自动气象站数据采集器校准规范编制说明

《自动气象站数据采集器校准规范》

编制说明

一、工作简况

1.项目来源

经全国气象专用计量器具计量技术委员会向国家质量监督检验检疫总局申报，由山东省气象局大

气探测技术保障中心编制本规范，项目名称：自动气象站数据采集器校准规范。根据国家市场监督

管理总局司（局）函（计量函[2019]42号）“市场监督总局计量司关于国家计量技术规范制定、修

订及宣贯计划有关事项的通知”中MTC27的7项下达该规范的制定任务。

2.制定本规范的目的和意义

随着新型自动气象站（以下简称自动站）不断增加，目前已实现自动站单轨运行，自动站的数

据质量高低将直接影响气象预报、服务等终端产品的质量，直接影响气象现代化建设业务效益的充

分发挥。

自动站校准包括传感器和数据采集器（以下简称采集器）两部分。采集器作为自动站的核心设

备，其通道误差的大小关系到各要素传感器输出数据的准确程度，对常规天气预报和精细化天气预

报影响极大，必须进行校准以确定其性能指标是否符合要求。而目前尚无关于采集器校准的技术规

范，采集器校准工作无法开展。急需制订科学、严谨且具有可操作性的校准规范，保障自动站的正

常运行，保证自动站观测数据质量的准确可靠。

3.起草单位

本规范主要起草单位：山东省气象局大气探测技术保障中心，参加起草单位：国家气象计量站、

江苏省无线电科学研究所有限公司。

4.起草人及工作分工

本规范主要起草人员：孙嫣、韩广鲁、杨宗波、任燕、郭瑞宝；参加起草人员：边泽强、花卫

东、徐剑平、王希凯。

起草人员职责分工：

孙嫣负责：

1）负责制定规范的年度工作计划、经费预算、方案审定；

2）负责组织协调起草人员及各编写单位开展规范研究、编写等方面工作；

3）主持召开规范制定工作会议；

4）主持起草并编制规范文本。

韩广鲁负责：

1）调研国内外相关技术规范信息，参加规范技术方案的制定；

2）参与规范文本的修改和完善；

3）负责与采集器校准相关的研究工作。

杨宗波、任燕、郭瑞宝负责：

1）负责组织采集器校准实验及相关数据分析；

2）规范相关技术资料的查询、分析、研究；

3）参与规范文本的修改和完善。

边泽强、花卫东负责：

1）提出适合本规范的制定意见建议

2）对自动站采集器的生产、使用和计量现状进行调研和分析；

3）负责规范内容的校正工作；

徐剑平、王希凯负责：

1）采集器校准实验；

2）采集器校准数据资料整理。

4.主要工作过程

（1）前期工作基础

自动气象站（以下简称自动站）作为一个整体系统由数据采集器（以下简称采集器）和传感器

两部分组成，其误差是采集器和传感器的合成误差。若采集器通道误差没有校准，室内检定合格的

传感器直接安装使用，会给整个自动站的探测数据带来了很大的不确定性，直接影响数据质量。山

东省气象局大探中心自2010年开始，参照部门规程《自动气象站检定规程》（报批稿）之《自动气

象站数据采集器现场校准方法（试行）》部分的内容，对全省采集器开展现场校准，截至2015年底共

校准采集器约500台。为规范的编制奠定了良好的工作基础。

2012年，由山东、河南、四川三省联合申报的中国气象局重点集成项目《移动气象计量检定校

准核查技术集成》获准立项。编制组主要成员承担其中“自动气象站采集器现场校准方法”部分的

研究，该项目于2014年3月验收通过。其主要技术内容已由中国气象局业务主管部门下发全国各省

投入业务应用。在此项目的研究过程中编制组的技术实力得到很大提高，也为规范的申报提供了技

术支持。

2014年由山东省气象局大探中心为主持起草的“自动气象站数据采集器现场校准方法”立项气

象行业标准，于2016年发布实施。该标准的编写为团队提供了采集器校准预研究的机会。

（2）初稿修改

1）2016年规范立项后，成立编制组，制定工作计划和编制思路。针对气象行业标准“自动气

象站数据采集器现场校准方法”存在的局限性问题进行进一步实验研究。

2）存在的问题主要体现在以下几个方面：一是受当时的条件限制，采集器行业标准的实验数据

大多来自老型号自动站采集器，缺少新型自动站类型；二是当时没有成熟可靠的信号发生器可以使

