《回南天自动气象观测站建设技术规范》编制说明

PAGEPAGE10广西地方标准《回南天自动气象观测站建设技术规范》（征求意见稿）编制说明一、工作简况1.任务来源2018年10月，原广西壮族自治区质量技术监督局下发了《关于下达2018年第四批广西地方标准制定项目计划的通知》（桂质监函〔2018〕351号），将《回南天自动气象观测站建设技术规范》列为2018年广西地方标准制定项目计划，项目编号为2018-0426，项目起止年限为2018年10月至2019年12月。本标准由广西壮族自治区气象局提出，由广西气象标准化技术委员会归口。2.编制目的回南天是华南地区特有的、在特定天气背景下所产生的自然现象。回南天对仓储、工农业、电器设备及其他物品也会造成很大的损害，而且会增加人体患上呼吸道感染、痢疾、皮肤类等疾病发生的概率，为了做好回南天气象服务工作，应对日益增加的公众服务需求，公众能提前做好预防回南天，需要在广西建设回南天自动气象观测站网,为回南天预报提供观测数据。2017年，广西气象局在全区91个县区完成回南天自动气象观测站的建设，观测站采用间接观测的方式，对观测场地的要求较高，不合格的场地无法观测出回南天，通过对2年多回南天观测数据的分析评估和场地建设经验的总结，编制出回南天自动气象观测站建设技术规范，为规范回南天自动观测站新建及迁建工作提供技术支持。3.起草单位广西壮族自治区气象技术装备中心。4.主要工作过程（1）2018年11月，广西区气象技术装备中心组织有关专家和技术人员，召开《回南天自动气象观测站建设技术规范》地方标准制定启动会，成立标准编写小组，确定编制组负责人，明确了目标和任务，确定了标准编写技术方案，进行了任务分工，制订了工作进度计划。（2）2019年1-3月，编写组查阅了国内有关回南天的文献资料，深入了解回南天发生机理，研究了《GB/T35221地面气象观测规范总则》、《GB/T35233地面气象观测规范地温》、《GB/T35226地面气象观测规范空气温度和湿度》、《GB/T35227地面气象观测规范风向和风速》、《GB/T33703自动气象站观测规范》、《GB50057建筑物防雷设计规范》和《GB/T31162地面气象观测场（室）防雷技术规范》等相关标准，初步拟定《回南天自动气象观测站建设技术规范》的编写思路。（3）2019年4月-2019年6月，编写组按照标准编写格式，起草完成了《回南天自动气象观测站建设技术规范》（工作组讨论稿）。（4）2019年7月，编写组召开研讨会，各起草人员位汇报了标准起草的情况，以及工作的成果，并对起草的标准逐条进行了讨论。（5）2019年8-10月，在标准工作组讨论稿的基础上，各起草人员再次逐条对标准条文进行修改，形成《回南天自动气象观测站建设技术规范》（征求意见稿）。（6）2019年11月-2020年11月，起草人员通过分析回南天数据和各站点建设情况，对数据异常的站点进行了分析、整改，目前，各站点回南天自动气象观测站观测数据稳定、可靠，因此，本标准征求意见稿定稿时间相应延后。（7）2021年5月，综合回南天观测站各站点的建设情况，形成《回南天自动气象观测站建设技术规范》（征求意见稿）5.本标准起草人及其所做工作本标准主要起草人有：陶伟、李艳萍、徐明芳、黄剑钊、吴勇、吕抒航、覃伟、蔡悦幸。陶伟：第一起草人，全面主持标准的起草工作，负责编写标准制定工作方案、工作大纲。负责分析回南天观测数据及各站点建设情况，完成标准起草,完成标准全文的编排和审定。李艳萍：收集回南天有关文献资料，参与标准的起草工作，参与标准全文的审定。徐明芳：收集专家征求意见、统计，参与标准全文的审定。黄剑钊：收集有关气象标准的参考资料，参与标准全文的审定。