地面气象观测规范第17部分自动气象观测系统.doc

ICS QX N 备案号： 中华人民共和国气象行业标准 QX/T ××××2005 地面气象观测规范 第 17 部分：自动气象观测系统 Specifications for Surface Meteorological Observation Part17:Automatic Meteorological Observing System （草案稿） ××××-××-××发布 ××××-××-××实施 中国气象局 发布 QX/T ××××2005 目 次 前言 . II 引言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 结构及工作原理 . 2 4.1 体系结构 . 2 4.2 工作原理 . 2 4.3 主要功能 . 3 5 硬件 . 3 5.1 传感器 . 3 5.2 数据采集器 . 3 5.3 电源 . 4 5.4 通信接口 . 4 5.5 外围设备 . 4 6 系统软件 . 4 6.1 采集软件 . 4 6.2 业务软件 . 4 7 采样和算法 . 4 7.1 采样 . 5 7.2 算法 . 5 8 安装 . 5 8.1 基本要求 . 5 8.2 传感器的安装 . 6 8.3 电缆的安装与连接 . 6 8.4 采集器、电源、计算机与打印机等的安装 . 6 8.5 避雷装置 . 6 8.6 软件安装 . 6 9 日常工作 . 6 10 维护 . 6 图 1 自动气象观测系统结构图 . 2 表 1 每小时正点观测数据 . 3 I QX/T ××××2005 前 言 QX/TXXXX2005地面气象观测规范分为二十二个部分： 第 1 部分：总则 第 2 部分：云 第 3 部分：能见度 第 4 部分：天气现象 第 5 部分：气压 第 6 部分：空气温度和湿度 第 7 部分：风向和风速 第 8 部分：降水 第 9 部分：雪深与雪压 第10 部分：蒸发 第 11 部分：辐射 第 12 部分：日照 第 13 部分：地温 第 14 部分：冻土 第 15 部分：电线积冰 第 16 部分：地面状态 第 17 部分：自动气象观测系统 第 18 部分：月报表 处理和 编制 第 19 部分：辐射报表 处 理和 编制 第 20 部分：年报表 处理和 编制 第 21 部分：缺测记录的处理和不完整记录的统计 第 22 部分：观测记录质量控制 本部分为 QX/TXXXX2005 的第 17 部分。 本部分的第 6 章、第 7 章为强制性标准，其余技术内容为推荐性标准。 本部分是在引用和参考国家标准及国际标准的基础上编制的。本部分符合引用国家现行有关强制性 标准的规定。 在本部分编制过程中，编制组进行了大量的调查研究，总结了多年来地面气象观测的实践经验，吸 收了国内外成熟的先进技术成果，并广泛地征求了有关单位和专家的意见， 经多次讨论修改，最后批准 发布。 本部分由中国气象局提出，中国气象局政策法规司归口。 本部分主要起草人： II QX/T ××××2005 引 言 我国地面气象观测至今还没有颁布国家标准。为了保证地面气象观测资料的代表性、准确性和比较性，便于资料的国际、国内交换、共享和使用，必须统一我国地面气象观测技术标准，能够满足世界气象组织的要求。 鉴于中国气象局颁发的地面气象观测规范多年来已为国内很多行业所公认和采用，故 QX/TXXXX2005 主要依据的国内文件是地面气象观测规 范（中国气象局，气象出版社，2003.11）及其有关补充文件。参考的国际文件是气象仪器和观测方法指南第六版（世界气象组织）和全球观测系统手册（世界气象组织）。 QX/TXXXX2005 是我国第一次颁布的地面气象观测国家标准，其结构如前言所述。 QX/TXXXX2005 是根据国务院气象主管机构的要求，按照 GB/T1.12000 标准化工作导则第 1 部分标准的结构和编写规则的格式要求编制的。 本部分是 QX/TXXXX2005 的第 17 部分，其他部分同时发布。 本部分为首次发布，并无其它标准废止或 代替。 III QX/T ××××2005 地面气象观测规范 第 17 部分：自动气象观测系统 1 范围 本部分规定自动气象站的结构和工作原理、硬件、软件、采样和算法、安装、维护等技术要求。 本部分是使用自动气象站测量的业务规则和技术规定。自动气象观测仪器和业务软件的技术、操作手册是对本部分的必要补充，编制时必须以本部分为依据，其内容不得与之相违背。 本部分适用于使用自动气象站测量的各类气象台站。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件， 其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。 