维萨拉自动气象观测系统QNH值在显示与输出中的差异分析

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维萨拉自动气象观测系统QNH值在显示与输出中的差异分析
赵伟伟|民航河北空管分局
摘要：修正海平面气压值（QNH）在航空飞行中具有极为重要的意义。

数据的采集经由传感器采集并进行冗余校验后将场面气压（QFE）以串口数据传回自动气象观测系统服务器中。

通过采集到的场面气压值结合相关算法计算出修正海平面气压值，该值的影响因素有：场面气压、海拔高度、基准高度、温度。

计算后的修正海平面气压值又分别执行显示，保存，输出等不同操作。

而根据相关标准和规范的要求，修正海平面气压值又会保留不同的尾数。

关键词：维萨拉自动气象观测系统；QNH 值；显示与输出
在特殊情况下，小数点后的取舍机制有时会造成管制用户显示界面中的数据和输出的数据相差一百帕的情况，本文将着重分析造成该差异的原因。

在气象专业中由于气象保障原因造成机场天气报告中的气压值、通报管制部门的气压值与实际应报气压值相差2百帕的，构成气象一般差错，3百帕（含）以上的即构成气象严重差错。

气压值的重要性可见一斑。

气压值，特别是修正海平面气压值，（以下简写为QNH），一直是航空飞行中的关键气象数据，它关系着飞行员的高度判断，具有举足轻重的意义，任何影响QNH值的因素都值得我们高度重视和讨论。

笔者所使用的维萨拉自动气象观测系统出现过系统界面显示的气压值与依据《中华人民共和国民用航空行业标准——民用航空气象第9部分：自动气象观测系统数据采集和记录格式》（以下简称《航标九》）所输出的气压值相差一百帕的情况。

本文将以维萨拉自动气象观测系统为例，从QNH值的产生和在显示，输出、保存中的取舍机制详细阐述出现数值相差一百帕的具体原因。

1 QNH值的采集、传输和计算
采集：
笔者使用的气压传感器安装于维萨拉自动气象站MAWS301上，型号PTB330。

该气压计使用 Vaisala 开发的BAROCAP硅电容绝对压力传感器进行大气压测量。

PTB330 系列数字气压计的测量原理基于高级RC震荡器和基准电容器，并据此持续测量电容性压力传感器。

气压计的微处理器会针对压力线性和温度依赖性进行补偿。

PTB330 气压计配有三个气压计
模块，可进行冗余校验。

传输：
PTB330传感器测得并计算出场面气压
值（以下简写为QFE）后将以RS232串口信
号传回本地CDU进行计算，得出未经修改的
QNH值。

计算：
数据传回后会经过相关服务和对象进行进
一步处理计算，最终生成显示界面或是输出需
要的对象，在此过程中使用到的公式如下：
QFE（1）、QNH（2）：
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其中：
p = 测定的气压 [hPa]、hQFE = 气压计和
基准值之间的高度差 [m]
g = 9.81 [m/s2]
R = 287 [J/kg/K]
T = 温度 [K]
HQNH = 站点海拔 [m]
g = 9.81 [m/s2]
R = 287 [J/kg/K]
T = 288.15 [K]
α= -0.0065 [K/m]
由此可见，影响QNH的因素有：
①仪器测得的QFE；②海拔高度；③基准
高度；④温度
日常的工作中出现过很多因温度，高度，
或者是传感器压力端口被堵塞引起测得的QFE
不准等各种原因导致QNH值输出有误的情况，
但还有一种情况却是因行业标准的不统一导致
出现差异的情况，接下来将详细讲述这一问题。

2 QNH值在维萨拉自动气象观测系
统界面的显示和输出的数值差异分析
笔者就遇到过维萨拉自动气象观测系统显
示和向外输出的QNH值在同一时刻相差1百
帕的情况。

当时管制用户界面显示为1030（图
1），观测用户显示为1030.9（图2），日志
保存（图3）和向外输出到其他用户的数据（图
4）显示为1031.00，持续时间为17分钟。

