《海洋气象观测规范 漂流仪》编制说明

气象行业标准《海洋气象观测规范漂流观测仪》编制说明一、工作简况任务来源本标准由全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会（SAC/TC507）提出并归口。2015年1月中国气象局气象探测中心下达（气仪标委函〔2019〕36号文），项目编号QX/T-2019-65，标准名称为海洋气象观测规范漂流观测仪。协作单位中国气象局气象探测中心、华云升达（北京）气象科技有限责任公司。主要工作过程2019年，在中国气象局气象仪器与观测方法标准化技术委员会部署下，中国气象局气象探测中心牵头组成海洋气象漂流仪观测规范准编制小组，开始进行标准编制工作调研，查阅国内外相关标准、文献等，为标准编制做好准备。2018年10月，组织召开的编写讨论会上，经过会议讨论，观测司建议海洋气象观测规范做成系列标准，海洋气象漂流仪观测规范是系列标准之一。2019年4月，标准编制小组明确了任务分工和时间进度，确保按照中国气象局要求的时间节点完成标准编制任务，经过内部讨论编制形成标准工作组初稿。2019年9月，根据全国气象仪器与观测方法标准化技术委员会下发《关于山洪标准化建设项目中期检查活动的通知》（气仪标委函〔2019〕36号）对该标准项目进行中期检查汇报，并针对专家提出的相关问题进行解答并修改。2019年10月，组织召开内部编写讨论会，根据中期汇报中专家提出的意见进行修改，对其中不易理解、不易懂的语言文字进行修改，贴近海洋气象观测实际业务工作。2019年11月编制组对相关内容进行了修订和完善，形成标准征求意见稿。标准主要起草人及其所做的工作本标准主要起草人为李肖霞雷勇邹大伟张振鲁杨志勇王亚静。其分工如下：李肖霞：负责标准的申报、起草、修订等组织工作。雷勇：负责漂流观测仪的技术检验指导和标准审查工作。邹大伟：参与标准校对修改等工作。张振鲁：参与初稿修改工作。杨志勇：负责试验方法的编写工作。王亚静：参与标准技术指标编写工作。二、标准编制原则和确定标准主要内容的论据1．编制原则本标准依据GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草，并坚持以下原则：（1）科学性和规范性本标准充分借鉴和参考了国内海洋气象科学研究、漂流观测仪研制方面的成果和理念，力求在气象观测要素的选择、传感器技术原理及检测方法、数据协议等方面，兼顾当前主流技术和未来的发展趋势，做到科学性和规范性。（2）简化性、实用性原则在标准起草过程中，综合考量行业现状和实际使用需求，以及经济成本等因素，对同类产品的技术指标做了分析筛选，除明显不合理的或明显落后于当代普遍技术水平的个别指标外，尽量涵盖各厂商指标。在试验方法的选择设计方面，尽量引用现有的成熟规范或经过验证的试验方法，确保标准的实用性。（3）协调性原则编写组在收集已有的研究成果、查阅大量资料、征求多方意见后，在综合考虑各方面需求和意见的基础上对标准内容进行了适当的调整，达到内容全面，规定具体，语言通俗，易于实施。2．主要内容的依据（1）国内外研究现状调研1）应用背景根据海洋气象观测的业务需求，为解决我国远海气象探测手段的缺乏，海洋气象漂流观测仪的开发及应用于2014年实现科技部重大科学仪器专项立项，目前海洋气象漂流观测仪已实现国产化批量生产，并在我国渤黄海海域、南海海域，以及西太平洋海域进行了长时间观测试验，取得了大量现场实测数据，并经过了多次台风考验，成功获取了多次台风天气过程的实测数据，观测数据已经在气象观测及预报业务中得到应用，，海洋部门及气象部门多个规划及项目已设计了该仪器的布局，大量仪器已在多家单位应用。为了统一海洋气象漂流观测仪观测，需规范海洋气象漂流观测仪气温、气压、风、海温和盐度等观测要素的观测技术要求、方法以及资料处理等内容，特需要作为指令性项目制定观测标准，发挥仪器观测效益。2）国外发展情况国外的漂流浮标探测技术发展较早且达到了形成标准规范的成熟度，早在上世纪70年代就多次在大型海洋科学调查中、热带海洋和全球大气计划等较大数量布放漂流浮标进行海洋气象的观测，世界气象组织的JCOMM组织研制及使用了拉格朗日漂流浮标，并于1987-1991年制定了SVP（漂流浮标）的设计标准，鼓励各国开展研究。1993年DBCP（资料浮标合作组）通过研究，认为在SVP上增加气压传感器是可行的，表明SVP漂流浮标可以同时为海洋学家和气象学家提供观测数据。1997年欧美各国科学家开始了SVP-B（增加气压传感器）业务应用，并不断进行试验和完善改进，2009年DBCP发布了SVP-B的设计标准，并应用了多年。