用，测量标准的技术要求难以确定；三是采集器计量特性本可依据生产厂家的技术指标确定，但直

到2020年QX/T520-2019《自动气象站》发布实施，也没有对采集器的技术指标做出明确规定。基

于以上原因，我们延迟了规范的提交时间。

3）现场试应用：为验证此规范的覆盖面，编制组又选取了具有代表性3个区域站和2个新型自

动站，对其采集器进行现场校准，并针对校准过程中发现的问题对初稿的相关内容进行了进一步完

善（校准材料见附件一、二、三）。

（3）征求意见稿

1）采集器测量标准的确定：2017年QX/T346-2016《自动气象站信号模拟器》发布实施，编

制组用无锡无线电研究所有限公司升级后的JJQ1-B型自动气象站信号模拟器分别对华云DZZ5自动

站HY3000型采集器和无锡DZZ4自动站WUSH-BH型采集器进行了校准（校准数据见附件五）；2019

年全国地市级移动计量系统配发到位，用此移动系统配备的华云升达生产的I1Y2000型采集器校验仪

校准了新型区域站采集器HY364和WUSH-BH6（RG）型共27台（校准数据见附件六）。结果表明

该两款采集器测量标准系统的软硬件符合自动站采集器校准要求，其气象要素模拟信号技术指标符

合QX/T346-2016关于气象要素信号的性能要求，可以作为采集器校准的测量标准，本规范参照此

性能指标确定了采集器测量标准的技术要求。

2）采集器计量特性的确定：采集器计量特性主要包括测量范围和最大允许误差三项。其中测量

范围按照“新型自动气象（气候）站功能需求书（修订版）”中各气象要素的测量范围给出；最大允

许误差理论上按不大于各气象要素综合误差三分之一的大原则给出，因为除气压、风向等数字信号

外，采集器对温度的电阻信号、湿度的电压信号等采集本质上是一种测量，可以按标准器和被测仪

器的测量逻辑关系给出，而对标准器的准确度要求就是其最大允许误差要不大于于被测仪器的三分

之一。

3）2018年用全国地市级移动计量系统所配采集器校验仪HY-2000对部分华云和无锡新型站采

集器进行了校准，进一步验证了本规范所定采集器测量标准和采集器计量特性的合理性。

4）基于以上资料，对采集器和测量标准的计量技术指标进一步深化研究，完成征求意见稿。

二、编制原则和确定本规范主要内容的依据

1.编制原则

（1）本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》起草，文中所涉及的计量术语

符合JJF1001-2011《通用计量术语及定义》的内容，不确定度评定按照JJF1059.1-2012《测量不确

定度评定与表示》的要求完成。

（2）针对性原则。自动气象站作为一个整体系统由采集器和传感器两部分组成，其误差是采集

器和传感器的合成误差。采集器因无正式发布的计量技术规范支持，一直未能开展采集器校准工作。

导致室内检定合格的传感器直接安装使用，而采集器通道误差未能校准，给整个自动站的探测数据

带来了很大的不确定性，直接影响数据质量。因此，本规范即针对采集器校准工作的需求制定。

（3）统一性原则。本规范制定后，将能统一、规范国家级自动站和区域自动站的采集器校准方

法，使国家及省级有关主管部门和省级具体业务单位做到有章可循，有据可依，为各省自动站采集

器校准工作提供技术支持。

(4)广泛性原则。2010年中国气象局为各省配发二代移动计量校准系统，2019年全国地市级

移动计量系统配发到位，两系统的计量设备增加了自动站信号模拟器和采集器校验仪作为采集器校

准标准器，但因无自动气象站采集器校准规范支持，不能应用于自动站校准工作。本规范在全国范

围内对自动站采第器校准工作具有广泛的通用性。

(5)实用性原则。本规范的编制来源于各省采集器校准工作需求，规范完成后即服务于各省的

自动站采集器校准。因此，既要保证规范的针对性和技术含量，也要保证规范的实用可操作性。

2.确定本规范主要内容的依据

(1)关于校准点选择

采集器各通道校准点原则上是按照自动站各要素测量范围的上、下限和中间点选择的，考虑全

国各地地理环境差异，校准点具体数值亦可根据所处的地理位置、海拔高度和气象要素年绝对极值