经传感器传回的QFE值经过计算后得出
QNH值，分别在不同的用户显示界面进行显
示，同时进行日志保存和向其他部门以《航标
九》的规范要求输出。

根据最新的《民用航空气象地面观测规范》
第六章第二节第一百三十三条：
在MET REPORT和SPECIAL中，应当报
告修正海平面气压，根据用户需求或协议报告
场面气压。

气压值应当截取为整数，以四位数
字表示；不足四位数时，千位数用
0补齐，并
附带使用单位。

根据该规范，塔台的显示界面因需要报告，
图1　管制用户界面显示
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直接截取整数，即小数点后位数不论有几位直接舍弃。

因此会出现塔台用户显示QNH 值为1030而观测用户显示1030.9。

但是我们在查阅各项规范要求后发现对观测人员的要求中发现2012年颁布的最新《民用航空气象地面观测规范》中：
第一百三十一条：气压的单位为百帕（hPa）,分辨率为0.1百帕，记录精度为一位小数。

而在2011年颁布，现已废止的《民用航空气象第10部分：地面观测记录（已废止）》中：
11.1气压以百帕（hPa）为单位，记录应精确到一位小数，第二位小数舍去。

可见，新版的地面观测规范去掉了第二位小数舍去的要求，因此小数点后第一位小数现在应该实行的是由第二位小数进位得到。

但目前的维萨拉自动气象观测系统却仍然实行舍去的规定。

因为在查阅当时系统保存的log 日志
中我们发现当时记录为1031.00。

而向外输出的QNH 数值是执行《航标九》规定：
数据类型R（实型）是一个可变宽度浮点数，在小数点左边应至少有一位，用“.”作为小数分隔符，小数点右边应至少有两位。

根据规范，输出的气压值要保留量两位小数，而当时输出的QNH 值根据规范为1031.00。

因次可以判断此数值第二位小数必定大于5，才能进位为0。

由此断定维萨拉自动观测系统显示界面中观测用户界面依旧按照作废的规范在实施显示。

但在日志保存时又根据《航标九》要求保留两位小数。

现在的问题可以归纳为：
（1）管制用户的显示界面按照《地面观测规范》取整没有异议；
（2）观测用户界面的显示现在没用统一依据。

因为最新的《民用航空气象地面观测规范》中虽然去掉了“第二位小数舍去”的规定，但并未说明第二位小数的具体取舍办法。

（3）向外输出的数据和保存的日志根据《中华人民共和国民用航空行业标准——民用航空气象第9部分：自动气象观测系统数据采集和记录格式》中对于保留两位小数具体如何保留目前没有任何规范和相关文件予以说明，是小数点后第三位直接舍去还是四舍五入进位到小数点后第二位一直尚未明确。

因此由于这种特殊的情况，和相关规范的不明确导致了同一数据的显示和输出相差了1百帕。

经与维萨拉工程师和相关专业人员分析，判断此情况为气压上升极为缓慢并且无限接近整数的极端条件下产生的。

例如CDU 计算QNH 实际值为1030.99514357（原始值小数点后有8位），管制用户界面根据《地面观测规范》直接取整显示为1030，没有小数。

观测用户界面显示按照已废止《地面观测记录》保留1位小数，小数点后第二位直接舍弃。

保存的日
志和向外输出的数据按照《航标九》会保留2位小数，第3位小数采用四舍五入的方式进位
（但并无相关依据），所以保存为1031.00。

3结语
按照以上介绍，这几个QNH 均为有效值，并且根据空管不安全事件要求，QNH 相差1个百帕不构成不安全事件。

2个百帕的误差即可构成不安全事件，但是在这种极端特殊情况下，小数点后第三位取舍机制，也就是说0.001百帕的取舍问题就直接影响到了1百帕的取值，相关的规范需要尽
早明确，杜绝任何危险的产生。

图2　观测用户界面显示
图3　日志保存
图4　向外输出到其他用户的数据。