我国国内于1993年制定了漂流浮标研制计划，国家海洋技术中心于1994研制了FZS3-1型表层漂流浮标并试验成功，于2000年开始小批量生产，在2003年制定了漂流浮标的行业标准。在各种技术储备条件下，海洋气象漂流观测仪由国家海洋局和中国气象局相关技术单位在科技部重大仪器专项支持下于2015年研制成功，并进行了多次不同海域的观测试验，并经过了多次台风考验，成功获取了多次台风天气过程的实测数据，观测数据已经在气象观测及预报业务中得到应用，海洋部门及气象部门多个规划及项目已设计了该仪器的布局，部分仪器已应用于预报及服务业务中。（2）参考依据本标准主要依据的标准包括：GB/T2423.1-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温GB/T2423.2-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：高温GB/T2423.3-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Cab:恒定湿热试验GB/T2423.5-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击GB/T2423.17-2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ka：盐雾GB/T4208-2008外壳防护等级（IP代码）GB/T9254-2008信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB/T17618-2015信息技术设备抗扰度限制和测量方法参考的文献资料主要包括：《GB/T14914-2006海滨观测规范》《GB/T12763.1—2007第1部分总则》《GB/T12763.2—2007第2部分海洋水文观测》《GB/T12763.3—2007第3部分海洋气象观测》《GB/T13972—1992海洋水文观测仪器通用技术条件》《HY/T059—2002海洋站自动化观测通用技术要求》（3）产品组成漂流观测仪的组成部分包括：数据采集系统、电源供电系统和漂流浮标结构系统、控制系统四个主要部分，如图1所示。

图1海洋气象漂流观测仪总体结构图根据《海洋气象观测漂流仪功能规格需求书》和应用产品分析，漂流观测仪观测要素包括海面气、海面气温压、海面风向风速、海水表层温度、海水表层盐度、海水表面温度等要素。观测站设备采用模块化设计，根据当地观测需求、海域气象条件、周边海洋气象观测站点情况、特殊观测任务等实际需要，按照针对性原则选择一种或多种观测要素组合方式。4）技术指标主控制及数据采集系统以低功耗、多功能的微处理器为核心构成主控制及数据采集器。通过配置气象和海洋水文传感器及相关的数据采集处理构建漂流浮标的数据采集处理系统；浮标的姿态监控系统使用九轴姿态和GPS实时监控浮标的定位和姿态信息，同时为观测数据的订正提供校准参数；以北斗卫星通讯为主数据通讯手段，同时预留了ARGOS卫星及国产低轨卫星通信方式；电源系统为整个漂流浮标观测系统提供电源，以大容量锂电池为主电源，同时配置太阳能辅助充电功能；为了最大限度地降低设备的功耗,有效地延长设备的运行寿命，所有主要部件和器件配置独立的电源控制管理；所有的数据采集、数据通信、状态检测操作等等严格按照时序控制管理执行，时序通过GPS或北斗进行准确校时。主控制及数据采集器的功能要求：（1）对各种气象水文传感器、系统运行状态信息、浮标姿态信息以及浮标位置信息等按照预定的采样频率进行采样；（2）对气象水文要素测量值进行转换，使传感器的测量采样值转换成气象水文单位量，得到相关的采样瞬时值；（3）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；（4）根据质控算法对采样数据进行质量检查和标识；根据姿态信息、位置信息等对采集数据进行修正；（5）具有电源控制系统，特别是主要部件和器件应具有独立的电源控制功能，降低能耗。（6）漂流观测仪测量技术指标应满足下表1的要求表1漂流观测仪测量技术指标比对观测要素测量范围分辨力测量精度备注海面气压900hPa亠-1100hPa±0.1hPa±1hPa海面风速Om/s亠-60m/s±0.1m/s±1m/s（或10%）海面风向0°〜360°±1°±15°海面气温-15°C〜40C±0.1C±0.5°C海水温度-2°C--40C±0.01C±0.1°C海水盐度（电导率）0mS/cm/〜65mS/cm±0.01mS/cm±0.05mS/cm海面红外测量温度-2C--40C±0.3°C±1C5）数据采样、数据处理、数据质量控制、通讯协议等要求1）规定数据采样、数据处理、数据质量控制方法的必要性。