完整新型自动气象气候站功能规格书

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书新型自动气象（气候）站功能规格书（业务试用版）2012年8月（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书目录TOC\o"1-5"\h\z前言 11。1目标 1编写原则 1编写依据 12组成结构 22。1概述 22。2采集器 3总线 82。4传感器 82。5外围设备 8软件 93总线物理接口及应用层协议 10物理接口 10连接器 103。3应用层协议 114功能要求 11软件初始化 11数据采集 114。3数据处理 114。4数据存储 12数据传输 16数据质量控制 164。7终端操作命令 224。8GPS对时功能 234。9人工输入观测资料 23嵌入式软件在线升级 235测量性能 235。1测量的气象要素 23量和单位 24-1-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书TOC\o"1-5"\h\z要求 25采样和算法 276嵌入式软件流程 38采集软件流程 38数据流程 397传感器要求 40气压传感器 40温度测量传感器 417。3湿度测量传感器 417。4风测量传感器 427。5降水测量传感器 437。6蒸发测量传感器 447。7红外地表测温仪 44辐射测量传感器 447。9日照测量 46能见度测量传感器 46土壤水分传感器（时域反射法：TDR法或频域反射法：FDR法） 47地下水位测量传感器 477。13 天气现象观测传感器47云量测量传感器 477。15 积雪深度测量传感器47冻土深度测量传感器 487。17 电线积冰测量传感器487。18 闪电频次测量传感器487。19 海洋测量传感器488供电电源要求 489安全要求 48标记要求 48文件要求 499。3结构安全 50电气安全 505110工作环境适应性要求51-2-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书51气候条件51TOC\o"1-5"\h\z生物条件 5110。3 化学活性物质51机械条件 5111电磁兼容性要求 52电磁骚扰限值要求 52电磁抗扰度要求 5212防雷要求 53一般要求 5312。2 直接雷击的防护措施53雷击电磁脉冲的防护 5313结构和外观要求 5413。1 机械结构要求5413。2 机械强度要求5413。3 材料与涂复要求5413。4 外观要求54TOC\o"1-5"\h\z14可靠性要求 5415可维护性要求 5416其他要求 5516。1 时钟精度要求5516。2 功耗要求5516。3 观测的时制55扩展性要求 5516。5 互换性要求55传感器选型 5516。7 人机界面要求5517检验要求 565618附录56-3-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书1前言目标提高防灾减灾能力，做好应对气候变化工作，是党和政府对气象部门的根本要求，也是气象工作者的重要责任。做好这些工作，核心是提高预报预测准确率，根本是增强防御和减轻气象灾害的服务能力，而综合气象观测系统提供的准确、可靠的观测数据，是提高预报预测准确率和服务能力的重要保证。为了满足天气、气候需要的基本气象资料，形成天气、气候要素长期、连续和稳定可靠观测能力，必须进一步提升我国地面气象观测的自动化水平。本功能规格书编写按照统一标准、统一功能、统一结构、统一方法、统一规范的设计思路，做到各部件或模块互换的自适应，形成统一型号的新型自动气象（气候）站，达到满足现有气象观测站的气候观测、天气观测和区域观测业务的需要。任何生产厂家生产的自动气象站必须以此功能规格书为标准，组织研发、生产型号统一的自动气象站，由中国气象局组织统一考核通过，才能进入列装。编写原则采用当今成熟的、稳定的、先进的电子测量、数据传输和控制系统技术，设计基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建的自动气象站，满足地面气象观测全要素自动观测。新型自动气象（气候）站应该做到高精度、高稳定、易维护、低功耗、易扩展和实时远程监控，按照“主采集器+外部总线+分采集器+传感器+外围设备”的结构设计，对主/分采集器、总线结构、传感器、外围设备、软件、现场标校设备的各个部分，从功能、结构、通信协议、数据采集、数据存储、数据质量控制、数据传输、电气接口标准、生产工艺全面进行规定。本着先粗后细，不断完善的原则，逐步形成具备能够统一型号的生产标准性文件。各有关附录均为本功能规格书的重要组成部分.编写依据现代气象业务对综合气象观测提出了更高的要求，目前现有自动气象站在观测能力上存在着严重不足，同时技术落后，功能规格不统一，致使型号繁多。当今现代电子测量和控制技术得到快速发展，我国近十年来地面气象观测站网大量使用自动气象站和自动气候站考核取得了许多成功的经验，为实现具备多功能、全要素、统一型号的新型自动气象（气候）站提供基础.本功能规格书编写的主要依据有。a）中国气象局关于发展现代气象业务的意见；b）综合气象观测系统业务发展指导意见；c）WMOCIMO《气象仪器和观测方法指南（第六版）》；d）中国气象局《地面气象观测规范》（2003年）；自动气象站质量控制程序指南（ETAWS-4，FINALREPORT，Annex3。WMO.CBS）NOAAAutomatedSurfaceObservingSystem（ASOS）User’sGuide1998。3-1-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书2组成结构2.1概述新型自动气象（气候）站基于现代总线技术和嵌入式系统技术构建，采用了国际标准并遵循标准、开放的技术路线进行设计，它由硬件和软件两大部分组成.硬件包括采集器（1个主采集器和若干个分采集器）、外部总线、传感器、外围设备四部分；软件包括嵌入式软件、业务软件二部分。其总体结构如图1所示。GP5捏■片

模块|以向传潞说1口而［甜量苣惑得1咄斗、k［蚂运.整用缸_.―靠府异气餐归后出电;.度住后四।山圭比恩受no味j总字数道也体盘n度毂M通成旭黑接主采集器卜盟设端口茹风时依时圣通风速慢日华1咻昨里.针.：、u|以向传潞说1口而［甜量苣惑得1咄斗、k［蚂运.整用缸_.―靠府异气餐归后出电;.度住后四।山圭比恩受no味j总字数道也体盘n度毂M通成旭黑接主采集器卜盟设端口茹风时依时圣通风速慢日华1咻昨里.针.：、u部舟口「攻前冷杯先眠人式供电单元魄见度传偌谕福她此平，舌日就传感落降水让样牯码由取， /-气体观测大狎丑r~।~~I外圣堂都一岫犯唾“虹扑地锚拈喜耕”地立呗利（廿景集部（稿射杷洞1分不更器火、说垃乜坐票r、-性感住'-I疝赢由晤图1总线式自动气象站结构其中，温湿度测量既可以使用温湿度智能传感器，也可将温度、湿度传感器直接挂接到主采集器上；称重式降水传感器既可采用串口方式挂接在主采集器上，也可挂接在气候分采集器上。自动气象站的核心是基于CAN（ControllerAreaNetwork，控制器区域网）总线技术和国际标准CANopen协议进行设计，涉及物理层、数据链路层和应用层的标准定义。满足此定义和功能规格书的主/分采集器具备统一的物理接口和应用接口，从而达到兼容、互换的目的。-2-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书为了实现自动气象站的最小配置，将基本气象要素传感器直接挂接在主采集器上。可以对自动气象站进行不同的配置，以实现不同观测任务或满足不同类别气象观测站的需要，以最大限度地方便维护和降低维护成本。在已建自动气象站扩展新的测量要素或增加传感器时，不需要对系统已有的传感器连接、布线作改动，只需要将新的分采集器和/或传感器加入到系统中，并进行简单的软件升级/配置.