新型自动气象(气候)站功能规格书

1、新型自动气象（气候）站功能规格书（业务试用版）2012年8月目 录1前言11.1目标11.2编写原则11.3编写依据12组成结构22.1概述22.2采集器32.3总线82.4传感器82.5外围设备92.6软件93总线物理接口及应用层协议103.1物理接口103.2连接器113.3应用层协议114功能要求124.1软件初始化124.2数据采集124.3数据处理124.4数据存储134.5数据传输164.6数据质量控制174.7终端操作命令224.8GPS对时功能244.9人工输入观测资料244.10嵌入式软件在线升级245测量性能245.1测量的气象要素245.2量和单位255.3要求265.4

2、采样和算法276嵌入式软件流程396.1采集软件流程396.2数据流程407传感器要求417.1气压传感器417.2温度测量传感器427.3湿度测量传感器427.4风测量传感器437.5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457.8辐射测量传感器457.9日照测量477.10能见度测量传感器477.11土壤水分传感器（时域反射法：TDR法或频域反射法：FDR法）487.12地下水位测量传感器487.13天气现象观测传感器487.14云量测量传感器487.15积雪深度测量传感器487.16冻土深度测量传感器497.17电线积冰测量传感器497.18闪电频次测量传感器49

3、7.19海洋测量传感器498供电电源要求499安全要求499.1标记要求499.2文件要求509.3结构安全519.4电气安全5110工作环境适应性要求5210.1气候条件5210.2生物条件5210.3化学活性物质5210.4机械条件5311电磁兼容性要求5311.1电磁骚扰限值要求5311.2电磁抗扰度要求5312防雷要求5412.1一般要求5412.2直接雷击的防护措施5412.3雷击电磁脉冲的防护5413结构和外观要求5513.1机械结构要求5513.2机械强度要求5513.3材料与涂复要求5513.4外观要求5614可靠性要求5615可维护性要求5616其他要求5616.1时钟精度要

4、求5616.2功耗要求5616.3观测的时制5616.4扩展性要求5716.5互换性要求5716.6传感器选型5716.7人机界面要求5717检验要求5718附录571 前言1.1 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

5、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。1.2 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

6、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。1.3 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

7、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) WMO CIMO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）；e) 自动气象站质量控制程序指南（ET AWS-4, FINAL REPORT, Annex 3. WMO . CBS ）f) NOAA Automated Surface Observing System（ASOS）Users Guide 1998.32 组成结构2.1 概述新型自动气象（气候）站基于

8、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。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（Controller Area Network，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

9、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。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

10、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)

11、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RS48

12、5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 主采集器通信接口配置要求通信接口用途数量CAN主、分采集器通信1RS 232终端操作2RS 232GPS对时1RS 485业务计算机通信1RJ 45网络通信1主采集器应具备外接存储器，包括：l 1 个CF 卡；l 2 个USB。主采集器应具备监测电路，包括：l 主板温度测量；l 主板电源测量；l 交流供电检测；l 主采集器机箱门状态检测。主采集器应具备指示灯，包括：l 系统指示灯（秒闪）；l CF 卡指示灯。在线编程接口应包括：RS 232或RJ 45。主采集器的主要有两大

13、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。2.2.2 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

14、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)

15、 气候观测分采集器；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

16、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

17、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：l 主板温度测量；l 主板电源测量。分采集器应具备指示灯，包括：l 系统运行指示灯；l CANopen 操作指示灯；l CANopen 错误指示灯；l 分采集器应提供在线编程接口：RS 232。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

18、接口、RS232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）、

19、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：a) 系统运行指示灯；b) CANopen 错误指示灯；c) 应提供在线编程接口：RS 232。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。2.3 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

20、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10 km（速率5 kbps）；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（Firmware）； i) CAN总线具有较高的性价比结构简单、器件容易购置且价格便宜、开发技术容

21、易掌握。2.4 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。2.5 外围设备2.5.1 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

22、，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。2.5.2 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。2.5.3 通信接口主采集器应配置RS 485接口，支持本地通信。应配置以太网接口（RJ 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WEB服务控制台。应配置RS 232接口，以备挂接GPS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。2.5.4 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。2.6 软件2

23、.6.1 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1s，GPS对时功能失效时应提

24、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（Web Console），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

25、 总线。2.6.2 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；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3.1 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，ISO 11892-2 对此进行了详细规定，网络结构

26、如图4所示。图4 CAN总线网络结构3.2 连接器连接器采用 CiA DR-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 连接器结构表5 连接器接线描述针脚信号描述1CAN_GNDGND 或 0V 或 V-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）3.3 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

27、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4.1 软件初始化4.1.1 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。4.1.2 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

28、。4.2 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。4.3 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

29、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。4.4 数据存储4.4.1 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

30、速）、降水量（包括翻斗式或容栅式和称重式传感器）、地表温度（包括铂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1.2 min平均风向北京时21.最小相对湿度北京时2.2 min平均风速22.最小相对湿度出现时间3.10 min平均风向23.水汽压4.10 min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

31、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.

32、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）9.2 min平均风速（1.5m高）19.最低地表温度（红外传感器）

33、10.10 min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

34、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12.大气浑浊度36.紫外辐射（UVA）辐照度13.小时日照

35、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2

36、4.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

37、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

38、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

39、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.低云量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

40、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。4.4.2 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。4.4.3 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

41、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。4.5 数据传输4.5.1 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

42、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 200 m。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。4.5.2 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（RS 232）外加远程通信设备（如GPRS/CDMA1X、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。4.6 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

43、极值范围、允许变化速率和变化率值等参数的设置。4.6.1 嵌入式软件中的数据质量控制4.6.1.1 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；对瞬时气象值变化速率的检查：s 检查瞬时气象值的最大允许变化速率；s 检查瞬时气象值的最小应该变化速率；s 标准偏差的计算。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

44、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。

45、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0.3 hPa2.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20 m/s8.降水量-9.辐射（辐照度）800 W/m210.日照时数-11.能见度-12.蒸发量0.3mm13.土壤体积含水量14.地下水

46、位15.云高-16.云量-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。4.6.1.3.3 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

47、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。4.6.1.3.4 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”。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

48、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400 hPa1100 hPa0.5 hPa2 hPa0.1 hPa2.气温-75 80 3 5 0.1 3.露点温度-80 50 传感器测量：2 3 ；导出量：4 5 5 0.1 4.相对湿度0%100%10%15%1%（U95）5.风向0360-10（10分钟平均风速大于0.1m/s时）6.风速（2分钟、10分钟）0 m/s75 m/s10 m/s20 m/s-7.瞬

49、时风速0 m/s150 m/s10 m/s20 m/s-8.降水量（0.1mm） （1min）0 mm10mm-9.降水量（0.5mm） （1min）0 mm30mm-10.草面温度-90 90 5 10 11.地表温度-90 90 5 10 0.1 （雪融过程中会产生等温情况）12.5cm地温-80 80 2 5 可能很稳定13.10cm地温-70 70 1 5 14.15cm地温-60 60 1 3 15.20cm地温-50 50 0.5 2 16.40cm地温-45 45 0.5 1.0 17.80cm、160cm、320cm地温-40 40 0.5 1.0 18.总辐射0 W/m22000 W/m2800 W/m21000 W/m2-19.净全辐射20.直接辐射0 W/m21400 W/m2800 W/m21000 W/m2-21.散射辐射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m2-22.反射辐射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m2-23.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UVA0 W/m2200 W/m250 W/m290 W/m2-27.紫外辐射UVB0 W/m2