大气探测学课程报告.docx

常州信息职业技术学院 滨江学院大气探测学课程报告姓名 郭浩兵 学号 20112334904 专业班级 11通信3 指导老师 分数 - 0 -81.自动气象站概述自动气象站（aws）是一种能自动探测和存储气象观测数据的电子设备,主要由系统电源、采集器、通讯接口、传感器等组成。为了实现组网和远程监控及维护，还须配置远程监控软件，将野外自动气象站与中心站联接，形成自动气象观测网络系统。如果需要，可直接或在中心站编发气象报告，也可以按业务需求编制各类气象报表。自动气象站有不同的分类方法：(1)按提供数据的时效性，通常分成实时自动气象站和非实时自动气象站两类。实时自动气象站：能按规定的时间实时提供气象观测数据的自动气象站。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。(2)根据对自动气象站人工干预情况也可将自动气象站分为有人自动站和无人自动站2自动气象站基本原理自动气象站工作时，随着气象要素值的变化，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。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。自动气象站基本原理如图1所示。1.2自动气象站硬件组成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、系统电源、计算机等，系统软件有采集软件和地面测报业务软件。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观测系统。自动气象站有多种类型，其结构基本相同，主要由传感器、采集器、系统电源、通信接口及外围设备（计算机、打印机）等组成。1.2.1传感器传感器是能够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。自动气象站常用的传感器有：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1.2.2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：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、风向、风速、降水量和下表列各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。时钟误差不超过30秒/月。1.2.3系统电源自动气象站需要具备高稳定性、无干扰的系统电源。在有市电的地方，使用市电，并对备用电池充电，以备市电出现故障时使用。若使用计算机，则还配备不间断电源（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。1.2.4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。1.2.5外围设备根据不同的需要，配置的外围设备有：计算机、打印机、显示器等。1.3自动气象站软件组成自动气象站的系统软件包括采集软件和业务软件。为了实现组网和远程监控，还须配置远程监控软件。1.3.1采集软件采集软件由厂家提供，写在采集器中。必须遵守地面气象观测规范及其它气象技术规定。其主要功能有：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）；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；存储、显示和传输各气象要素值；大风报警；运行状态监控。1.3.2业务软件业务软件根据地面气象业务的需要编制，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，形成统一的数据文件等。1.4采样和算法1.4.1采样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。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。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。降水量、蒸发量和日照时数的采样速率为每分钟1次。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1.4.2算法1 平均值气温、湿度、气压、地温、辐射均为1分钟内有效采样值的算术平均。风速以1秒钟为步长，求3秒钟的滑动平均值；以1秒钟为步长，求1分钟和2分钟滑动平均风速；以1分钟为步长，求10分钟滑动平均风速。极值选取最大风速从10分钟平均风速值中选取其它要素的极值（含极大风速）均从瞬时值中选取。降水量、日照时数、蒸发量、辐射均计算累计值2.自动气象站描述指标（地面气象观测规范）自动气象站需要采集气压、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。自动气象站作为地面气象观测仪器应满足的的一般要是：（1）具有业务主管部门颁发的使用许可证，或经业务主管部门审批同意用于观测业务；（2）准确度满足规定的要求；（3）可靠性高，保证获取的观测数据可信；（4）仪器结构简单、牢靠耐用，能维持长时间连续运行；（5 ）操作和维护方便，具有详细的技术及操作手册2.1自动气象站基本技术性能地面气象观测站使用的自动气象站基本技术性能应符合表1的要求。准确度表示测量结果与被测量真值的一致程度，一般表示为95置信水平的不确定度（2倍标准差）。测量范围。在保证主要技术性能情况下，仪器能测量的被测量的量值范围。分辨力。仪器测量时能给出的被测量量值的最小间隔。响应时间（滞后系数）。被测量值阶跃变化后，仪器测量值达到最终稳定值的不同百分比所需要的时间。其中达到63.2所需的时间称为仪器的时间常数。平均时间。求被测量平均值的固定时间段。采样速率。自动观测时获取被测量数据的时间间隔2.2自动气象站其他技术要求（自动气象站通用技术规范）2.2.1缺测率要求缺测率是从人工气象站与自动气象站观测资料对比得到的数据观测缺失比率，自动气象站通用技术规范要求缺测率不大于2%。2.2.2粗差率要求粗差率是从人工气象站与自动气象站观测资料对比得到的粗大误差率，要求不大于5%。2.2.3采集器温度飘移采集器测量温度这一气象变量时，在环境温度范围内，采集器温度示值的飘移不大于0.1。3.自动气象站检定标准通过咨询中国气象局办公室陈主任及地面观测处张雪芬处长了解到：1.用于国内气象观测的自动气象站必须具备中国气象局颁发的使用许可证书，江苏省无线电科学研究所，北京华云技术开发公司，长春气象仪器厂等厂家生产的自动气象站都具有使用许可证书；2.自动气象站考核。中国气象局颁发使用许可证书前，会对自动气象站的可靠性、稳定性、可靠运行时间进行考核，所以具有使用许可证书的自动气象站都符合考核标准。3.检定时间。由于传感器精度要求很高，所以需要定期进行检定。国内温压湿风传感器检定周期为一年，使用维萨拉公司的气压传感器检定周期为半年，检定由当地气象局的计量部门进行。4.数据共享。安装在海外的自动气象站采集到的气象数据资料建议上传到相关气象网站世界气象组织（wmo）仪器与观测方法委员会（cimo）注：测量要素栏中列出的是一些基本量。测量范围栏中给出的是大多数测量要素的一般变化范围，限区取决于当地的气候条件。2 告的分辩力栏中给出的是电码手册确定的必须遵守的分辩力。要求的准确度栏中给出的是通常已获使用的推荐的准确度要求。个别应用可以低于严格的要求。要求的准确度的确定值表示报告值相对于真值的不确定度。3.应用可用于气象，工业，农业，水文水利，环保，高速公路，机场和港口等气象：为人们提供天气预报。工业：监控环境污染，检测工业污染情况。农业：提供天气情况，为其做好灾害提醒。水文水利：水资源利用，防水灾。环保：污染分析，预警。高速公路：监控天气情况，预防极端天气对道路交通的危害。机场和港口：对天气情况提供预警，飞行安全分析，航行安全分析。4.数字化自动气象站数字化自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象站，通常有以下三种形式：有线遥测自动气象站仪器的感应部分与接收处理部分相隔几十米到几公里，其间用有线通信电路传输。由气象传感器、接口电路、微机系统、通讯接口等组成。传感器将气象信息转换成电信号由接口电路输出。微机系统是它的心脏，负责处理接口电路及观测员通过键盘输入的信号,并将处理结果输出显示、打印、存盘，也可通过接口送到信息网络服务系统。这种自动站早期用于实时查询气象资料,现在逐渐取代气象站日常主要观测工作。无线遥测气象站又称无人气象站。它包括测量系统、程序控制和编码发射系统、电源三部分组成。气象要素转换成电信号的方式常见有机械编码式和低频调制式两种，前者多使用机械位移的感应元件,使指针在码盘上位移而发出不同的电码；后者多使用电参量输出感应元件，使它产生一个低频变化的信号,然后将此信号载于射频上发射。无人气象站通常能连续工作一年左右，每天定时观测424次。可在1000公里之外的控制中心指令或接收它拍发的电报,也可利用卫星收集和转发它拍发的资料。该站通常安置在沙漠、高山、海洋(漂浮式或固定式)等人烟稀少的地区，用于填补地面气象观测网的空白处。长期自动气象站长期自