外围设备主要包括电源、［终端］微机、通信接口和外存储器.2.2采集器2.2,1主采集器主采集器是自动气象站的核心，由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的A/D电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序和数据存储器、传感器接口、通信接口、CAN总线接口、外接存储器接口、以太网接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。其结构框如图2所示。图2自动气象站主采集器结构主采集器嵌入式处理器的选取还应满足下列要求:a）综合考虑速度、功耗、环境要求，能支持嵌入式实时操作系统的运行并具有内置的Watchdog功能,采用当前市场主流ARM9系列的32位处理器；b）选择16位以上的A/D转换电路，以满足传感器的测量要求；c）实时时钟电路能保证误差15s/月的要求；d）程序存储器为非易失性的，容量满足嵌入式软件的容量要求，并具有50%的余量；e）数据存储器为非易失性的，容量满足数据存储的要求，并具有50%的余量；f）RAM满足嵌入式软件的运行要求，并且有30%的余量。主采集器直接挂接的传感器包括：气温、湿度、气压、降水量（翻斗或容栅式、大翻斗式）、风向（10m-3-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书高度）、风速（10m高度）、总辐射、蒸发和能见度。其通道配置要求如表1所示.表1主采集器接入传感器通道配置要求传感器类型通道类型数量气温模拟（铂电阻）1湿度模拟（电压）1气压RS2321风向数字（7位格雷码）1风速数字（频率）1降水量数字（计数）1总辐射模拟（差分电压）1能见度RS485或RS2321蒸发量模拟（电流）1称重降水RS485或RS2321渐近开关数字（电平）1应具备表2所示的通信接口。表2主采集器通信按口配置要求通信接口用途数量CAN主、分采集器通信1RS232终端操作2RS232GPS对时1RS485业务计算机通信1RJ45网络通信1主采集器应具备外接存储器，包括：1个CF卡；2个USB。主采集器应具备监测电路，包括：主板温度测量；主板电源测量；交流供电检测；主采集器机箱门状态检测.主采集器应具备指示灯，包括：系统指示灯（秒闪）；CF卡指示灯。在线编程接口应包括：RS232或RJ45.主采集器的主要有两大功能：一是完成基本气象要素传感器和各个分采集器的采样数据，对采样数据进行控制运算、数据计算处理、数据质量控制、数据记录存储，实现数据通信和传输，与终端微机或远程数据中心进行交互；二是担当管理者角色，对构成自动气象站的其他分采集器进行管理，包括网络管理、运行管理、配置管理、时钟管理等以协同完成自动气象站的功能。-4-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书.2.2分采集器分采集器由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的A/D电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序存储器、参数存储器、传感器接口、通信接口、CAN总线接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行.其结构框图如图3所示。分采集器嵌入式处理器的选取还应满足下列要求：a）应综合考虑速度、功耗、环境要求，具有内置的Watchdog功能；b）应选择16位以上的A/D转换电路，以满足传感器的测量要求；c）实时时钟电路应能保证误差15s/月的要求；d）程序存储器应为非易失性的，容量应满足嵌入式软件的容量要求,并具有50%的余量；e）参数存储器应为非易失性的，容量应满足数据存储的要求，并具有50%的余量；f）RAM应满足嵌入式软件的运行要求，并且有30%的余量。图3自动气象站分采集器结构按照气象要素性质的不同，分采集器划分为：a）基本观测气象要素采集器（各传感器直接挂接在主采集器）；b）气候观测分采集器；-5-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书c）辐射观测分采集器；d）地温观测分采集器；e）土壤水分观测分采集器；f）云（云高、云量）、天气现象、积雪、水位等智能化传感器；g）海洋气象观测分采集器；h）温湿度智能传感器等。分采集器负责所接入传感器对应气象要素的测量,在工作状态对挂接的传感器按预定的采样频率进行扫描，收到主采集器发送的同步信号后，将获得的采样数据通过总线发送给主采集器。各分采集器的通信接口和测量通道配置如表3。表3各分采集器的基本配置要求分采集器至少可挂接传感器接口数（个）测量通道（个）CAN总线RS232模拟量并行数字量频率计数量计数量气候观测气温（3支）、通风防辐射罩（3组）、称重式降水量、大翻斗式雨量、风速（1.5米）、地表温度（红外）115（其中2个差分电压）71辐射观测总辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射、紫外辐射A、紫外辐射B、大气长波辐射（含腔件温度）、光合有效辐射、地球长波辐射（含腔件温度）、日照1112（其中10个差分电压）地温观测地表温度（铂电阻）、草面温度、土壤温度（5cm、10cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm）1112（差分）土壤水分观测5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等层次1112（差分电压）海洋气象观测表层海水温度、海盐、海表波高、海表流速流向、水质、浮标方向11智能传感器观测温湿度、地下水位、积雪、电线积冰、闪电频率11分采集器应具备监测电路，包括:主板温度测量；主板电源测量。-6-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书分采集器应具备指示灯，包括：系统运行指示灯；CANopen操作指示灯；CANopen错误指示灯；分采集器应提供在线编程接口:RS232。分采集器能够监测自身的工作状态，至少包括以下内容：a）主板温度；b）工作电压；c）传感器状态。在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对分采集器嵌入式软件进行版本升级。2.2.3温湿分采温湿分采由硬件和嵌入式软件组成。硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的A/D电路、参数存储器、传感器接口、CAN总线接口、区5232通信接口、监测电路、指示灯。温湿分采的选取还应满足下列要求：a）应综合考虑速度、功耗、环境要求，具有内置的Watchdog功能；b）应选择16位以上的A/D转换电路，以满足传感器的测量要求；c）参数存储器应为非易失性的，容量应满足数据存储的要求。温湿分采负责气温和湿度（百叶箱）的测量，在工作状态对挂接的传感器按预定的采样频率进行扫描，收到主采集器发送的同步信号后，将获得的采样数据通过总线发送给主采集器。其基本配置要求见表4。表4温湿分采基本配置智能传感器至少可挂接传感器接口数（个）测量通道（个）CAN总线RS232模拟量并行数字量频率计数量温湿气温（1支）、湿度（1支）112温湿分采应具备监测电路，包括主板电源测量。温湿分采应具备指示灯，包括：系统运行指示灯；CANopen错误指示灯；c）应提供在线编程接口:RS232。温湿分采应能够监测自身的工作状态，至少包括以下内容：a）工作电压；b）传感器状态。在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对温湿分采嵌入式软件进行版本升级和测量参数订正。-7-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书总线主采集器和分采集器或部分智能传感器之间采用CAN总线方式实现双工通信。总线标准为ISO—11898，物理介质可以为双绞线、光纤等。