吴勇：分析回南天观测数据及各站点建设情况，参与标准全文的审定。吕抒航：分析回南天观测数据及各站点建设情况，参与标准全文的审定。覃伟：分析回南天观测数据及各站点建设情况，参与标准全文的审定。蔡悦幸：分析回南天观测数据及各站点建设情况，参与标准全文的审定。标准编制原则和确定标准主要内容的依据1.标准编制原则本标准的编制遵循科学性、协调性、规范性、可操作性和实用性原则。（1）科学性和协调性《回南天自动气象观测站建设技术规范》地方标准的制定，遵循现行的气象业务规范和标准，使该标准具有科学性和协调性。本标准结合广西回南天自动气象观测站网的建设经验和回南天发生机理，参考地面气象观测相关标准和资料制定。前期在广西已经开展了回南天自动气象观测站网的建设，在利用试验数据和分析观测数据的基础上，充分吸取我区回南天观测方面先进成果，并在全区91个站点开展了回南天观测和数据评估验证，为标准的编制提供科学依据。（2）规范性和可操作性本标准规范了回南天自动观测站的观测要素、选址要求、技术要求等，标准的所有条目在表述上力求做到清晰明确，无模棱两可、含糊其辞或易于产生歧义的表达，在方法上力求做到务实、有效、可操作。（3）实用性本标准适用于广西区域内回南天自动气象观测站新建、迁建、改建，是一个可用于业务运行的标准。2.标准主要内容及确定依据本标准是针对回南天自动观测的特殊性，在遵循一般地面气象观测技术标准的基础上，提出广西区域内回南天自动气象观测站建设规范。（1）标准结构和内容本标准正文内容分5章，第1章规定了标准的范围，第2章为有关术语和定义，第3章为观测要素，第4章为选址要求，第5章为技术要求。（2）观测要素广西冬春季节持续低温过程结束后，气温快速回升，室内物体表层冷透后升温慢于空气速度，室外空气进入相对静止且冷的室内时，暖湿空气遇到冷的物体，因空气露点温度大于物体（如瓷砖地面、墙壁、镜面等）表面温度，水汽达到饱和甚至高度过饱和状态，即空气相对湿度≥100%，便在物体表面发生相变冷却凝结，于是发生回南天。为了对回南天进行观测和预报服务，观测要素分为室外观测要素和室内观测要素，室外主要观测要素为气温、相对湿度（或露点）、风向、风速、气压、降水等常规6要素，用于天气预测与实时监测。由于广西大部分建筑物采用地面瓷砖和墙面乳胶漆，少数房屋采用水泥地板，因此，室内观测分为4物体和2物体温度要素观测，分别为地面瓷砖、地面水泥地板、墙面乳胶漆和室内气体4种物体温度观测，以及地面瓷砖和墙面乳胶漆温度2种物体温度观测。（3）选址要求回南天自动气象观测站点的选址与其他类型的自动站类似，应能代表本区域气候特征，与回南天发生有较强相关性，不同的是，回南天的预测、监测需要室外观测站和室内观测站，室外观测站站址环境条件应按GB31221的要求执行,站址的观测场地、观测仪器应按GB/T35221的要求执行，确保观测数据真实可靠，优先选取符合要求的已建站点，例如，气象部门的室外观测站应优先选择国家地面观测业务站，如国家地面观测业务站离人口聚居区较偏远，与回南天发生关联性不强，则应选择国家地面观测对比站所建设的区域自动气象观测站。回南天自动气象观测站（室内观测站）站址应与室外观测站同址，观测点应设置在建筑物一楼或二楼独立的房间内，要求为自然通风状态，室内为瓷砖或水泥地面，为乳胶漆墙面。（4）技术要求技术要求主要包括对回南天自动气象观测站场地、仪器布局、安装、供电及防雷设施方面的要求。1）观测场地要求回南天自动气象观测站安装在室内，根据回南天发生的机理，为了准确的监测到室外空气进入相对静止且冷的室内而发生回南天，室内不能安装空调、取暖器、烘干机等影响室内气温的设备，而应该是自然通风状态，窗口朝南，以便暖湿空气正常进入室内。