m。其中，北面为百叶箱和称重式降水量传感器（无防风圈，配Alter型挡风圈）；南面为仪器塔和翻斗式雨量传感器。各传感器与围栏之间的距离不小于3 m。图2.3 南方型自动气候站仪器设备布局参考图自动气候站与工作室的通讯采用铺设地沟或管道，材料选用直径10 cm以上的金属管或带金属网屏蔽的PVC管，内穿通讯电缆，每隔30 m左右设一个检查井。电源线应单独使用直径2 cm PVC管，并随通讯线的地沟或管道铺设。在观测场的外围安装全景摄像头，以保证对全部仪器设备的监视。2.5.5 仪器塔仪器的布设仪器塔是安装自动气候站传感器和采集器的主要设施。该塔由不锈铝合金焊接而成，塔高2.5 m，塔体为上下一致的
24、等边三角形，大小为50 cm50 cm50 cm。为了减少塔对气流的阻挡，应选择断面积较小，风容易穿过（密闭度小）的结构。仪器塔的三根立柱分别处在北、东、南面。仪器塔上传感器的布设必须注意相互间的影响，尽可能保持各传感器高度的一致。在仪器塔上安装4根横臂，材质为不锈铝合金管，可以是圆形或方形，圆形时直径约2.5 cm，方形时大小为2.5 cm2.5 cm，用于安装各传感器，强度要求为架设仪器后横臂不能弯曲。仪器塔各传感器布设如图2.4所示。图2.4 仪器塔传感器安装位置俯视图第1根横臂，长175 cm，距地面高度150 cm，用于安装红外地温和总辐射传感器，该臂固定在塔南、北边的两根立柱上，指
25、向正南，向外伸出125 cm，红外地温传感器安装在横臂南端的顶端，总辐射传感器靠近红外地温传感器，相距约20 cm，为避免通风防辐射罩对辐射测量的影响，应在总辐射传感器的安装位置固定一立柱，总辐射传感器安装在该立柱上，总辐射传感器感应面与通风防辐射罩顶部平齐。第2根横臂，长175 cm，距地面高度约125 cm（根据传感器距地高度的要求，其高度可调节），用于安装风速传感器，该臂固定在塔南、北边的两根立柱上，指向正北，向外伸出125 cm，在横臂北端的顶端安装垂直向上的立柱，风速传感器安装在该立柱上，风杯中心距地的高度为150 cm。第3根横臂，长250 cm，距地面高度205 cm（根据传感器
26、距地高度的要求，其高度可调节），用于安装通风防辐射罩，该臂固定在塔东、南边的两根立柱上，呈东北、西南向，两端向外各伸出100 cm，在横臂两顶端各安装垂直向下的立柱，立柱上安装通风防辐射罩，通风防辐射罩的中心距地的高度为150 cm。温度传感器位于通风防辐射罩的中心。第4根横臂，长150 cm，用于安装通风防辐射罩，该臂固定在塔北边的立柱和第3根横臂上面的中央位置上，指向东南，向外各伸出约107 cm，在横臂顶端安装垂直向下的立柱，立柱上安装通风防辐射罩，通风防辐射罩的中心距地的高度为150 cm。温度传感器和湿敏电容传感器位于通风防辐射罩的中心。若有露点仪传感器，则在第4根横臂的上方，距地面
27、高度170 cm处的塔体上安装。采集箱安装在南、北边的两根立柱间，底部距地面的距离为50 cm80 cm。2.5.6 防风圈要求防风圈采用世界气象组织推荐的DFIR型（Double Fence Intercomparison Reference），它是以称重降水传感器为中心，由木质叶片制成的栅栏围成的内、外两圈的正八边体，外高内低，以提高固态降水的捕获率，保证降水量准确、可靠的测量。其大小应满足出现最大积雪的需要，可视降雪情况制作，分为大、小两种型号，南方不降雪的地区可不架设。（1）大型防风圈。如图2.4。外圈直径为12 m，每边边长约910 cm，叶片55片；内圈直径为4 m，每边300 c
28、m，叶片17片。每片叶片长约140 cm150 cm，宽约8 cm，厚度以风力无法吹断为宜。叶片采用木质或金属连接，连接片宽度为约5 cm，分别固定在叶片两端的90 cm和20 cm处。叶片之间的间隙为约8 cm。采用铁管作为支架，分别在正八边形各边连接点和每边中点安装。支架的高度以传感器的高度为准，内圈栅栏高于传感器口缘约10 cm，外圈栅栏高于传感器口缘约10 cm20 cm，图中标示尺寸仅作参考。叶片应进行防腐处理，刷清漆以保持木质的本色，铁管和金属件均应进行防锈蚀处理。内装的传感器配备支架，传感器口缘与低于内圈栅栏10 cm。图2.4 大型防风圈结构示意图（2）小型防风圈。如图2.5。