CAN总线的特性如下：a）支持多主方式，可以实现系统冗余或热备份；b）可靠的错误处理和检错机制，错误严重的节点可自动关闭输出，发送的信息遭到破坏后可自动重发，网络具备很高的可靠性；c）非破坏总线仲裁，允许多个节点同时发送信息，极高的总线利用率；d）可实现点对点、一点对多点及全局广播，无需专门的“调度”；e）直接通信距离最远达10km（速率5kbps）；f）最高通信速率可达1Mbps（此时通信距离最远40m）；g）通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤,抗干扰能力强；h）规定了数据链路层通信协议，且完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件（Software）或固件什上巾32「6）;CAN总线具有较高的性价比一一结构简单、器件容易购置且价格便宜、开发技术容易掌握.传感器自动气象站使用的传感器，根据输出信号的特点，可分三类：a）模拟传感器：输出模拟量信号的传感器；b）数字传感器：输出数字量（含脉冲和频率）信号的传感器；c）智能传感器：一种带有嵌入式处理器的传感器，具有基本的数据采集和处理功能，可以输出并行或串行数据信号。模拟传感器、数字传感器、智能传感器连接到主采集器或分采集器，符合自动气象站总线接口的智能传感器可以直接挂在总线上作分采集器使用。传感器的种类和数量根据实际需要测量的要素确定。外围设备电源电源是组成自动气象站的外围设备之一.12V直流电压是采集器的基本工作电压，采集器中其他直流工作电压应由此转换而成，该电压由蓄电池提供，需另外配置辅助电源（太阳能、风能）对蓄电池充电。微机即微型计算机，常用作采集器的终端实现对采集器的监控、数据处理和存储，按照业务规范完成地面气象观测业务。-8-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书通信接口主采集器应配置区5485接口，支持本地通信.应配置以太网接口（期45），以备接入本地局域网，可用于现场诊断维护或者是接入局域网提供3£8服务控制台。应配置区5232接口，以备挂接6「5授时模块和通信模块（无线或光电转换器），进行数据传输、现场测试或软件升级。外存储器采集器应具备通过外扩存储器（卡）的方式扩大本地数据存储能力，并将采集数据以文件方式进行存储。软件嵌入式软件主/分采集器中运行的软件称嵌入式软件，由嵌入式操作系统和应用软件组成。嵌入式操作系统应选择实时性高、性价比好、稳定可靠的多任务实时操作系统（linux/cos）。在主采集器中，嵌入式软件建立在实时多任务操作系统的基础上，主要功能是：a）实现CANopen主站协议，包括NMT管理、心跳消息检测、同步信号发送、PDO发送和接收、SDO服务、TimeStamp发送；b）主采集器要在内部存储器和外部存储卡上实现FAT文件系统，存储数据文件、参数文件、配置文件、日志文件等；c）主采集器应具备GPS自动对时功能，保证时间误差不大于1$，GPS对时功能失效时应提供报警功能；d）应实现基本的数据采集、数据处理、数据存储和数据传输功能；e）建立Web控制台（WebConsole），实现远程参数的设置、数据监视、数据文件下载、主采集器复位等功能。分采集器的软件要实现CANopen从站协议，包括接受NMT管理、同步信号接收、心跳消息服务、PDO发送、SDO服务、TimeStamp接收，实现数据采集，包括：a）对传感器按预定的采样频率进行扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号，得到气象变量测量值序列；b）对气象变量测量值进行转换，使传感器输出的电信号转换成气象单位量，得到采样瞬时值.通过CANopen协议将采样数据发送到CAN总线。业务软件业务软件是安装在自动气象站微机中的应用软件，其主要功能：a）实现对主采集器参数设置、数据采集、各种报警和自动气象站运行监控；b）实现自动气象站数据的实时上传；c）从采集器或外存储器读取数据或数据文件形成规定的采集数据文件；-9-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书d）实现对采集数据文件内容的查询、检索；e）实现数据质量控制；f）生成基本分析加工产品；g）完成地面气象观测业务.业务软件另行编制，本功能规格书仅规定监控功能和命令格式，见附录2。3总线物理接口及应用层协议物理接口新型自动气象（气候）站的总线物理接口采用CAN总线接口，ISO11892-2对此进行了详细规定，网络结构如图4所示。终端电阻ACAX_L总统Rx,Tx［玄字电京终端电阻ACAX_L总统Rx,Tx［玄字电京I£曲节点2/模柢电路图4CAN总线网络结构连接器连接器采用CiADR-303-1的工业级连接器中的开放形式连接器针脚标准，其结构如图5所示，针脚接线描述见表5。图5连接器结构图5连接器结构-10-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书表5连接器接线描述针脚信号描述1CAN_GNDGND或0V或V一2CAN_LCAN_L线，显性为低电平3CAN_SHLDCAN屏蔽（可选）4CAN_HCAN_H线，显性为高电平5CAN_V+CAN收发器或光隔的电源（可选）应用层协议主采集器和分采集器是CAN总线上的节点，它们之间的通信遵循CAN数据链路层协议和CANopen应用层协议，实现网络管理服务和报文传送.CAN总线标准已规定了数据链路层协议，目前为CAN2。0。数据链路层协议由CAN控制器在硬件上实现。主采集器和各分采集器通信协议的规定见附录1.4功能要求软件初始化主采集器a）对主采集器进行自检，准备存储器、外围设备；b）观测员可通过本地终端对主采集器设置，并修改所有保证自动气象站正常运行所必需的业务参数［缺省值］，包括观测站基本参数、传感器参数、通信参数、质量控制参数、气象报警阈值等；c）与各分采集器建立通信联系，进行必要的设置；d）建立和运行观测任务。分采集器a）对分采集器进行自检，准备外围设备；b）与主采集器建立通信联系，接受必要的参数设置；c）建立并运行本采集器观测任务。数据采集a）对传感器按预定的采样频率进行扫描和将获得的电信号转换成微控制器可读信号，得到气象变量测量值序列；b）对气象变量测量值进行转换，使传感器输出的电信号转换成气象单位量，得到采样瞬时值；c）对采样瞬时值，根据规定的算法，计算出瞬时气象值，又称气象变量瞬时值；d）实现数据质量检查。数据处理a）导出气象观测需要的其他气象变量瞬时值；这种导出通常是在数据采集获得的气象变量瞬时值的基础-11-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书上进行的，也有通过更高频率的采样过程获得的，如瞬时风计算；b）计算出气象观测需要的统计量，如一个或多个时段内的极值数据、专门时段内的总量、不同时段内的平均值以及累计量等；c）由主采集器生成采样瞬时值数据、瞬时气象值（分钟）数据、小时正点数据和监控数据，并写入数据内存储器，同时形成相应数据文件实时写入外存储器（各文件格式见附录3）；d）实现数据质量检查。数据存储采集器内部主采集器存储1小时的采样瞬时值、7天的瞬时气象（分钟）值、1月的正点气象要素值，以及相应的导出量和统计量等.采样瞬时值存储与相应要素的采样频率有关。瞬时气象（分钟）值存储的要素有：本站气压、气温（有气候观测时存3组数据）、通风防辐射罩的通风速度（3组数据）、湿度（不存导出值）、瞬时极大风（风向/风速，有气候观测时另存1。5m风速）、1min平均风（风向/风速，有气候观测时另存1。5m风速）、降水量（包括翻斗式或容栅式和称重式传感器）、地表温度（包括销电阻和红外地温传感器）或海水表层温度、能见度、各种辐射观测要素辐照度、长波辐射表腔体温度，除累计值的要素外，其余要素均需同时存储采样瞬时值的标准差值。全要素当前瞬时气象（分钟）值均应能写入缓存区，可以实时读取。正点数据存储的具体内容由表6—表12给出。表6基本气象观测要素正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.2min平均风向北京时21.最小相对湿度北京时2.2min平均风速22.最小相对湿度出现时间3.10min平均风向23.水汽压4.10min平均风速24.露点温度5.最大风速时对应风向25.本站气压6.最大风速26.最高本站气压7.最大风速出现时间27.最高本站气压出现时间8.分钟内最大瞬时风速的风向28.