为了确保室内空气相对静止，室内不能与室外完全通透，并且不应有人员频繁出入观测场地。场地面积应能满足观测设备布放及维护要求。2）仪器布局要求回南天自动气象观测站须准确测量室内温度，各个传感器应避免被太阳照射，参照《GB/T35221地面气象观测规范总则》、《GB/T35226地面气象观测规范空气温度和湿度》等气象行业标准，为了保证仪器不受影响，要求“仪器距观测场边缘护栏不小于3米”、“温度计离地1.5米”，因此，回南天自动气象观测站各传感器与门、窗的距离不小于3米，墙面乳胶漆温度传感器及室内空气温度传感器均应距地1.5米。3）安装要求回南天自动气象观测站主要有地面瓷砖、地面水泥地板、墙面乳胶漆和室内气体4个温度要素，水泥地板温度传感器应安装在水泥地面上，瓷砖温度传感器应安装在导热效果较好的通体耐磨瓷砖上，墙面乳胶漆温度传感器应安装在乳胶漆墙面上，《GB/T35221地面气象观测规范总则》、《GB/T35233地面气象观测规范地温》、《GB/T35226地面气象观测规范空气温度和湿度》等标准，室内空气温度传感器应安装在防辐射罩内。为了保证温度传感器测量的温度与观测物体一致，水泥、瓷砖、乳胶漆共3个观测物体应按传感器感应部分的尺寸开槽，传感器一半应埋入槽内，一半露出观测物体表面，确保传感器与观测物体之间能够充分接触。4）供电要求采用UPS供电，能使设备供电电压稳定，确保设备长期稳定运行。5）防雷设施要求回南天自动气象观测站的观测场地应有防雷设施，参照《GB/T31162地面气象观测场（室）防雷技术规范》和《GB50057建筑物防雷设计规范》等有关雷电防护标准规定即可。（5）编制依据编制本标准参照了《GB/T35221地面气象观测规范总则》、《GB/T35233地面气象观测规范地温》、《GB/T35226地面气象观测规范空气温度和湿度》、《GB/T35227地面气象观测规范风向和风速》、《GB/T33703自动气象站观测规范》、《GB50057建筑物防雷设计规范》和《GB/T31162地面气象观测场（室）防雷技术规范》等相关标准。主要文献：[1]GB/T33703自动气象站观测规范[2]GB/T35226地面气象观测规范空气温度和湿度[3]GB/T35227地面气象观测规范风向和风速[4]GB/T35233地面气象观测规范地温三、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广西回南天自动气象观测站网建设情况及成效在2014年，广西开始研究回南天发生机理及自动观测设备，至2016年底基本完成广西回南天自动气象观测站网的建设，2017年启动常态化观测。广西回南天观测站网共建有91个回南天自动观测站，逐10分钟进行观测，包括4物体温度要素站9站（观测瓷砖地面温度、墙面温度、水泥地面温度、空气温度），2物体温度要素站82站（观测瓷砖地面温度、墙面温度）。回南天自动气象观测站网按统一标准建设，经过站网业务运行情况，结合试验结果，形成本标准。回南天观测系统装备是首次将网络模块嵌入到采集器中，直接通过网络将回南天观测数据回传到省级中心站的设备，硬件设计集成度高，这种集成化的设计引发的问题也较为突出。与其它常规观测设备相比，故障相对较多，观测资料的准确性、连续性存在一些问题。通过运行监控和数据分析，找准了设备硬件存在的问题和不足，经过3年多的技术改进，设备稳定性达到业务要求，数据质量不断提升，2020年全年业务可用性达到98.46%。经2020年春季应用检验，绝大部分站点数据质量得到提升，回南天预报准确率得到了提高，业务效益显著，为进一步完善回南天自动气象观测站建设技术规范的编制提供了技术支撑。