地面气象观测规范（中国气象局，气象出版社， 2003.11） 气象仪器和观测方法指南第六版（世界气象组织） 全球观测系统手册（世界气象组织） QX/T 12000 型自动气象站 QX/T 42000 气象台（站）防雷技术规范 自动气象站防雷。 3 术语和定义 本标准采用下列术语和定义。 3.1 自动气象站 automatic meteorological station 一种能自动地观测和存储气象观测数据的设备。如果需要，可直接或在中心站编发气象报告，也可以人工输入资料，对还不能全部自动化观测的目测或人工观测项目进行编辑，满足业务的需求。 在人工气象站，它仅仅是观测员简单的辅助工具；而在全自动气象站，它完全代替了观测员的工作。 3.2 自动气象站网 automatic meteorological network 由一个中心站、若干个自动气象站通过有线或无线通信电路和组网软件组成。 3.3 自动气象观测系统 automatic meteorological observing system 从狭义上说是指自动气象站，从广义上说是指自动气象站网。 3.4 实时自动气象站 real time automatic meteorological station 能按规定的时间实时提供气象观测数据的自动气象站。 3.5 非实时自动气象站 只能定时记录和存储观测数据，但不能实时提供气象观测数据的自动气象站。 3.6 1 QX/T ××××2005 传感器 能感受被测气象要素的 变化并按一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换器组成。 3.7 模拟传感器 输出是电压、电流、电荷、电阻或电容，通过信号整形，然后再把这些基本信号转换成电压信号。 3.8 数字传感器 带有并行数字信号输出的传感器，输出由二进制位或由二进制位组组成的信息，以及输出脉冲和频率信号的传感器。 3.9 智能传感器 一种带有微处理的传感器，具有基本的数据采集和处理功能，可以输出并行或串行信号。 4 结构及工作原理 4.1 体系结构 自动气象站由硬件和系统软件组成。硬件包括传感器 、采集器、通讯接口、电源、计算机等，系统软件有采集软件和业务应用软件。为了实现组网和远程监控，还须配置远程监控软件，将自动气象站与中心站联接形成自动气象站网（见图 1）。 数据显示 输入人工观测记录 计 数据存储 算 通数据打印 传 数 机 讯 感数据传输 中 据 接心器 口 无 人 站 数 据 传 输 站 采 无 人 站 数 据 存 储 电 源 图 1 自动气象观测系统结构图 现用自动气象站主要采用集散式和总线式两种体系结构。集散式是通过以 CPU 为核心的采集 器集中采集和处理分散配置的各个传感器信号；总线式则是通过总线挂接各种功能模块（板）来采集和处理分散配置的各个传感器信号。 4.2 工作原理 随着气象要素值的变化，自动气象站各传感器的感应元件输出的电量产生变化，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采集器中。 在配有计算机的自动气象站，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。在定时观测时刻，还将气象要素值存入规 定格式的定时数据文件中。根据业务需要实现各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。 2 QX/T ××××2005 通过对自动站运行状态数据的分析，实现自动站的远程监控。 4.3 主要功能 a) 自动采集气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发量、日照、辐射、地温等全部或部分气象要素。 b) 按业务需求通过计算机输入人工观测数据。 c) 按照 QX/T ××××2005 地面气象观测规范第 5 部分：气压 中海平面气压计算公式自动计算海平面气压；按照 附录 2 湿度参量的计算公式计算水汽压 、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量。 d) 按业务需求 编发各类气象报告。 e) 按地面气象观测数据文件和记录簿表格式形成观测数据文件。 f) 按业务需求 编制各类气象报表。 g) 按业务需求 实现通讯组网和运行状态的远程监控。 