最低本站气压9.分钟内最大瞬时风速29.最低本站气压出现时间10.极大风速时对应风向30.正点分钟蒸发水位11.极大风速31.时累计蒸发量12.极大风速出现时间32.1min平均能见度13.时累计降水量（翻斗式或容栅式传感器）33.10min平均能见度14.时累计降水量（大翻斗式）34.最小10min平均能见度15.气温35.最小10min平均能见度出现时间-12-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书16.最高气温17.最高气温出现时间36.总辐射辐照度地方时18.最低气温37.总辐射曝辐量19.最低气温出现时间38.总辐射最大辐照度20.相对湿度39.总辐射最大辐照度出现时间表7 气候观测要素正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.气温北京时11.最大风速（1。5m高）北京时2.最高气温12.最大风速出现时间（1.5m高）3.最高气温出现时间13.分钟内最大瞬时风速（1。5m高）4.最低气温14.极大风速（1。5m高）5.最低气温出现时间15.极大风速出现时间（1。5m高）6.正点1min平均通风速度16.地表温度（红外传感器）7.时累计降水量（翻斗或容栅式）17.最高地表温度（红外传感器）8.时累计降水量（称重式）18.最高地表温度出现时间（红外传感器）9.2min平均风速（1。5m高）19.最低地表温度（红外传感器）10.10min平均风速（1。5m高）20.最低地表温度出现时间（红外传感器）表8地温观测要素正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.草面温度北京时10.最低地表温度出现时间北京时2.最高草面温度11.5cm地温3.最高草面温度出现时间12.10cm地温4.最低草面温度13.15cm地温5.最低草面温度出现时间14.20cm地温6.地表温度15.40cm地温7.最高地表温度16.80cm地温8.最高地表温度出现时间17.160cm地温9.最低地表温度18.320cm地温表9辐射观测要素正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.总辐射辐照度地方时25.大气长波辐射最小辐照度出现时间地方时2.总辐射曝辐量26.大气长波辐射最大辐照度3.总辐射最大辐照度27.大气长波辐射最大辐照度出现时间4.总辐射最大辐照度出现时间28.大气长波辐射传感器腔体温度5.直接辐射辐照度29.地球长波辐射辐照度6.直接辐射曝辐量30.地球长波辐射曝辐量7.直接辐射最大辐照度31.地球长波辐射最小辐照度8.直接辐射最大辐照度出现时间32.地球长波辐射最小辐照度出现时间9.直接辐射最小辐照度33.地球长波辐射最大辐照度10.直接辐射最小辐照度出现时间34.地球长波辐射最大辐照度出现时间11.水平面直接辐射曝辐量35.地球长波辐射传感器腔体温度-13-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书12.大气浑浊度36.紫外辐射（UVA）辐照度13.小时日照时数37.紫外辐射（UVA）曝辐量14.散射辐射辐照度38.紫外辐射（UVA）最大辐照度15.散射辐射曝辐量39.紫外辐射（UVA）最大辐照度出现时间16.散射辐射最大辐照度40.紫外辐射（UVB）辐照度17.散射辐射最大辐照度出现时间41.紫外辐射（UVB）曝辐量18.反射辐射辐照度42.紫外辐射（UVB）最大辐照度19.反射辐射曝辐量43.紫外辐射（UVB）最大辐照度出现时间20.反射辐射最大辐照度44.光合有效辐射辐照度21.反射辐射最大辐照度出现时间45.光合有效辐射曝辐量22.大气长波辐射辐照度46.光合有效辐射最大辐照度23.大气长波辐射曝辐量47.光合有效辐射最大辐照度出现时间24.大气长波辐射最小辐照度表10土壤水分观测要素正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.5cm正点土壤体积含水量北京时26.40cm小时平均土壤体积含水量北京时2.5cm小时平均土壤体积含水量27.40cm正点土壤相对湿度3.5cm正点土壤相对湿度28.40cm小时平均土壤相对湿度4.5cm小时平均土壤相对湿度29.40cm小时平均土壤重量含水率5.5cm小时平均土壤重量含水率30.40cm小时平均土壤水分贮存量6.5cm小时平均土壤水分贮存量31.50cm正点土壤体积含水量7.10cm正点土壤体积含水量32.50cm小时平均土壤体积含水量8.10cm小时平均土壤体积含水量33.50cm正点土壤相对湿度9.10cm正点土壤相对湿度34.50cm小时平均土壤相对湿度10.10cm小时平均土壤相对湿度35.50cm小时平均土壤重量含水率11.10cm小时平均土壤重量含水率36.50cm小时平均土壤水分贮存量12.10cm小时平均土壤水分贮存量37.100cm正点土壤体积含水量13.20cm正点土壤体积含水量38.100cm小时平均土壤体积含水量14.20cm小时平均土壤体积含水量39.100cm正点土壤相对湿度15.20cm正点土壤相对湿度40.100cm小时平均土壤相对湿度16.20cm小时平均土壤相对湿度41.100cm小时平均土壤重量含水率17.20cm小时平均土壤重量含水率42.100cm小时平均土壤水分贮存量18.20cm小时平均土壤水分贮存量43.180cm正点土壤体积含水量19.30cm正点土壤体积含水量44.180cm小时平均土壤体积含水量20.30cm小时平均土壤体积含水量45.180cm正点土壤相对湿度21.30cm正点土壤相对湿度46.180cm小时平均土壤相对湿度22.30cm小时平均土壤相对湿度47.180cm小时平均土壤重量含水率-14-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书23.30cm小时平均土壤重量含水率48.180cm小时平均土壤水分贮存量24.30cm小时平均土壤水分贮存量49.地下水位25.40cm正点土壤体积含水量表11云、天气现象正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.云高北京时7.积雪深度北京时2.总云量8.小时内最大积雪深度3.彳氐云量9.电线积冰厚度4.正点15分钟内出现的天气现象代码10.小时内最大电线积冰厚度5.小时内出现的天气现象代码11.电线积冰冰层密度6.小时内闪电频次12.小时内电线积冰冰层平均密度表12海洋气象观测要素正点数据存储内容序号要素时制序号要素时制1.浮标方位北京时13.最大波周期北京时2.海水表层温度14.最大波高3.海水表层最高温度15.波向4.海水表层最高出现时间16.潮高5.海水表层最低温度17.小时内最高潮高6.海水表层最低出现时间18.小时内最低潮高7.海水表层盐度19.表层海洋面流速8.小时内海水表层平均盐度20.海水浊度9.海水表层电导率21.小时内海水平均浊度10.小时内海水表层平均电导率22.海水叶绿素浓度11.平均波高23.小时内海水平均叶绿素浓度12.平均波高周期数据存储可以使用循环式存储器结构，即允许最新的数据覆盖旧数据。采集器内部的数据存储器容量应留有50%的余量，具体可以在考核要素确定后规定一个量化的最小值.采集器内部的数据存贮器应具备掉电保存功能。外存储器采集数据在外存储器（卡）以文件方式进行存储，能够存储至少6个月全要素分钟数据，全部数据以FAT的文件方式存入，微机通过通用读卡器可方便读取。终端微机终端微机是最常用的存储设备。在微机的磁盘存储器中，存储全部需要存储的数据，包括经过处理的数据、人工输入数据、质量控制情况信息（内部管理数据）等.-15-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书数据传输本地传输自动气象站应有数据传输（数据传送、数据通信）的功能。配置终端设备（微机）的自动气象站，采集器把数据传送到终端设备。根据响应方式的不同，数据传输可分：a）在自动气象站时间表控制下的传输，即自动气象站正常运行时的自动传输；b）响应终端命令的传输，即人工干预下的传输,通常由终端微机或中心站发出命令；c）超过某个设定的气象阈值时，自动站进入报警状态的传输.