29、外圈直径为8 m，每边边长约610 cm，叶片38片；内圈直径为4 m，每边约300 cm，叶片17片。支架的高度以传感器的高度为准，内圈栅栏高于传感器口缘约10 cm，外圈栅栏高于传感器口缘约10 cm20 cm，图中标示尺寸仅作参考。其他要求同大型防风圈。在北边一块的栅栏应缷装方便，以便观测对仪器进行维护。图2.5 小型防风圈结构示意图在内圈栅栏内设置扶梯，以便观测人员维护。扶梯高度低于降水传感器约50 cm，倾角以观测员上下方便为宜，扶梯应进行防滑处理。2.6 值班工作室值班工作室是安放自动气候站计算机终端、综合显示平台的场所和值班观测员的工作室。（1）在满足自动气候站与计算机终端通信的
30、前提下，值班工作室应尽可能远离自动气候站观测场。一般应建在观测场北边，保证观测员在值班室有较开阔的视野，能看见观测场的全貌，可随时监视观测场的情况和天气的变化。（2）安装集中控制和分配供电电源的配电箱。（3）防雷应符合符合QX 30 2004自动气象站场室防雷技术规范的要求。2.7 自动气候站技术性能要求2.7.1 总体要求自动气候站应具有国务院气象主管机构业务主管部门颁发的使用许可证，或经国务院气象主管机构业务主管部门审批同意用于观测业务。自动气候站基于高可靠性技术设计和高精度测量，应具有高可靠性、高精度、高稳定性和易维护等特点。同一厂家的同类采集器和传感器应能互换。六支气温传感器应严格筛选
31、，彼此测量值相差应小于等于0.1 ，并且在整个测量范围内误差大小与变化方向一致。2.7.2 传感器性能要求自动气候站传感器的检定应由专业检定人员采用标准设备和按照检定规程进行，检定要有书面记录，作为台站历史记录归档保存。传感器的技术性能要求如表2.1。表2.1 自动气候站传感器的技术性能要求要素传感器传感器及其性能要求测量范围分辨力准确度时间常数检定周期温度铂电阻50+500.010.1 20 s2年降水量称重式0 mm200 mm0.1mm0.1FS1年翻斗式4 mm/min0.1mm0.4mm，10mm；4，10mm1年风速三杯风(075) m/s0.1 m/s(0.5+0.03V) m/
32、s距离常数2m5m2年地表温度红外0.10.51 s2年铂电阻0.10.220 s2年总辐射热电堆(02000) W/m2（305 nm2800nm）0.1%5%2年气压膜盒式电容500 hPa1100 hPa（任意200 hPa）0.1hPa0.3hPa2年相对湿度湿敏电容或露点仪010014（80）8（80）1年各要素值与其参考标准的差值的月平均值波动幅度不超过以下规定值：气温：0.2 降水量：4 %风速：0.2 m/s地表温度：0.5 总辐射：5 %本站气压：0.2 hPa相对湿度：5 %年稳定性要求：各要素传感器在复检时，必须满足测试准确度要求后，其结果与初检的结果相比较，差值的绝对值
33、不超过准确度指标。2.7.3 测量值性能要求自动气候站测量性能指标的要求如表2.2。表2.2 自动气候站测量性能指标要求测量要素范围分辨力准确度采样频率计算平均时间气温50+500.01（原始采样）0.1（计算5 min平均）0.230次/min5min降水量翻斗：雨强04mm/min0.1mm0.4mm（10mm）4%（10mm）1次/min累计每分钟、每15 min和小时的降水量称重：0 mm200mm0.1mm0.1% FS地表温度50+800.150+50：0.2+50+80：0.530次/min5min风速（060）m/s0.1 m/s（0.5+0.03V）m/s60次/min2mi
