摘要：通過(guò)實(shí)例對(duì)自動(dòng)氣象站采集器、溫濕傳感器、風(fēng)傳感器、地溫傳感器和雨量傳感器出現(xiàn)故障時(shí)的情況進(jìn)行分析,以為氣象站觀測(cè)員的日常工作提供指導(dǎo)。文章發(fā)表在《電子設(shè)計(jì)工程》上，是電子期刊征稿范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞自動(dòng)氣象站;儀器故障;分析處理

　　目前,我國(guó)各級(jí)氣象臺(tái)站大都使用自動(dòng)氣象站儀器采集數(shù)據(jù),自動(dòng)觀測(cè)較人工觀測(cè)獲取數(shù)據(jù)更加便捷,氣象要素觀測(cè)的代表性、準(zhǔn)確性和及時(shí)性都有所提高,減輕了測(cè)報(bào)工作人員的工作量,更能反映大氣近地面層的真實(shí)狀況。但是由于自動(dòng)氣象站儀器感應(yīng)元件的特殊性,它較人工觀測(cè)儀器更容易出現(xiàn)故障,雖然各站出現(xiàn)故障的情況不同,但主要可歸結(jié)為采集器故障和各要素傳感器故障,下面介紹幾種比較典型的儀器故障,以供參考。

　　1采集器故障

　　采集器故障對(duì)于自動(dòng)氣象站來(lái)說(shuō)是致命的打擊,因此各站必須存有備份采集器,至少也得備份到市局,并且平時(shí)要做好采集器的維護(hù)[1]。采集器一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,但是由于自動(dòng)氣象站在我國(guó)建成的時(shí)間不長(zhǎng),在采集器的研制過(guò)程中可能有些因素沒(méi)有考慮,或者由于各級(jí)臺(tái)站的一些主觀和客觀因素的影響,從而造成采集器出現(xiàn)異常。

　　很多的氣象站在2010年2月28日24∶00以后采集數(shù)據(jù)無(wú)法正常讀入計(jì)算機(jī),此種情況是因江蘇無(wú)線電研究所有限責(zé)任公司的ZQZ-Ⅱ型系列自動(dòng)氣象站采集器在對(duì)閏年處理時(shí)有錯(cuò)誤而造成的(將3月1日記載為2月29日),采集器對(duì)非法日期進(jìn)行了過(guò)濾,從而造成數(shù)據(jù)無(wú)法寫(xiě)入采集數(shù)據(jù)文件和上傳數(shù)據(jù)文件,各站接到上級(jí)通知后將日期進(jìn)行修改,數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

　　各站受影響的數(shù)據(jù)通過(guò)自動(dòng)站質(zhì)量控制軟件的RTD文件進(jìn)行恢復(fù),因此,以后遇到自動(dòng)氣象站所有數(shù)據(jù)未卸載時(shí),首先應(yīng)查看采集器數(shù)據(jù)是否正常,如果采集器正常,再檢查采集器與計(jì)算機(jī)連接是否正常,接下來(lái)檢查采集軟件是否正常,但在沒(méi)有查明原因時(shí)不要長(zhǎng)時(shí)間地關(guān)閉采集軟件,更不要輕易的將采集器清零,否則將會(huì)造成氣象數(shù)據(jù)無(wú)法挽回的損失。

　　自動(dòng)氣象站采集器遭受雷擊的情況在各級(jí)臺(tái)站也偶有發(fā)生,當(dāng)自動(dòng)氣象站采集器遭受雷擊時(shí),應(yīng)立即啟用備份采集器,如果沒(méi)有備份采集器而采集器不采集,秒閃燈呈紅色不閃,其他定時(shí)、瞬間、修改、日期等按鍵左上角指示燈均呈綠色,采集器發(fā)出“嗡嗡”的連續(xù)鳴叫聲,計(jì)算機(jī)顯示軟件實(shí)時(shí)遙測(cè)數(shù)據(jù)多數(shù)出現(xiàn)紅色野值,各有關(guān)數(shù)據(jù)框均無(wú)數(shù)據(jù)。這時(shí)首先應(yīng)按一下采集器復(fù)位按鍵,看是否能恢復(fù)正常,同時(shí)起到資料保護(hù)的作用。如不能恢復(fù)正常,則按以下方法處理:①將計(jì)算機(jī)退出“地面氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件”,關(guān)閉計(jì)算機(jī);②采集器總清零。首先將采集器電源開(kāi)關(guān)由“1”置于“0”,再將采集器工作開(kāi)關(guān)由“1”置于“0”;③重新打開(kāi)采集器。先將采集器后右端電源開(kāi)關(guān)由“0”置于“1”上,接通電源,聽(tīng)到一聲“嘟”的響聲,待響聲停止后將采集器后左端工作開(kāi)關(guān)由“0”撥到“1”位上,然后將采集器面板上年、月、日、時(shí)、分、秒重新修改設(shè)置后按一下復(fù)位鍵;④重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī),進(jìn)入“地面氣象測(cè)報(bào)業(yè)務(wù)軟件”和“自動(dòng)氣象站監(jiān)控軟件”,再進(jìn)入“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控”,特別注意計(jì)算機(jī)時(shí)間要修改正確。