等条件确定，如：西藏地区气压极小值在通用气压传感器测量范围之外，其校准点可按当地极值选

择。

(2)关于环境条件的选择

影响检定、校准和测量工作的最大环境因素有：温度、相对湿度、噪音、电磁干扰、气压差、

照度、振动、电源电压调整率、接地电阻等，其中以温度及相对湿度最为重要。对采集器校准工作

的环境条件而言，相对湿度的影响主要表现在对校准设备的侵蚀、生锈等，单次校准过程不会直接

产生误差，对不确定度的影响可以忽略不计。以下主要从温度对现场校准工作的影响进行实验分析。

1)环境条件的选择理由及其实验设计、数据(图表)分析

通过实验得出温度对采集器和标准信号源(等同于标准信号发生器)的影响程度，确定采集器

现场校准的各环境条件的适用范围。

①实验目的

JJQ1型信号模拟器的使用说明书中给出的温度使用范围是0℃〜30℃,但实际测试试用发现，

在〜30℃时，采集器多个通道测试结果随温度变化较大。本实验通过改变测试环境的温度值，

得到不同要素的测试误差，从而得到信号模拟器工作的推荐温度范围。

②实验设计

以DT50采集器为例，将JJQ1型信号模拟器与DT50采集器同时放入调温箱内，按25℃、0℃、

5℃、10℃、15℃、20℃、30℃顺序分别设定调温箱的温度，每个温度点到达设定温度值后再稳定4

小时以上，后使用信号模拟器软件读取各通道测试数据。测试时，每次只连接一个要素通道测试。

待数据稳定后，每隔1分钟读数一次，每项要素的每个设定点读数3次。每项要素均设低、中、高

3个测试点，分别得到测量全程内不同阶段的测试误差。

③实验数据

依据实验设计步骤得到模拟不同环境温度下，DT50采集器各通道的测试数据，数据详见表1。

表1使用JJQ1型信号模拟器在不同温度时测试DT50采集器各通道的数据

要素测试温低中

度CC)

30-50.03-50.04-50.04-0.06-0.07-0.0749.9249.9249.92

25-50.05-50.05-50.05-0.08-0.08-0.0849.9049.9149.91

20-50.05-50.05-50.05-0.07-0.06-0.0649.9249.9249.92

气温

15-50.00-50.00-50.00-0.03-0.03-0.0349.9549.9549.95

(℃)

10-50.04-50.04-50.04-0.07-0.07-0.0749.9049.9049.90

5-49.99-49.99-49.99-0.02-0.02-0.0249.9649.9649.96

0-49.96-49.98-49.980.010.020.0249.9849.9949.98

3019.7319.7319.7379.7179.7079.7097.7097.7097.70

2519.7619.7619.7679.7679.7679.7697.7597.7597.75

2019.7719.7719.7779.7879.7879.7897.7897.7897.78

湿度

1519.7819.7819.7879.7979.7979.7997.7997.7997.79

颇D

1019.7819.7819.7879.7779.7779.7797.7797.7797.77

519.8019.8019.8079.8279.8279.8297.8197.8297.82

019.8119.8019.8079.8379.8479.8597.8397.8397.83

30499.93499.93499.93999.89999.89999.901049.871049.871049.87

25499.95499.95499.951000.001000.01999.991049.971049.991049.98

20499.96499.96499.961000.061000.061000.061050.041050.051050.06

气压

15499.97499.97499.971000.061000.061000.061050.061050.061050.06

例)