5 硬件 5.1 传感器 分为模拟传感器、数字传感器和智能传感器三大类，常用的传感器有： 气压 振筒式气压传感器、膜盒式电容气压传感器； 气温 铂电阻温度传感器； 湿度 湿敏电容湿度传感器； 风向 单翼风向传感器； 风速 风杯风速传感器； 雨量 翻斗式雨量传感器 、容栅式雨量传感器； 蒸发 超声测距蒸发量传感器； 辐射 热电堆式辐射传感器； 地温 铂电阻地温传感器； 日照 直接辐射表、双金属片日照传感器。 5.2 数据采集器 数据采集器是自动气象站的核心，其主要功能是数据采样、数据处理、数据存储及数据传输，其主要技术性能为： a) 数据采样速率及算法符合本标准 “采样和算法 ”的规定； b) 采集器的电源能保证采集器至少 7 天正常工作，数据存储器至少能存储 3 天的每分钟气压、气温、相对湿度、 1 分钟平均风向和风速、降水量和 表 1中所列全部或部分 项目的每小时正点观测数据 ，能在计算机中形成规定的数据文件（参见地面气象观测数据文件和记录簿表格式）。 表 1 每小时正点观测数据 2 分钟平均风向 露点温度 最低草温 2 分钟平均风速 本站气压 最低草温出现时间 10 分钟平均风向 最高本站气压 蒸发量 10 分钟平均风速 最高本站气压出现时间 日照时数 最大风向 最低本站气压 总辐射曝辐量 最大风速 最低本站气压出现时间 总辐射最大辐照度 最大风速出现时间 地面温度 总辐射最大辐照度出现时间 瞬时风向 地面最高温度 净全辐射曝辐量 瞬时风速 地面最高温度出现时间 净全辐射最大辐 照度 极大风向 地面最低温度 净全辐射最大辐照度出现时间 3 QX/T ××××2005 极大风速 地面最低温度出现时间 净全辐射最小辐照度 极大风速出现时间 5cm 地温 净全辐射最小辐照度出现时间 降水量 10cm 地温 直接辐射曝辐量 气温 15cm 地温 直接辐射最大辐照度 最高气温 20cm 地温 直接辐射最大辐照度出现时间 最高气温出现时间 40cm 地温 水平直接辐射曝辐量 最低气温 80cm 地温 散射辐射曝辐量 最低气温出现时间 160cm 地温 散射辐射最大辐照度 相对湿度 320cm 地温 散射辐射最大辐照度出现时间 最小相对湿度 草温 反射辐射曝辐量 最小相对湿度出现时间 最高草温 反射辐射最大辐照度 水汽压 最高草温出现时间 反射辐射最大辐照度出现时间 c) 具有显示功能的采集器，能直接从显示器上读取以下所需的 全部或部分 数据： 1） 可读取瞬时的数据有：风向、风速、气温、相对湿度、本站气压、海平面气压、降水量、各层地温、各种辐射的辐照度等。 2） 可读取定时数据有： 2 分钟平均风向、 2 分钟平均风速、气温、露点温度、本站气压、海平面气压、降水量。 d) 时钟误差不超过 30秒 /月。 e) 可以使用交流或直流供电。 5.3 电源 自动气象站具备高稳定性、无干扰的系统电源。在有市电的地方，使用市电，并对备用电池浮充电，以备市电出现故障时使用。若使用计算机，则应配备不间断电源（ UPS）和后备电池。在无市电的地区，自动气象站可用电池供电，这时，可用辅助电源对电池充电。 可作辅助电源的有：柴油或汽油发电机、风力发电机、太阳能电池板等。 5.4 通信接口 联接采集器与计算机、计算机与中心站、采集器与中心站等的通信联接设备。 5.5 外围设备 根据 业务 的需要， 可 配置的外围设备有：计算机、打印机、显示 器等。 6 系统软件 6.1 采集软件 采集软件由厂家提供，写在采集器中。应遵守本标准及其他气象技术规定。其主要功能有： a) 接受和响应业务软件对参数的设置和系统时钟的调整（时钟也可在采集器上直接调整，但必须保证采集器和计算机时钟一致）； b) 实时和定时采集各传感器的输出信号，经计算、处理形成各气象要素值； c) 存储、显示和传输各气象要素值； d) 大风报警； e) 运行状态监控。 6.2 业务软件 业务软件根据地面气象观测业务的需要编制，由国务院气象主管机构颁发。 其主要功能包括：参数设置、实时 数据显示、定时数据存储、编发气象报告、数据维护、数据审核、报表编制，按照地面气象观测数据文件和记录簿表格式形成统一的数据文件等。 7 采样和算法 4 QX/T ××××2005 7.1 采样 a) 自动站的数据采样在采集器中完成，采样顺序：气温、湿度、降水量、风向、风速、气压、地温、辐射、日照、蒸发。 b) 气温、湿度、气压、地温、辐射的采样速率为每分钟 6 次，去掉一个最大值和一个最小值，余下的 4次采样值求算术平均。 1 分钟平均值为瞬时值。 c) 风向、风速的采样速率为每秒钟 1 次，求 3 秒钟、 2 分钟、 10 分钟的滑动平均值。 3 秒钟的平均值为瞬时值。 d) 降水量、蒸发量和日照时数的采样速率为每分钟 1 次。 e) 平均值在等时间间隔内取得，时间间隔不能超过传感器的时间常数。各要素的时间常数、采样速率、平均时间要求见 QX/T ×××××××× 地面气象观测规范