多数应用场合，自动气象站同时具有以上三种传输方式。自动气象站正常运行时自动传输的时间表和报警的气象阈值可以通过终端命令或业务软件由用户设定。终端微机与主采集器间的信号传输距离应不小于200m。在规定的传送距离之内，信号传送质量不应因改变线缆的长度而降低.远程通信传输自动气象站应具备通过无线方式或网络方式进行数据远程传输的功能。这种传输一般是通过主采集器的远程通信接口“5232）外加远程通信设备GdGPRS/CDMAIX、DCP等）或RJ45实现的.通过微机终端实现远程通信传输的功能在业务软件中实现。数据质量控制为保证观测数据质量，应对自动气象站进行数据质量控制，包括自动气象站主采集器的嵌入式软件、终端微机中的业务软件两部分的质量控制。自动气象站主采集器应具备对用于数据质量检查的各要素极值范围、允许变化速率和变化率值等参数的设置。嵌入式软件中的数据质量控制总体要求a）对采样瞬时值的质量控制-对采样瞬时值变化极限范围的检查；—对采样瞬时值变化速率的检查。b）对瞬时气象值的质量控制-对瞬时气象值变化极限范围的检查；一对瞬时气象值变化速率的检查：检查瞬时气象值的最大允许变化速率；检查瞬时气象值的最小应该变化速率；标准偏差的计算.-16-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书--内部一致性检查。4.6,1,2数据质量控制标识数据质量控制过程中，需要对采样瞬时值和瞬时气象值是否经过数据质量控制以及质量控制得结果进行标识，这种标识用于定性描述数据置信度。标识的规定见表13。表13数据质量控制标识标识代码值描述9“没有检查"：该变量没有经过任何质量控制检查。0“正确”：数据没有超过给定界限。1“存疑”：不可信的。2“错误”：错误数据，已超过给定界限。3“不一致”：一个或多个参数不一致；不同要素的关系不满足规定的标准。4“校验过的”：原始数据标记为存疑、错误或不一致，后来利用其它检查程序确认为正确的.8“缺失”：缺失数据.N没有传感器，无数据.注：对于瞬时气象值，若属采集器或通信原因引起数据缺测，在终端命令数据输出时直接给出缺失，相应质量控制标识为“8”；若有数据，质量控制判断为错误时，在终端命令数据输出时，其值仍给出，相应质量控制标识为“2”，但错误的数据不能参加后续相关计算或统计。4.6,1,3采样瞬时值的质量控制4.6,1,3,1“正确”数据的基本条件一个“正确”的采样瞬时值，应在传感器的测量范围内，且相邻两个值最大变化值在允许范围内其判断条件见表14。表14“正确"的采样瞬时值的判断条件序号气象变量传感器测量范围下限传感器测量范围上限允许最大变化值（适用于采样频率5次/分〜10次/分以上）1.气压依照传感器指标确定下限和上限0。3hPa2.气温2℃3.地表和土壤温度2℃4.露点温度2℃5.相对湿度5%6.风向7.风速20m/s8.降水量9.辐射（辐照度）800W/m210.日照时数11.能见度-17-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书12.蒸发量0。3mm13.土壤体积含水日量14.地下水位15.云高16.一包云里17.积雪深度18.电线积冰厚度19.电线积冰冰层密度20.表层海水温度2℃21.表层海水盐度22.表层海水电导率23.波高24.波向25.流速26.潮高27.海水浊度28.海水叶绿素浓度29.扩展项4.6,1,3,2极限范围检查验证每个采样瞬时值,应在传感器的正常测量范围内。未超出的，标识“正确”；超出的，标识“错误”.标识“错误”的，不可用于计算瞬时气象值。变化速率检查验证相邻采样瞬时值之间的变化量，检查出不符合实际的跳变.每次采样后，将当前采样瞬时值与前一个采样瞬时值做比较.若变化量未超出允许的变化速率，标识“正确”；若超出，标识“存疑”.标识“存疑”的，不能用于计算瞬时气象值，但仍用于下一次的变化速率检查（即将下一次的采样瞬时值与该“存疑"值作比较）.该规程的执行结果是，如果发生大的噪声，将有一个或二个连续的采样瞬时值不能用于计算。瞬时气象值的计算应有大于66%（2/3）的采样瞬时值可用于计算瞬时气象值（平均值）；对于风速应有大于75%的采样瞬时值可用于计算2分钟或10分钟平均值。若不符合这一质量控制规程，则判定当前瞬时气象值计算缺少样本，标识为“缺失”。-18-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书4.6,1.4瞬时气象值的质量控制4.6,1,4,1“正确”数据的基本条件一个“正确”的瞬时气象值，不能超出规定的界限，相邻两个值的变化速率应在允许范围内，在一个持续的测量期（1小时）内应该有一个最小的变化速率。“正确”数据的判断条件见表15。表15 “正确"的瞬时气象值的判断条件序号气象变量下限上限存疑的变化速率错误的变化速率［过去60分钟］最小应该变化的速率1.气压400hPa1100hPa0。5hPa2hPa0。1hPa2.气温-75℃80C3C5C0.1C3.露点温度-80℃50C传感器测量：2C〜3C;导出量:4C〜5C5C0。1C4.相对湿度0%100%10%15%1%(UV95%)5.风向0°360°10°（10分钟平均风速大于0。1m/s时）6.风速（2分钟、10分钟）0m/s75m/s10m/s20m/s7.瞬时风速0m/s150m/s10m/s20m/s8.降水量（0。1mm）（1min）0mm10mm9.降水量（0.5mm）（1min）0mm30mm10.草面温度-90℃90C5C10C11.地表温度—90℃90C5C10C0。1℃（雪融过程中会产生等温情况）12.5cm地温—80℃80C2C5C可能很稳定13.10cm地温—70℃70C1C5C14.15cm地温—60°C60C1C3C15.20cm地温—50C50C0。5C2C16.40cm地温-45C45C0.5C1。0c17.80cm、160cm、320cm地温-40C40C0。5C1.0C18.总辐射0W/m22000W/m2800W/m21000W/m219.净全辐射20.直接辐射0W/m21400W/m2800W/m21000W/m221.散射辐射0W/m21200W/m2800W/m21000W/m222.反射辐射0W/m21200W/m2800W/m21000W/m223.大气长波辐射24.地球长波辐射25.光合有效辐射26.紫外辐射UVA0W/m2200W/m250W/m290W/m2-19-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书27.紫外辐射UVB0W/m2100W/m220W/m230W/m228.日照时数0min1min29.能见度0m70km30.蒸发量0mm100mm31.土壤体积含水日_量0%100%待定待定32.地下水位33.云高34.一包云里35.积雪深度300cm36.电线积冰厚度01000mm37.电线积冰冰层密度38.表层海水温度39.表层海水盐度40.表层海水电导率41.波高42.波向43.流速44.潮高45.海水浊度46.海水叶绿素浓度47.扩展项表中“下限”和“上限”的值是可以根据季节和自动气象站安装地的气候条件进行设置的可以分三种情况：a）根据当地的气候极值作适当放宽，确定每个要素“正确”数据的下限和上限；b）以传感器的测量范围定为每个要素“正确”数据的下限和上限；c）设置宽范围和通用的值。表15列出的下限和上限即是宽范围和通用的值。4.6.1,4.2极限范围检查a）验证瞬时气象值，应在可接受的界限（下限、上限）范围内；b）未超出的，标识“正确”；超出的，若下限和上限值由当地气候极值确定，则标识为“存疑”，若下限和上限值按传感器的测量范围或宽范围和通用的值确定，则标识“错误”。.3变化速率检查验证瞬时气象值的变化速率，检查出不符合实际的尖峰信号或跳变值，以及由传感器故障引起的测量死区。a）瞬时气象值的“最大允许变化速率”当前瞬时气象值与前一个值的差大于表14中“存疑的变化速率”，则当前瞬时气象值通不过检查，标识-20-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书为“存疑”。