10499.99499.99499.991000.101000.101000.111050.101050.091050.09

5500.00500.00500.001000.231000.231000.231050.221050.221050.22

0500.02500.02500.021000.311000.311000.311050.291050.291050.30

30-50.04-50.04-50.04-0.06-0.06-0.0649.9249.9249.92

25-50.05-50.05-50.05-0.07-0.07-0.0849.9149.9149.91

20-50.03-50.02-50.02-0.05-0.04-0.0449.9449.9449.94

地温

15-50.01-50.01-50.01-0.03-0.03-0.0349.9549.9549.95

CC)

10-50.04-50.04-50.04-0.07-0.07-0.0749.9049.9049.90

5-49.98-49.98-49.98-0.010.00-0.0349.9549.9549.96

0-49.96-49.94-49.960.020.000.0249.9949.9850.00

309.719.719.71179.67179.67179.67349.67349.67349.67

259.759.759.75179.74179.74179.74349.77349.78349.77

209.769.769.76179.78179.78179.78349.81349.81349.81

风向

159.779.779.77179.77179.77179.77349.80349.80349.80

(0)

109.779.779.77179.77179.77179.77349.83349.83349.83

59.799.799.79179.84179.84179.84349.93349.92349.92

09.809.809.80179.85179.86179.86349.96349.96349.96

风速300.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

Ws)250.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

200.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

150.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

100.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

50.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

00.490.490.4924.9924.9924.9950.0050.0050.00

309.999.999.9949.9949.9949.9999.9999.9999.99

259.989.989.9849.9749.9949.9899.9799.9799.97

209.979.979.9749.9649.9649.9699.9699.9699.96

蒸发

159.989.989.9849.9949.9849.9899.9799.9799.97

(nm)

109.989.989.9849.9749.9749.9799.9799.9799.97

59.989.989.9849.9749.9749.9799.9699.9699.96

09.989.989.9849.9749.9749.9799.9699.9699.96

本实验使用的DT50采集器没有辐射通道，同时经过多次实验总结，且参考风速通道(数字信号)

测试结果得到同为数字信号的雨量通道没有误差，所以本实验没有测试辐射和南量通道。地温通道

连接方式为信号模拟器的温度输出线直接连接到DT50采集器的地温通道，所以这里只有一组地温数

据。

2)实验结论

①数据处理

算出每项要素在每个测点的3个测试值的算术平均值x。为了排除信号模拟器自身的误差，

选择每项要素在25℃时的测试平均值作为标准，然后用不同环境温度时的平均值减去25℃时的平均

值得到每个温度点与25c点的偏差Ax,数据见表2：

表2数据处理结果

测试温低中高

要素

度CC)X1AxlX2△x2x3Ax3

30-50.040.01-0.070.0149.920.01

25-50.050.00-0.080.0049.910.00

20-50.050.00-0.060.0249.920.01

气温

15-50.000.05-0.030.0549.950.04

(℃)

10-50.040.01-0.070.0149.90-0.01

5-49.990.06-0.020.0649.960.05

0-49.970.080.020.1049.980.07

3019.73-0.0379.70-0.0697.70-0.05

2519.760.0079.760.0097.750.00

湿度

2019.770.0179.780.0297.780.03

(%RH)

1519.780.0279.790.0397.790.04

1019.780.0279.770.0197.770.02

519.800.0479.820.0697.820.07

019.800.0479.840.0897.830.08

30499.93-0.02999.89-0.111049.87-0.11

25499.950.001000.000.001049.980.00

20499.960.011000.060.061050.050.07

气压

15499.970.021000.060.061050.060.08

(hPa)

10499.990.041000.100.101050.090.11

5500.000.051000.230.231050.220.24

0500.020.071000.310.311050.290.31

30-50.040.01-0.060.0149.920.01

25-50.050.00-0.070.0049.910.00

20-50.020.03-0.040.0349.940.03

地温

15-50.010.04-0.030.0449.950.04

(℃)