34、n、5min、10min、1h总辐射（02000） W/m25 W/m25%（日累计）6次/min气压500 hPa1100 hPa（任意200 hPa）0.1hPa0.3hPa30次/min5min相对湿度010014（80）8（80）30次/min5min第3章 自动气候站3.1 结构及工作原理3.1.1 结构自动气候站由硬件和软件两部分组成，硬件包括传感器、数据采集器和外围设备，软件包括采集软件和业务软件。外围设备主要包括电源、通信接口或设备、安装构件和业务软件运行的微机（服务器）等（参见图3.1）。自动气候站在结构上采用“积木式”结构，易于实现功能扩展。自动气候站应具备高可靠性、高准确
35、性、易维护、易备份等特点。应在最少人工维护的前提下，实现无人值守并长期连续运行。RS-232RS-232/RS-485RJ-45电源扩展通信设备远程业务系统微机6个（两组）气温传感器2个降水传感器地表温度传感器（Pt电阻和IR）风速传感器太阳总辐射传感器其他传感器(有线)本地业务系统数 据 采 集 器图3.1 自动气候站结构图3.1.2 工作原理随着气象要素值的变化，自动气候站各传感器的感应元件输出的电量或经智能传感器处理后的数字量产生变化，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
36、采集器中。这些采集器可以是一个或若干个，但应有一个为主采集器，负责整个系统的控制。在配有计算机的自动气候站，通过主采集器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，同时通过计算机终端实现对自动气候站数据采集器的控制。还可以通过扩展通信设备和网络端口连接到远程业务系统，实现对自动气候站运行状态数据处理和远程监控。3.2 硬件3.2.1 传感器3.2.1.1 传感器型号自动气候站所用传感器如表3.1。表3.1自动气候站传感器型号及配置要素传感器数量可选型号气温Pt100铂电阻或Pt1000铂电阻6两组，通风防辐射罩和百叶箱各3支玻璃钢百叶箱，Metone 076B型防辐
37、射罩降水量翻斗式雨量计（双翻斗）1称重式降水计1Geonor T200B称重型传感器风速三杯式风速传感器1地表温度Pt100铂电阻1红外传感器1IRTS-P红外热电偶传感器总辐射热电堆式1KIPP&ZONEN或Eppley公司的产品气压膜盒式电容1Vaisala公司的PTB220型湿度湿敏电容或露点仪1Vaisala公司的HMP45D型其他辅助观测项目相应传感器可以通过总线方式进行扩充或由基本地面气象观测实现。3.2.1.2 常用传感器3.2.1.2.1 气温传感器气温传感器的感应元件为PT100或PT1000。一般封装在不锈钢外壳内，并用氧化镁粉末密实填充，与信号线相连的一端用环氧密封，信号
38、线的接线端常采取铜镀银。如图3.2。图3.2 铂电阻气温传感器地温传感器的感应元件为PT100，与气温传感器的结构相同。3.2.1.2.2 湿度传感器常用的湿度传感器有湿敏电容传感器和露点仪传感器。湿敏电容传感器可采用芬兰Vaisala公司生产的HMP45D型温湿度传感器，如图3.3。图3.3 HMP45D温湿度传感器结构图该传感器采用铂电组感应元件（Pt100）测气温，是无源的电阻输出；采用电容式薄膜聚合物感应元件直接测相对湿度，是有源的0 V1 V电压输出。温度和湿度感应元件装在传感器头部带有滤膜的保护罩内。湿敏电容器上电极是一层多孔金膜，能透过水汽；下电极为一对刀状或梳状电极，引线由下电
39、极引出。基板是玻璃。整个感应器是由两个小电容器串联组成。传感器置于大气中，当大气中水汽透过上电极进入介电层，介电层吸收水汽后，介电系数发生变化，导致电容器电容量发生变化。电容量的变化正比于相对湿度。3.2.1.2.3 气压传感器可采用的气压传感器有芬兰Vaisala公司生产的PTB220型气压传感器，如图3.4。该传感器属智能型全补偿式数字气压传感器，具有较宽的工作温度和气压测量范围。安装在采集器机箱内，通过静压压力连通管与外界大气相通。感应元件为硅电容，基于一个先进的RC振荡电路，电容压力传感器和温度传感器作连续测量，微处理器进行压力线性补偿和温度补偿获得精确的气压值。图3.4 PTB220