从天气实况来看，回南天观测数据折线图的趋势符合观测物体特性。例如:2020年2月12日前后，广西大范围出现回南天现象，各观测站点数据也反映了这一特征。回南天观测系统对各介质温度观测数据在2月10日前后达到最低值，墙面温度普遍低于瓷砖地面温度，之后各观测值均出现较为明显的上升；在升温过程中，墙面温度与瓷砖地面温度整体趋势都呈现单调递升，且墙面温度上升趋势倾斜率明显大于瓷砖地面温度的斜率，在2月12日前后（此时间段出现回南现象）墙面温度与瓷砖地面温度曲线出现交叉。根据各地观测站点数据分析，桂北、桂南趋势表现基本一致，时间上存在1-2日的差异，如图1是桂林市全州站（桂北）的回南天观测数据变化趋势。数据分析显示，在回南天出现前后，回南天观测数据出现比较明显的变化特征。图12020年2月桂林市全州县回南天观测数据折线图从回南天发生期间包含各观测温度（瓷砖、墙面、水泥、室内空气、百叶箱、露点）的变化来看，数据一致性好、可用性强。各观测温度变化曲线如图2，墙面与暖湿空气接触后升温比瓷砖地面快，水汽蒸发也快于地板，从回南天这一特殊天气现象分析，瓷砖地面的凝结水挥发完花费的时间最长，符合回南天发生机理。图22020年1月17～26日防城港回南天观测站瓷砖、墙面、水泥、室内空气、百叶箱等温度及露点广西回南天发生过程来看，回南天自动气象观测数据准确，观测场地建设规范、有效，本标准内容科学合理。举例：2019年3月，广西出现4次回南天过程，用南宁市武鸣县气象站的室外露点温度、相对湿度，室内地板、墙面温度作图（图3），显示因先后受4次冷空气影响，露点温度线4次与瓷砖地面、墙面温度线相交，即4次出现露点温度≥地板、墙面温度的情况，出现不同强度的回南天。图3南宁市武鸣县2019年3月回南天观测数据综上分析检验，基于天气系统分析、观测数据统计，回南天观测数据符合回南天发生机理，在回南天期间包含各观测温度（瓷砖、墙面、水泥、室内空气、百叶箱、露点）的变化来看，数据一致性好、可用性强，观测数据准确，证明回南天自动气象观测站建设技术规范具有科学性、可操作性和实用性，广西区域内回南天观测数据可以用于天气监测、预报和评估。图3南宁市武鸣县2019年3月回南天观测数据2主要试验及分析回南天自动气象观测站设备升级改造好，运行稳定，由于回南天自动气象观测站网按统一标准建设，绝大部分站点观测数据准确，可以用于天气监测、预报和评估。期间，为了验证回南天自动气象观测站建设技术规范，在陆川、环江、兴安进行了一些条款的试验。2.1UPS供电试验图4陆川回南天观测数据频繁跳变（UPS供电前）图5陆川回南天观测数据正常（UPS供电后）通过陆川供电试验得出结论，回南天自动气象观测站应采用UPS供电。在没用UPS供电前，回南天观测数据出现频繁跳变，如图5所示，在改用UPS供电后，回南天观测数据不再跳变，数据可用性高。标准要求采用UPS供电合理。2.2通风试验图6环江回南天观测数据变化趋势图7环江回南天自动气象观测站场地通过环江通风试验得出结论，回南天自动气象观测站应自然通风状态。在环江国家地面气象站同址的建筑物一楼独立房间内，安装一套回南天自动气象观测站（如图7），由站点观测环境可以看出，通风口有石墙阻挡，不利于自然通风，从而导致瓷砖地面温度和乳胶漆墙面温度曲线过于平缓（如图6），与室外露点温度相关性不强，不利于回南天观测。2.3太阳照射试验图8兴安回南天自动气象观测站太阳照射试验通过兴安太阳照射试验得出结论，回南天自动气象站传感器应安装在不受太阳照射的位置。在兴安回南天站，将传感器安装在太阳照射下，瓷砖地面温度和乳胶漆墙面温度值已接近40℃（如图8所示），明显偏高，室外露点温度曲线无法与瓷砖地面温度曲线和乳胶漆墙面温度曲线相交，