10-50.040.01-0.070.0049.90-0.01

5-49.980.07-0.010.0649.950.04

0-49.950.100.010.0949.990.08

309.71-0.04179.67-0.07349.67-0.10

259.750.00179.740.00349.770.00

209.760.01179.780.04349.810.04

风向

159.770.02179.770.03349.800.03

(°)

109.770.02179.770.03349.830.06

59.790.04179.840.10349.920.15

09.800.05179.860.12349.960.19

300.490.0024.990.0050.000.00

250.490.0024.990.0050.000.00

200.490.0024.990.0050.000.00

风速

150.490.0024.990.0050.000.00

(m/s)

100.490.0024.990.0050.000.00

50.490.0024.990.0050.000.00

00.490.0024.990.0050.000.00

309.990.0149.990.0199.990.02

259.980.0049.980.0099.970.00

209.97-0.0149.96-0.0299.96-0.01

蒸发

159.980.0049.980.0099.970.00

(mm)

109.980.0049.97-0.0199.970.00

59.980.0049.97-0.0199.96-0.01

09.980.0049.97-0.0199.96-0.01

②分析数据

风速、蒸发信号在0℃〜30℃时输出结果较稳定，即风速、蒸发信号受温度变化影响不明显。

气温、地温两个温度信号受环境温度变化影响明显，且当环境温度越低时，测试误差越大；但

在同一环境温度点上，低、中、高三个测试阶段内误差数值较一致，说明温度通道的误差斜率为0;