40、气压传感器内部结构图3.2.1.2.4 双翻斗雨量传感器双翻斗雨量传感器主要由承水器（口径为20 cm）、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗和干簧管等组成（如图3.5所示）。图3.5 双翻斗雨量传感器结构图承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水积到一定量时，由于水本身重力作用使上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水，调节为比较均匀的降水强度，以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1 mm时，计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗，使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时，与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭
41、合一次。这样，降水量每次达到0.1 mm时，就送出去一个开关信号，采集器就自动采集存储0.1 mm降水量。3.2.1.2.5 称重式降水量传感器称重式降水量传感器主要用于测量固态降水，与双翻斗式雨量传感器并用，以保证降水测量的可靠性。常用的型号有Geonor公司的T-200B型、OTT公司的Pluvio型、Vaisala公司的VRG101型和ETI公司的NOAH IV型。Geonor公司的T-200B型称重式降水量传感器由承水器（面积为200 cm2）、集水桶（600 mm）、弦振传感器组、支架和Alter型挡风圈组成（如图3.6）。图3.6 T-200B称重式降水量传感器结构图承水器由进入口
42、和锥形筒组成，进入口承接来自天空的降水，汇集到集水桶，集水桶应保持水平，在集水桶中装有防冻剂（无降雪站或非降雪季节可只加入机油，以减少蒸发），可以融化固态降水，集水桶位于靠三个相互独立的弦振传感器钩住的支撑盘上，通过弦振传感器进行称重，然后给出一个频率，频率被作为一个0 V5 V的方波信号输出，这种信号可以很方便的连接到数据采集器系统上进行测量，计算得到降水总量。在每个弦振传感器的侧面有锁紧螺钉，用于锁住传感器称重。仪器无机械移动部件，消除了一些可能的系统误差。单个传感器出现故障也可以方便地探测到。Alter型挡风圈为圆形，直径为122 cm，通过4根等距的立柱支撑，挡风圈上叶片为不锈钢材料，
43、以防腐蚀，安装在承水器的周围。3.2.1.2.6 红外地表温度传感器红外地表温度传感器主要由光学系统、光电探测器、信号处理电路组成。光学系统汇聚地表及探头至地表间空气的红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转换为相应的电信号，该信号经信号处理电路转换为地表温度。图3.7 红外地表温度传感器3.2.1.2.7 总辐射传感器总辐射传感器由玻璃罩、感应元件及附件组成。玻璃罩透过0.3 m3.0 m范围的短波辐射，透过率接近0.9，通过感应元件（热电堆）感应光的强度，并通过转换电路将其转换成电信号。热电堆可由康铜-锰铜、康铜镀铜或其它材料构成。附件包括机体、干燥器、白色挡板、底座、水平器和接线柱等。干燥器内装干燥剂（硅胶）与玻璃罩相通，保持罩内空气干燥。白色挡板挡住太阳辐射对机体下部的加热，又防止仪器水平面以下的辐射对感应面的影响。图3.8 总辐射传感器结构图有关性能参数如下：（1）光谱范围：310 nm2800 nm（2）灵敏度：（714） VW-1m-2（3）响应时间（95%）：5 s（4）温度变化零点漂移（5K/h）：2 W/m2（5）热辐射零点漂移（200 W/m2）：7 W/m2（6）方向误差：10 W/m2（7）非线性：0.5 %（8）非稳定性（变化/年）：0.5 %（9）灵敏度温度依赖性：1%（-10 40 ）