　　采集器故障會(huì)造成所有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)缺測(cè),這時(shí)如果未影響正點(diǎn)數(shù)據(jù),則只對(duì)小時(shí)內(nèi)的極值數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,如果影響1 h的數(shù)據(jù),則用前后定時(shí)數(shù)據(jù)內(nèi)插求得,按正常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì);若連續(xù)2個(gè)或以上定時(shí)數(shù)據(jù)缺測(cè)時(shí),不能內(nèi)插,各數(shù)據(jù)仍按缺測(cè)處理。

　　2更換溫濕傳感器過(guò)濾罩

　　溫濕傳感器過(guò)濾罩應(yīng)每年更換2次,以保證溫濕數(shù)據(jù)正確。更換時(shí)易在晴朗微風(fēng)的上午進(jìn)行;更換前先將手洗凈,再把事先準(zhǔn)備好的溫濕過(guò)濾罩拿到觀測(cè)場(chǎng)進(jìn)行更換。更換時(shí)如果不出意外,不會(huì)影響觀測(cè)記錄,但不順利的話可能會(huì)影響小時(shí)內(nèi)的溫濕極值,如果出現(xiàn)影響溫濕極值的情況,可以根據(jù)實(shí)際情況將時(shí)極值按缺測(cè)處理,一般不會(huì)影響日極值。

　　3傳輸電纜被鼠咬

　　自動(dòng)氣象站電纜一般通過(guò)走電纜溝引入觀測(cè)值班室,時(shí)間一長(zhǎng)難免有老鼠破壞,而自動(dòng)站所用電纜比較細(xì),很容易被咬斷,如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常或缺測(cè)時(shí),應(yīng)首先檢查采集器和傳感器等外露設(shè)備,若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,應(yīng)檢查電纜線的情況。例如某站某時(shí)的濕度取值為4%,通過(guò)值班員分析并與前面的記錄比較判斷屬不正常記錄,立即查找原因,發(fā)現(xiàn)溫濕電纜線被鼠咬,檢查后發(fā)現(xiàn)電纜線未被咬斷,只是一部分被咬,因此還有數(shù)據(jù)顯示,通過(guò)對(duì)電纜進(jìn)行修復(fù),數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

　　4地溫傳感器故障

　　地溫傳感器分為地面地溫傳感器、淺層地溫傳感器和深層地溫傳感器,尤其是淺層地溫傳感器最容易出現(xiàn)故障。由于淺層地溫傳感器直接埋入土中,長(zhǎng)期受土壤的腐蝕,難免會(huì)生銹,影響測(cè)量精度,有時(shí)出現(xiàn)地溫逐漸偏高或偏低,而無(wú)野值出現(xiàn),所以很難發(fā)現(xiàn),只有經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的對(duì)比才能察覺(jué)。另外,疏松地溫場(chǎng)也容易造成地面或淺層地溫傳感器采集數(shù)據(jù)的不正常,一是因?yàn)榈販貓?chǎng)疏松后土質(zhì)松軟造成地面和5 cm地溫傳感器溫度偏高,還有在疏松地溫場(chǎng)的過(guò)程中有可能碰到地面溫度傳感器或淺層地溫傳感器,造成數(shù)據(jù)的不規(guī)律。例如,晚上5 cm地溫高出10 cm地溫5 ℃左右,中午高出10 ℃以上,正常天氣情況下5 cm地溫高于10 cm地溫,但差值較小,經(jīng)連續(xù)觀測(cè)此種情況屬異常現(xiàn)象,隨后查明這種現(xiàn)象是疏松地溫場(chǎng)時(shí)碰到5 cm地溫傳感器造成的,立即換下5 cm地溫傳感器,檢查后發(fā)現(xiàn)其表面已生銹,并非純外力影響,外力只是一個(gè)誘因。夏季降水頻繁,地溫傳感器長(zhǎng)期受潮,很容易造成地面和淺層地溫傳感器性能下降。因此,在雨季應(yīng)增加地溫傳感器的維護(hù)和巡視,并定期檢查各處外露電纜有無(wú)破損,淺層支架是否與地面齊平,地面溫度傳感器是否半露半埋,特別是大風(fēng)、雨后觀察土壤是否出現(xiàn)板結(jié),隨時(shí)保證地溫傳感器符合規(guī)范要求。