若大于表14中的“错误的变化速率”，则标识为“错误”。在极端天气条件下，气象变量可能会发生不同寻常的变化，这种情况下，正确的数据也有可能被标上“存疑”.所以，“存疑”的数据不能被丢弃，而应传输至［终端］微机或中心站，有待作进一步验证。b）瞬时气象值的“［过去60min］最小应该变化的速率”由表10可知，瞬时气象值的示值更新周期都为1min,也就是说瞬时气象值每分钟都被接受检查。在过去的60min内，规定气象瞬时值的“最小应该变化的速率”，同样能帮助验证该值是正确的还是错误的。如果这个值未能通过最小应该变化速率的检查,应标记“存疑”.c）标准偏差的计算本部分待试验验证后再补充。.4.4内部一致性检查用于检查数据内部一致性的基本算法是基于两个气象变量之间的关系。下列条件是成立的：露点温度tdwt（气温）；风速WS=00,则风向WD一般不会变化；风速WS丰00,则风向WD一般会有变化；分钟极大风速大于等于2min和10min平均风速；如果日照时间SD>0,而太阳辐射E=0,这两个瞬时气象值均不可信；如果太阳辐射E>5003/巾2,而日照时间Sd=0,这两个瞬时气象值均不可信；各极值及出现时间应与对应时段相应要素瞬时气象值不矛盾；各累计量应与对应时段相应要素各瞬时气象值不矛盾。如果某个值不能通过内部一致性检验，应标识为“不一致”。内部一致性检查一般不在主采集器的嵌入式软件考虑，仅在业务软件中考虑。业务软件中的数据质量控制业务软件中的数据质量检查用来检查和验证数据的完整性（皿七68「比丫），即数据的完全性（completeness）、正确性（correctness）和一致性（consistency），包括下面内容：a）极限范围的检查；b）变化速率的检查；c）内部一致性的检查.业务软件中数据质量检查的内容除按照瞬时气象值的质量控制内容处理外，具体内容参照《自动气象站数据质量控制指南》（6凶0.2006.3）的要求另行制定。数据质量控制标识与嵌入式软件中的数据质量控制标-21-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书识的表示方式相同。终端操作命令终端操作命令为主采集器和终端微机之间进行通信的命令，以实现对主采集器各种参数的传递和设置，从主采集器读取各种数据和下载各种文件。按照操作命令性质的不同，分为监控操作命令、数据质量控制参数操作命令、观测数据操作命令和报警操作命令。本规格书中只对终端操作命令的内容进行说明，有关操作命令的格式详见附录2.监控操作命令监控操作命令至少应包括以下内容：a）设置或读取数据采集器的通信参数；b）读取数据采集器的基本信息；c）数据采集器自检；d）设置或读取数据采集器日期；e）设置或读取数据采集器时间；f）设置或读取气象观测站的区站号；g）设置或读取气象观测站的纬度；h）设置或读取气象观测站的经度；i）设置或读取地方时差；j）设置或读取气压传感器拔海高度；k）设置或读取辐射传感器灵敏度；1）设置或读取土壤湿度常数；m）读取主采集箱门状态；n）读取数据采集器电源电压；o）读取数据采集器机箱温度；p）设置或读取各传感器状态；q）读取数据采集器实时状态信息。数据质量控制参数操作命令数据质量控制参数由主采集器嵌入式软件确定，可由用户设置的操作命令应包括各传感器测量范围值和各要素的质量控制项的内容。a）设置或读取各传感器测量范围值；b）设置或读取各要素质量控制参数。观测数据操作命令观测数据操作命令至少应包括以下内容:-22-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书a）下载分钟常规观测数据；b）下载分钟辐射观测数据；c）下载分钟土壤水分观测数据；d）下载分钟海洋气象观测数据；e）下载小时常规观测数据；f）下载小时辐射观测数据；g）下载小时土壤水分观测数据；h）下载小时海洋气象观测数据；i）读取采样数据；j）下载数据文件。报警操作命令报警操作命令至少应包括以下内容：a）设定气象阈值，出现报警时，实现报警解除操作，例如：大风、大雨报警等；b）传感器、蓄电池电压、机箱温度、GPS对时、分采集器和主采集器等（局部）出现异常或故障时报警;c）通信中断超过规定时限后，终端微机应发出报警信号。GPS对时功能主采集器应具备GPS自动对时功能，GPS对时功能失效时应提供报警功能。人工输入观测资料配置［终端］微机的自动气象站，应编制交互式终端程序，允许观测员输入和编辑人工观测的资料.可以输入的人工观测资料由业务软件实现。嵌入式软件在线升级在不更改任何硬件设备的前提下，可以通过本地终端对主采集器嵌入式软件进行版本升级。5测量性能测量的气象要素新型自动气象（气候）站应能够同时测量以下气象要素：a）基本气象要素（含气候观测要素）：气温（3支通风防辐射罩铂电阻或3支百叶箱销电阻）、湿度（相对湿度或露点温度）、本站气压、风向（10m高度）、风速（1.5m或/和10m高度）、降水量（翻斗式或容栅式、称重式或大翻斗式）；b）地温：地表温度（红外、铂电阻）、草面温度、土壤温度（5cm、10cm、15cm、20cm、40cm、80cm、160cm、320cm）；c）蒸发量;-23-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书d）云（云量、云高）、能见度、天气现象；e）辐射：总辐射、（净辐射、）直接辐射（含日照）、反射辐射、散射辐射、紫外辐射A、紫外辐射B、（紫外辐射人+8、）大气长波辐射、光合有效辐射、地球长波辐射；f）日照；g）土壤水分：5cm、10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、100cm、180cm等层次；h）海洋气象观测：海温、表层海水盐度、表层海水电导率、波高、波周期、波向、流速、潮高、海水浊度、海水叶绿素浓度；i）其它：水位、积雪、电线积冰、闪电频次。量和单位主要气象要素的量和单位名称及其符号按表16确定。表16主要气象要素的量和单位的名称及其符号序号［气象变］量的名称量的符号［测量］单位的名称单位的符号说明1气压P百帕hPa2温度t［摄氏］度℃3相对湿度U百分率%另一个常用的相对湿度符号为“％RH”示例1:相对湿度为50%；示例2：湿度为50%RH.4风向WD度°由北按顺时针方向旋转，以0〜360标度，其中0为北风，90为东风。5风速W S 米每秒m/s6降水量R毫米mm降水强度（precipitationintensity）（又名降水率）的单位名称及符号是：毫米每分（mm/min）。7辐［射［照度E瓦［特［每平方米W/m28辐照量，曝辐量又称曝辐［射］照度H焦［耳］每平方米J/m2气象业务上的记录单位是MJ/m2.9日照时数SD［小］时或分钟h,min10能见度V米或千米m,km11蒸发量E C 毫米mm-24-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书12土壤体积含水量v百分率%13土壤重量含水率g百分率%11云［底］高C H 米m12水位米m13天气现象WWWMO天气现象编码14海温St［摄氏］度℃15海盐百分比%16波高米m17波向度°18流速米每秒m/s19潮高厘米cm20积雪深度厘米cm21电线积冰厘米cm22扩展项要求新型自动气象（气候）站的测量性能应遵循《地面气象观测规范》和相关规范的要求。常见的气象要素观测性能要求见表17。表17自动气象站测量性能要求测量要素范围分辨力最大允许误差气压450hPa〜1100hPa0。1hPa±0。3hPa气温-50℃〜50℃0。1℃（天气观测）±0.2℃（天气观测）0.01℃（气候观测）士0。1℃（气候观测）相对湿度5%〜100%1%±3%(W80%)±5%(>80%)露点温度-60℃〜50℃0.1℃±0.5℃风向0〜360°3°±5°风速0〜60m/s0.1m/s±(0.5+0。03V)m/s降水量翻斗0。1mm:雨强0〜4mm/min0。1mm±0。4mm(W10mm)±4%(>10mm)翻斗0。5mm:雨强0〜10mm/min0。5mm±0。5mm(W10mm)±5%(>10mm)称重：0〜400mm0.1mm±0。4mm(W10mm)±4%(>10mm)地表温度—50℃~80℃0。