为了保证漂流观测仪的数据准确性、一致性和可比性，规定其采样、算法和质控方法是必要的。2）数据采样、数据处理、数据质量控制方法的合理性。本标准规范的数据采用处理算法和质控算法，是根据《GB/T33703-2017自动气象站观测规范》规定而确定。并且通过实践验证了其合理性（2016年-2019年中国气象局气象探测中心在不同海区漂流观测仪实验外场对比观测试验确定。3）本标准中各要素的采样频率和计算方法如下表所示，主要参考《GB/T33703-2017自动气象站观测规范》和《GB/T33697-2017公路交通气象监测设施技术要求》等。表中的算术平均法、滑动平均法、单位矢量平均法、累计值算法，以及各气象要素的极值和最大值采用的极值算法，参考《GB/T33703-2017自动气象站观测规范》。表2气象要素采样频率及瞬时值的计算方法气象要素采样频率瞬时值的计算方法海面气温6次/min或30次/min算术平均值法海水温度海面红外测量温度海水盐度（电导率）海面气压海面风速4次/s瞬时风速：以0.25秒为步长求3秒滑动平均值；2分钟平均风速：以1秒为步长计算每分钟的1分钟、2分钟滑动平均值；10分钟平均风速：以1分钟为步长（取1分钟滑动平均值）计算每分钟的10分钟滑动平均值。海面风向1次/s瞬时风向：使用单位矢量平均法求1分钟、2分钟平均，以1分钟为步长（取1分钟平均值）计算每分钟的10分钟平均。6）数据传输、数据存储、状态信息、远程控制等要求——数据传输、数据存储、状态信息的要求参考了GB/T33703-2017自动气象站观测规范》的规定。——远程控制的规定，满足了中国气象局对综合气象观测系统智能化发展需求提出的相关功能要求。1）数据传输的要求漂流观测仪的数据传输系统应按照规定时序间隔发送观测数据、浮标的地理坐标信息以及浮标状态信息等数据。数据通信以北斗卫星通信系统为主通信系统，另外还需要预留ARGOS卫星数据通信系统或国产低轨卫星通信系统；为了提高通信效率，具有对测量数据能够进行编码压缩处理的功能。数据传输以定时主动上传的方式进行。2）数据存储的要求——漂流观测仪的观测数据在设备自带存储器中按照要求的格式存储，存储空间可存储不少于180天的观测数据等。3）数据通信格式——由于海洋气象漂流观测仪采用北斗卫星通信为主通讯方式，而北斗卫星数据通信的带宽指标：a）通信频度：1次/每分钟；b）数据帧长度：三72字节。c）对海洋气象漂流观测仪的数据通信采用了最大限度的压缩。数据格式包括两种分别为不带红外测温数据格式和带红外测温数据格式。三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果1本标准界定的漂流观测仪测试情况综述2016-2019年探测中心先后开展六次海洋气象漂流观测仪的相关试验。试验方案遵循由于近海海况和天气情况相对比较简单，故先对设备进行近海试验，取得一定效果后再进行远海试验。通过每一次试验和数据分析来发现设备的问题，针对问题提出改进方案，并最终确定设备稳步运行的技术指标。2测试综述1）威海国家浅海综合试验场近海试验及“张骞号”首航南海海域试验，重点是积累试验经验，测试仪器性能。分别于2016年5,7月在威海进行两次近海试验，采用跟船布放方式，2016年7月在南海东沙附近海域进行试验，根据近海试验情况，对部分性能进行改进。2）中国气象局大气试验基地静态对比试验，为进一步获取仪器在实验室的性能数据，采用温湿压联合试验箱对仪器传感器进行检测对比。该次试验于2017年4月在北京南郊中国气象局大气试验基地开展。3）博贺岸上对比试验，本次试验于2017年5月在广东博贺开展，对比观测时间较短，相对于南郊静态试验，可以看作为试验室外性能数据对比收集。4）博贺海上试验，本次试验采用定点锚系方式，处于海上观测平台仪器周边，重点是考察仪器在海洋中长期观测其性能情况，期间传感器性能、材质等均有所改进，获得了较长时间相对连续的观测数据。5）西太平洋海上试验，本次试验于2017年10月西太平洋海上开展试验，重点考察观测仪远洋环境适应性，获取长时间连续观测数据。6）南海海域大型观测试验，本次试验于2018年4月在我国南海海域开展大型观测试验，重点考察漂流观测仪的仪器性能和获取南海海域水文和气象要素数据。3结论通过6次海上观测试验的数据综合分析表明：1）漂流观测仪传感器、采集系统、太阳能供电系统、北斗通讯系统和数据接收平台工作正常，海洋环境适应性良好，特别是在西太平洋试验中，面