　　5風(fēng)向風(fēng)速傳感器故障

　　我國(guó)北方冬季風(fēng)沙較大,自動(dòng)氣象站的風(fēng)向和風(fēng)速傳感器容易臟,如果再加上氣溫低和雨雪天氣,風(fēng)向和風(fēng)速器容易凍結(jié)[3-4]。某站2010年2月28日10∶25開(kāi)始降雨,隨著冷空氣的到來(lái),氣溫下降,天空開(kāi)始飄雪,風(fēng)速明顯加大,值班員監(jiān)視過(guò)程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)速顯示0.0 m/s,跟蹤監(jiān)視發(fā)現(xiàn)風(fēng)速一直保持0.0 m/s,與EN型測(cè)風(fēng)儀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯的偏差,到觀測(cè)場(chǎng)查看風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)情況,發(fā)現(xiàn)自動(dòng)站風(fēng)杯停轉(zhuǎn),確定為風(fēng)速傳感器凍結(jié)。值班員隨即召集人員放倒風(fēng)桿進(jìn)行維修,經(jīng)過(guò)半個(gè)多小時(shí)的維修,風(fēng)速數(shù)據(jù)在下一個(gè)正點(diǎn)來(lái)臨前恢復(fù)正常。北方臺(tái)站冬季出現(xiàn)這種情況的臺(tái)站不在少數(shù),但是有的臺(tái)站卻沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)而造成數(shù)據(jù)的大量丟失。因此,各站在做好儀器維護(hù)的同時(shí),要加強(qiáng)儀器的巡視和采集數(shù)據(jù)的監(jiān)視。

　　此異常數(shù)據(jù)時(shí)段的正點(diǎn)10 min平均風(fēng)向風(fēng)速用人工站EN型測(cè)風(fēng)儀相應(yīng)數(shù)據(jù)代替,2 min平均風(fēng)向風(fēng)速數(shù)據(jù)按缺測(cè)處理,時(shí)極值按缺測(cè)處理。如果日極值出現(xiàn)在該時(shí)段內(nèi),則日極值用人工站相應(yīng)記錄代替。

　　6雨量傳感器故障

　　雨量傳感器故障主要分為漏斗堵塞和翻斗故障2種情況,某站某年6月8日10∶36有雷暴,10∶43開(kāi)始降陣雨,10∶50巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)虹吸雨量計(jì)已經(jīng)上升0.5 mm,回到值班室發(fā)現(xiàn)自動(dòng)站監(jiān)控界面內(nèi)雨量欄仍無(wú)顯示,檢查采集軟件內(nèi)其他氣象要素?cái)?shù)據(jù)均正常,隨即返回觀測(cè)場(chǎng)檢查雨量傳感器,發(fā)現(xiàn)漏斗堵塞,沒(méi)有翻斗計(jì)數(shù),經(jīng)過(guò)幾分鐘的檢查調(diào)試,很快使雨量傳感器恢復(fù)正常。某站預(yù)審員發(fā)現(xiàn)月內(nèi)幾次降水過(guò)程自動(dòng)站雨量傳感器觀測(cè)的總量值與人工站雨量筒觀測(cè)的總雨量差值較大,已經(jīng)超出允許范圍,而人工站虹吸雨量計(jì)測(cè)量值與雨量筒測(cè)值一致[5-6]。因此,判斷為自動(dòng)站雨量傳感器問(wèn)題,分析發(fā)現(xiàn)降水緩和時(shí)兩者差值較小,降水急時(shí)差值大,卸下雨量傳感器外罩檢查,發(fā)現(xiàn)固定翻斗的螺絲松動(dòng),雨勢(shì)急時(shí)通過(guò)慣性帶動(dòng)翻斗多翻計(jì)數(shù),從而造成自動(dòng)站雨量傳感器測(cè)值偏大。因臺(tái)站沒(méi)有計(jì)量鑒定設(shè)備,因此應(yīng)先換用備份雨量傳感器,待省局鑒定部門(mén)來(lái)鑒定時(shí)再進(jìn)行修復(fù)。

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　　電子期刊征稿須知：《電子設(shè)計(jì)工程》(原名《國(guó)外電子元器件》)(月刊)是經(jīng)新聞出版署和國(guó)家科委批準(zhǔn)創(chuàng)辦的國(guó)家正式期刊。創(chuàng)刊于1993年，主要介紹當(dāng)前比較先進(jìn)的國(guó)內(nèi)外電子技術(shù)、元器件技術(shù)及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)類期刊，主要囊括電源技術(shù)應(yīng)用、工業(yè)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)與通信工程、測(cè)控與儀器儀表、圖像與多媒體技術(shù)、汽車(chē)電子、消費(fèi)類電子、嵌入式系統(tǒng)、信息安全以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域。