1℃-50〜50℃:±0.2七50〜80℃：±0.5℃-25-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书浅层地温一40℃〜60℃0.1℃±0o3℃深层地温一30℃〜40℃0.1℃±0.3℃日照0〜24h1min±0.1h总辐射0~1400W/m25W/m2士5%（日累计）净辐射—200-1400W/m21MJ/m2d±0o4MJ/m2d(W8MJ/m2d)±5%(>8MJ/m2d)直接辐射0〜1400W/m21W/m2±1%（日累计）散射辐射5W/m2士5%（日累计）反射辐射5W/m2士5%（日累计）UV0—200W/m20.1W/m2士5%（日累计）UVA0-200W/m20。1W/m2士5%（日累计）UVB0-200W/m20。1W/m2士5%（日累计）光合有效辐射2—2000^molm-2s-11^molm-2s—1±10%（日累计）大气长波辐射0-2000W/m21W/m2±5%（日累计）地球长波辐射0-2000W/m21W/m2±5%（日累计）蒸发量0〜100mm0。1mm±0.2mm(W10mm)±2%(>10mm)土壤水分0—100%土壤体积含水量0.1%±1%(W40%)±2%(>40%)地下水位0—2000cm1cm±5cm能见度10〜30000m1m±10%(W1500m)±20%(>1500m)云量云高60—7500m1m±5m积雪深度0〜2m1mm±10mm电线积冰厚度天气现象冻土深度闪电频次浮标方位0〜360°海温0—32℃0.1℃±0。2℃表层海水盐度2。8S—3。6S0O1S（实用盐度单位）±0.2%。表层海水电导率0.01mS/cm波高0。2-25m0o1m±3%红外地表温度—50℃〜80℃0。1℃±0。5℃-26-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书波周期0。1s波向1°表层海洋面流速0。1m/s潮高1cm海水浊度1NTU（散射浊度单位）海水叶绿素浓度1ug/L采样和算法采样频率各要素的采样频率及气象值的计算见表18。表18自动气象站测量要素采样频率测量要素采样频率计算平均值计算累计值计算极值气压30次/min每分钟算术平均小时内极值及出现时间气温湿度草温地温辐射（辐照度）小时累计值（曝辐量）辐射传感器腔件温度通风防辐射罩通风速度1次/min每分钟、小时平均日照1次/min每分钟、小时累计值风速4次/s以0。25s为步长求3s滑动平均值；以1s为步长（取整秒时的瞬时值）计算每分钟的1min、2min算术平均；以1min为步长（取1min平均值）计算每分钟的10min滑动平均每分钟、每小时内3s极值（即极大风速）；每小时内10min极值（即最大风速）；小时内极值对应时间风向1次/s求1min、2min平均；以1min为步长（取1min平均值）计算每分钟的10min平均对应极大风速和最大风速时的风向-27-

（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书降水量1次/min每分钟、小时累计值蒸发量6次/min每分钟水位的算术平均能见度（气象光学视程）4次/min1min内采样数据的算术平均值计算1min平均能见度（瞬时值）；以1min为时间步长，对每分钟的1min平均值求每分钟的10min滑动平均.小时内极值及出现时间（记终止时间）最小能见度取小时内最小10min平均能见度土壤水分（体积含水率）6次/min每分钟、小时算术平均云高一包云量地下水位6次/min每分钟水位的算术平均积雪深度10次/min每分钟算术平均雪压天气现象1次/min浮标方位1次/s海温30次/min每分钟算术平均小时内极值及出现时间表层海水盐度30次/min表层海水电导率30次/min波高30次/min小时内极值及出现时间波周期30次/min波向1次/s表层海洋面流速1次/s潮高6次/min小时内极值海水浊度30次/min海水叶绿素浓度30次/min采样时序在实时多任务操作系统的支持下，分别设置主、分采集器各传感器的采样任务，各任务在规定的时间内进行采样.主采集器对直接挂接的各要素传感器按规定的时序要求进行采集，并为采样值加上时间标志，交给后续-28-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书处理。分采集器按规定的时序要求对其挂接的各要素传感器进行采集，将采样到的数据立即通过CANopen协议发送到CAN总线。主采集器实时接收各分采集器主动上传的相关要素采样值，并为各采样值加上时间标志,交给后续处理。表19自动气象站要素采样时间要素采样开始时刻采样窗口长度风速（250ms）hh:mm:ssnnn—250ms，且nnn为250的倍数250ms风速（1s）hh:mm:ss000-1s1s风向hh:mm:ss000-1s5ms气温hh：mm：ss000，且ss为2的倍数0.2s湿度hh:mm:ss000,且ss为2的倍数0。2s气压hh:mm:ss000,且ss为2的倍数1s草温hh:mm:ss000,且ss为2的倍数0.2s地表温度hh:mm:ss000，且ss为2的倍数0.2s红外地表温度hh:mm:ss000,且ss为2的倍数0.2s辐射辐照度hh:mm:ss000,且ss为2的倍数0.2s辐射传感器腔体温度hh:mm:ss000，且ss为2的倍数0.2s土壤水分hh:mm:ss000，且ss为10的倍数3s通风速度hh:mm:000001s日照hh:mm:000001s降水量（翻斗或容栅式）hh:mm:00000-1min1min降水量（称重降水，频率值）hh:mm:00000-1min1min蒸发量（水位值）hh:mm:00000-1min1min地下水位hh:mm:000001s算法的常用计算公式和适用场合5.4.3,1算术平均法a）计算公式六y

— iY=4— （ 1 ）m式中：Y-—观测时段内气象变量的平均值；yi——观测时段内第i个气象变量的采样瞬时值（样本），其中，“错误”、“可疑”等非“正确”的样本应丢弃而不用于计算，即令yi=0；N——观测时段内的样本总数，由“采样频率”和“平均值时间区间"决定；m——观测时段内“正确"的样本数（m<N）.b）适用场合-29-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书气压、温度、相对湿度、1min平均风速、2min平均风速、草温、地温、辐照度、能见度、土壤水分等气象变量平均值的计算。滑动平均法a）计算公式y,Y=~^a （ 2 ）nm式中：Yn一第n次计算的气象变量的平均值；y——第i个样本值，其中，“错误”、“可疑”等非“正确”的样本应丢弃而不用于计算；a——在移动着的平均值时间区间内的第1个样本：当n<N时a=1，当n>N时a=n—N+1；N是平均值时间区间内的样本总数，由采样频率和平均值时间区间决定；m——在移动着的平均值时间区间内“正确”的数据样本数m<N）。b）适用场合3s平均风速、10min平均风速、10min平均能见度等气象变量平均值的计算。5.4,3,3单位矢量平均法a）计算公式TOC\o"1-5"\h\z— （X）W=arctg= （ 3 ）D Y11—1v,X=一x乙sinDN ii=1Y=一xXcosD