从〜30C各个温度误差值比较得出：当环境温度为15c〜28℃时，温度要素的测试误差绝对值

小于0.05,温度要素测试的推荐环境温度为10℃〜30℃。

湿度、气压、风向三个电压信号的要素受环境温度变化影响最为明显，且当环境温度越低时，

测试误差越大；在同一环境温度点上，低、中、高三个测试阶段内误差数值由小变大，说明温度通

道的误差线性度较好；从0℃〜30C各个要素误差值比较得出：当环境温度为15℃〜28℃时，电压

信号要素的测试误差绝对值小于0.1（25℃〜30C之间可使用内插法得出各温度点上的测试误差），

所以推荐环境温度为15℃〜28℃。

③结论

JJQ1型信号模拟器测试DT50采集器的推荐使用环境温度为15℃〜28℃。若采集器在室外环境

中工作，其适应的环境条件范围较大，对其校准误差的大小主要取决于标准信号源未定工作的环境

条件范围。考虑到JJQ1型信号模拟器的个例情况，加之其后又有升级，最终本标准的校准环境条件

指标温度引用了《自动气象站信号模拟器》标准的技术指标10℃〜30℃。

（3）关于校准设备的计量性能

1）计量性能分析及其实验设计、数据分析

①数据稳定性测试

a.实验目的

以DT50采集器和ZQZ-II型采集器为例，检测这两种采集器每个通道在使用JJQ1型信号模拟器

测试通道误差时数据的稳定性。

b.实验设计

将JJQ1型信号模拟器分别与DT50采集器和ZQZ-II型采集器连接，前者使用信号模拟器软件读

取各通道测试数据。测试时，每次只连接一个要素通道测试。待数据稳定后，每隔1分钟读数一次,

每项要素的每个设定点读数10次。每项要素均设低、中、高多个测试点，分别得到测量全程内不同

阶段的测试误差。ZQZ-II型采集器使用采集器显示面板读数，读数时间间隔同DT50采集器。

DT50采集器没有辐射通道，所以本实验没有测试辐射通道。地温通道连接方式为信号模拟器的

温度输出线直接连接到DT50采集器的地温通道，所以这里只有一组地温数据。ZQZ-II型采集器地

温通道只选择了0cm、10cm,40cm>80cm、320cm几个层次作为代表。

c.实验数据

依据实验设计步骤得到两种型号采集器各通道的稳定性测试数据，数据详见表3、表4。

表3使用JJQ1型信号模拟器校准DT50采集器数据稳定性测试

要素标称值测试值平均值标准偏差

109.759.759.759.759.759.759.759.759.759.759.750.000

湿度5049.7549.7649.7649.7649.7749.7649.7649.5649.7649.7749.740.063

(WI)8079.7479.7479.7479.7479.7579.7479.7479.7479.7479.7479.740.004

9897.7497.7497.7497.7497.7397.7497.7497.7497.7597.7597.740.005

550549.94549.94549.93549.94549.94549.94549.93549.94549.93549.93549.930.001

气压

1000999.99999.99999.98999.98999.99999.97999.97999.96999.96999.96999.980.011

(hPa)

10601059.981059.971059.971059.981059.961059.951059.961059.971059.971059.971059.970.010

109.749.749.749.749.749.749.749.749.749.749.740.000

9089.7489.7289.7289.7289.7189.7089.7089.7089.6989.6989.710.015

风向

180179.70179.70179.71179.70179.71179.70179.71179.71179.71179.70179.710.004

(°)

270269.72269.72269.72269.72269.72269.71269.70269.70269.70269.69269.710.010

360359.70359.70359.69359.71359.71359.71359.71359.72359.71359.71359.710.009

10.490.490.490.490.490.490.490.490.490.490.490.000

风速55.004.994.995.014.995.014.994.994.994.994.990.007

(m/s)3029.8829.8829.8829.8829.8829.8829.8829.8829.8829.8829.880.004

6059.7759.7659.7859.7959.7959.7759.7759.7859.7959.7759.780.012

-40-40.06-40.07-40.07-40.07-40.07-40.06-40.09-40.09-40.06-40.09-40.070.013

气温

0-0.09-0.12-0.09-0.12-0.12-0.13-0.13-0.13-0.13-0.13-0.120.016

(℃)

5049.8549.8649.8649.8549.8949.8549.8949.8649.8649.8649.860.015

-40-40.07-40.06-40.06-40.06-40.05-40.05-40.08-40.06-40.06-40.06-40.060.009

地温0-0.09-0.09-0.09-0.09-0.09-0.08-0.08-0.1-0.12-0.09-0.090.011

(℃)5049.8649.8849.8849.8849.8949.8749.8849.8849.8849.8949.880.009

7069.8569.8569.8669.8669.8669.8569.8669.8669.8669.8669.860.005

雨量111111111111.00.000

(mni)44444444-1444.00.000

表4使用JJQ1型信号模拟器校准ZQZ-II采集器数据稳定性测试

要素标称值测试值平均值标准偏差

302928302830283028302828.90.994

湿度

808181818181818181818181.00.000

(%RH)

989898989898989898989898.00.000

202121212121212121212121.00.000

风向909191919191919191919191.00.000

(°)270271271271271271271271271271271271.00.000

340341341341341341341341341341341341.00.000

222222222222.00.000

风速1010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.010.000.000

(m/s)4040.040.040.040.040.040.040.040.040.040.040.000.000

5050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.050.000.000

雨量11.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.000.000

(mm)44.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.000.000

气压550550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.0550.000.000

(hPa)10001000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.01000.000.000

-50-50.1-50.2-50.1-50.1-50.2-50.2-50.1-50.1-50.2-50.1-50.140.052

气温

0-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1-0.1-0.100.000

(℃)

5049.949.949.949.949.949.949.849.849.949.949.880.042

-50-50.0-50.1-50.0-50.1-50.1-50.0-50.1-50.1-50.2-50.2-50.090.074

地表温

00.00.0-0.20.00.00.00.0-0.1-0.1-0.1-0.050.071

(℃)

5050.049.949.850.049.950.049.949.950.049.949.930.067

-50-50.0-50.0-50.1-50.1-50.0-50.0-50.1-50.1-50.1-50.1-50.060.052

10cm

00.00.0-0.10.0-0.10.00.0-0.10.00.0-0.030.048

(℃)

5050.049.949.950.050.050.049.949.950.049.949.950.053

40cm-20-50.0-50.1-50.1-50.1-50.1-50.0