N ii=1式中：wd——观测时段内的平均风向。D--观测时段内第i个风矢量的幅角（与y轴的夹角）。X——观测时段内单位矢量在x轴（西东方向）上的平均分量.Y——观测时段内单位矢量在y轴（南北方向）上的平均分量。N——观测时段内的样本数，由“采样频率”和“平均值时间区间”决定。-30-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书海上浮标、船泊的风向采样瞬时值应作浮标、船泊方位的修正，用修正后值作为风矢量的幅角。b）平均风向的修正应根据X、Y的正负，对W~D进行修正。X>0、Y>0,w~D无需修正。X>0、Y<0或X<0、Y<0，可加180°.X<0、Y>0，4加360°。c）适用场合3s平均风向、1min平均风向、2min平均风向、10min平均风向等气象变量平均值的计算。瞬时值、平均值、累计值计算气压、气温、湿度、草温、地温、辐射、辐射传感器腔件温度1min平均值（瞬时值）有两种不同计算方法，根据不同应用场合进行选择：a）对1min内的“正确”的采样值计算平均值应有大于66%（2/3）的采样瞬时值可用于计算瞬时值，若不符合这一质量控制规程，则当前瞬时值标识为“缺失”。b）用1min内的采样值计算均方差o,凡样本值与平均值的差的绝对值大于3o的样本值予以剔除，对剩余的样本值计算平均作为瞬时值.气候观测气温（3支温度传感器）1min平均值（瞬时值）如果配置3支通风防辐射罩（或百叶箱）气温传感器，需对3支传感器所测得的瞬时气象值相互比较，根据两两偏差确定取值。在一50〜50℃范围内时，两两之间误差阈值设为0。3℃;在小于一50和大于50℃时两两之间误差阈值设为0.6℃.通风辐射罩的通风要求:风扇的标称通风转速［,风扇的临界通风转速1（判别风速是否合乎要求的阈值），Fj为实际工作通风转速.其中Fci=0.8XFNi。第一步：两两计算偏差。D12二|T1-T2|D23二|T2-T3|D31二|T3-T1|其中，T1,T2,T3分别为3支温度传感器的1min平均温度（即瞬时值），D12,D23,D31分别为两两之间的差值（℃）,若瞬时气温值出现缺失,相关Dij按缺失处理。第二步：定义两两偏差允许范围。Tol（i,j）=0.3℃,当-50.0℃WTiW5000℃,—5000℃WTjW50.0℃;-31-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书Tol（i,j）=0.6℃,当ITi|>50。0℃或ITj|>50.0℃a）如果口叮WTol（i,j）,Dij在允许范围之内；b）如果口灯>T。1（「j）,Dij在允许范围之外；c）Dij缺失时，按在允许范围之外处理。第三步：计算结果。a）如果口灯均在允许范围之内，取口，T2,T3的中间值作为结果。b）如果口灯有2个在允许范围之内，取口，T2,T3的中间值作为结果。c）如果仅有1个Dij在允许范围之内，取形成该Dij的两支温度值的平均值作为结果，最高、最低值计算方法：先计算形成该Dij的两支温度传感器的每分钟平均值，再从每分钟平均值序列中挑取.d）如果所有Dij都不在允许范围之内，结果标识为缺测。第四步：通风速度的处理。当Fi（1min平均值，下同）均NFci时：a）如果口灯均在允许范围之内，取口，T2,T3的中间值作为结果.b）如果口灯有2个在允许范围之内，取口，T2,T3的中间值作为结果。如果仅有1个Dij在允许范围之内，取形成该Dij的两支温度值的平均值作为结果。如果所有Dij都不在允许范围之内，结果标识为缺测。当只有2个FiNFci时：a）如果2个风扇正常工作的传感器Dij在允许范围之内，取形成该Dij传感器的平均值作为结果。b）如果2个风扇正常工作的传感器Dij在允许范围之外，结果标识为缺测.当只有1个FiNFci时：此时不考虑Dij是否在允许范围，直接取该传感器的温度值作为结果。当没有FiNFci时：结果标识为缺测.风向、风速3s平均值对于风速以0.25s为时间步长，滑动求取每0。25s的3s平均风速，对3s内的“正确”的采样值计算平均值，应有大于75%（3/4）的采样瞬时值可用于计算3s平均值，若不符合这一质量控制规程，则当前3s平均值标识为“缺失”。风向用1min平均值代替。1min平均值以1秒钟为时间步长，取每整秒的瞬时值，对1min内的“正确”的瞬时值计算平均值，应有大于75%（3/4）的瞬时值可用于计算1min平均值，若不符合这一质量控制规程，则当前1min平均值标识为“缺失”。-32-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书2min平均值以1min为时间步长，取每整秒的瞬时值,对2min内的“正确”的瞬时值计算平均值,应有大于75%（3/4）的瞬时值可用于计算2min平均值，若不符合这一质量控制规程，则当前2min平均值标识为“缺失”.（除正点外，其他时间也应计算，数据不存储，保存在缓存中实时刷新。）10min平均值以1min为时间步长，对每分钟的1min平均值求每分钟的10min滑动平均。对10min内的“正确”的1min平均值计算10min平均值，应有大于75%（3/4）的1min平均值可用于计算10min平均值，若不符合这一质量控制规程，则当前10min平均值标识为“缺失”。翻斗式或容栅式降水量1min累计值对传感器1min内的输出脉冲或累计量进行计数得到。1h累计值1h内60个1min累计值中的“正确”的1min累计值的累计值。称重式降水量1min累计值min内的降水量累计值，可根据选用的传感器的特性选择合适的算法.1h累计值min内的降水量累计值，可根据选用的传感器的特性选择合适的算法。通用的算法为：1卜内60个1min累计值中的“正确”的1min累计值的累计值.蒸发量蒸发量的计算应考虑降水量和溢出量的影响。1min累计值标皿内的蒸发量累计值，可根据选用的传感器的特性选择合适的算法。当前分钟的蒸发量为当前1min内平均水位与前1min平均水位的差.实时给出的是当前小时内的累计值，由当时分钟的平均水位与本小时开始分钟的平均水位差。注：为了检验每分钟的时内小时累计蒸发量和日累计蒸发量，在每分钟数据中需给出当前1巾汨内平均水位.1h累计值h内的蒸发量累计值，可根据选用的传感器的特性选择合适的算法.通用的算法为：以小时内前后1min的平均水位差计算得到。-33-(完整)新型自动气象(气候)站功能规格书土壤水分、地下水位1min平均值对1min内的“正确”的采样值计算平均值，应有大于66%(2/3)的采样瞬时值可用于计算瞬时值，若不符合这一质量控制规程，则当前瞬时值标识为“缺失”。1h平均值对1h内的60个1min平均值中的“正确”的1min平均值计算平均值，应有大于66%(2/3)的“正确”值可用于计算1h平均值，若不符合这一质量控制规程，则1h平均值标识为“缺失”.通风防辐射罩通风速度1min平均值根据1min内转速,转化为平均通风速度。1h平均值对1h内的60个1min平均值中的“正确”的1min平均值计算平均值，应有大于66%(2/3)的“正确”值可用于计算1h平均值，若不符合这一质量控制规程，则1h平均值标识为“缺失”。地下水位1min平均值对1min内的“正确”的采样值计算平均值，应有大于66%(2/3)的采样瞬时值可用于计算瞬时值，若不符合这一质量控制规程，则当前瞬时值标识为“缺失”。表层海水温度、表层海水盐度、表层海水电导率、波高、波周期、波向、表层海洋面流速、潮高、海水浊度、海水叶绿素浓度1min平均值(瞬时值)有两种不同计算方法，根据不同应用场合进行选择：a)对1min内的“正确”的采样值计算平均值，应有大于66%(2/3)的采样瞬时值可用于计算瞬时值，若不符合这一质量控制规程，则当前瞬时值标识为“缺失”.b)用1min内的采样值计算均方差o,凡样本值与平均值的差的绝对值大于3o的样本值予以剔除，对剩余的样本值计算平均作为瞬时值.导出量的计算海平面气压按“地面气象观测规范中国气象局编。北京：气象出版社，2003。11”(以下称《地面气象观测规范》)第7章公式7.2计算。要求计算：1min平均海平面气压。-34-（完整）新型自动气象（气候）站功能规格书水汽压按《地面气象观测规范》“附录22。水汽压”中的公式计算。要求计算：1min平均水汽压.露点温度按《地面气象观测规范》“附录24。露点温度”中的公式计算。要求计算：1min平均露点温度.水平面直接辐射总量按《地面气象观测规范》第13章公式13.1计算。要求计算：1min水平面直接辐射总量、1h水平面直接辐射总量.大气浑浊度按《地面气象观测规范》第13章公式13。13.13.14计算。要求计算：1min水平面直接辐射辐照度、1min本站气压P与太阳高度角,.土壤重量含水率由土壤体积含水量导出。0=。匕 （ 5 ）gvpb式中：0——土壤重量含水率，单位是百分率（％）；g0——土壤体积含水量，单位是百分率（％）；vPw—-土壤水分密度，单位是克每立方厘米包/加3）；P—干土壤体积密度，单位是克每立方厘米9/的3）。b要求计算：正点时的1min平均值、1h平均值。土壤相对湿度由土壤体积含水量导出。U=0x100% （ 6 ）sfc式中：U—-土壤相对湿度，单位是百分率（％）;s-35-（完整）新型自