自动气象站的发展

1.3自动气象站的发展

1.3.1国外自动气象站

自二十世纪八十年代以来，芬兰、美国、日本等许多国家的地面气象观测网中就已普遍采用了自动气象站。国外自动气象站中，做得最出色的当属芬兰的Vaisala公司。全世界有70多个国家和20多个地区和组织使用芬兰Vaisala公司的自动气象站进行气象观测。Vaisala公司自动气象站的代表系列是MAWS系列，目前在全球的大多数国家和地区使用的是MAWS201系列，该系列现已发展到了MAWS301, MAWS410系列。与国产自动气象站相比，国外的自动气象站和气象传感器具有如下特点：

(1)气象传感器技术先进。产品的精确性和稳定性优越，气象要素传感器多样化，除基本的六要素传感器外，土壤和水的温度、太阳辐射、土壤湿度、能见度、云等要素的传感器已经有成熟的产品出现。

(2)使用灵活多变。用户可根据不同的需求增减传感器的种类和数量，实际操作简便。

(3)良好的防护措施。国外自动气象站在防雷、防蚀等方面较国内完善，适用于各种复杂环境，而且在装备使用的机动性、操作的便捷性、维修的快捷性等方面都做得较好。

(4)地方性特点较强。尽管国外自动气象站和传感器性能优越，但进口自动气象站都是针对当地的具体情况设计，在中国长期运行时出现了水土不服，其硬件和软件的表现都不尽如人意。

1.3.2国内自动气象站

我国自动气象站建设起步时间落后于发达国家20年左右，于20世纪八十年代才提出要建设自动气象站的构想。1999年7月我国引进芬兰的5套自动气象站投入业务运行，这是我国首次将自动气象站作为正式观测资料使用，它标志着我国地面气象观测进入了一个新的里程。1999年我国开始建设自行生产的第一批自动气象站，并已于2000年1月起正式投入业务运行。随后，我国加快了自动气象站建设速度，2000-2001年用三峡项目资金在四川、重庆、湖南等地建了32个自动站；2002年新建了582个自动站；2003年底，全国气象部门累计有1606个自动气象站(含中尺度站)投入运行。2004年底，全国气象部门累计有3548个

自动气象站(含中尺度站)投人运行。2005年以后进人普及阶段，2005年建成3290个自动气象站，自筹资金建设自动站的比例大大增加，自动站网加密速度更快。自动气象站在我国已运行多年，为气象观测提供了宝贵的气象数据，增加了气象工作者的观测经验，为我国的气象观测事业做出了巨大的成就。但是也发现许多问题，传统自动气象站的结构为集中式，数据采集器必须与具体的传感器匹配，系统开放性不高，各采集器间的兼容性不强，不适用于气象传感器的替换或增加。尽管国产的自动气象站发展迅速，生产和投入运行都在迅猛发展，但由于技术水平较低，很多硬件设备都依靠进口满足，距世界先进水平还有一定的差距。由此可见，要进一步提升我国地面气象观测的自动化水平，需要对自动气象站进行改造和升级换代，而认清自动气象站的重要性、国内外自动气象站的发展现状及前景，是我们对自动气象站改革的基础。

随着自动气象站应用的普及，国产的自动气象站也如雨后春笋般的涌现。如北京华创升达高科技发展中心和天津气象仪器厂的CAWS系列、长春气象仪器厂的DYYZ II系列、江苏无线电研究所的ZQZ_C II系列、广东省气象技术装备中心的ZDZ 1I型和北京阿斯曼科技发展公司的ASM , XYZ系列。其中CAWS600, XYZ06, ZQZ_CII以及DYYZ II得到了广泛的推广和应用。

但是迅速发展的同时，也存在着相应的问题。国产自动气象站受技术水平和生产工艺的限制，所采用的气象传感器主要依赖进口，而且观测项目多限于传统的温度、气压、湿度、风速、风向和降水量等6要素，云、能见度、降水现象等气象要素尚未纳人自动气象站的观测项目。此外，国产自动气象站所采用的数据采集器大多与相应的自动气象站配套使用，当需扩展自动气象站观测功能，增加新的气象要素传感器时，不能直接进行升级。

1.4自动气象站的发展方向与趋势

目前国内的自动气象站基本能满足气象业务的需要和环境的要求，但也存在着较大不足和缺陷。因此，我们必须认清自动气象站的发展趋势，通过不断的努力，缩小技术上的差距，满足不断提高的气象观测需求，为提高我国气象观测事业的整体水平做出贡献。

(1)结构由集中式向分布式发展。自动气象站应最大程度地保证自动运行以减少维护费用和人力资源，因此其结构设计要充分注意模块化和扩展性。若有额

外的传感器需要加人，只需要将新的传感器插人自动气象站而不需要改变已经存在的硬件结构。并且任何硬件模块都应是可升级的，以适应仪器将来的扩展。目前，我国所使用的自动气象站都属于集中式，结构封闭；国内各厂家生产的传感器独立性不强，互换性差；为了保证集中式自动气象站观测数据的准确性，每次维修或更换传感器都要重新校准标定，且必须整机进行，使得校标过程过于复杂。对于这些弊端，基于总线制分布式或网络型结构的自动气象站可以很好地解决，成为自动气象站发展的趋势之一。

(2)传感器技术的不断进步以及气象要素传感器种类不断增多。目前由于国产传感器在精确度、稳定性、可靠性等方面与进口传感器有一定差距，因此国内自动气象站有部分传感器需要进口，所以国内厂家应吸收国外先进经验，改进生产工艺，突破关键技术，生产符合自动气象站观测要求的气象传感器，提高气象传感器的国产化水平。另外，由于社会需求的不断增加，要求观测项目与之同步增加，这需要更多的气象要素传感器应用到自动气象站中，例如：测云传感器、能见度传感器、天气现象传感器等等。

(3)采集器技术的变革。数据采集器主要完成多个被测参数的输入、数字化处理、数据的采集存储、数据交换、常规故障诊断等功能，直接关系到数据的传输和处理，是自动气象站数据采集部分的核心。目前的数据采集器大多都是与相应的自动气象站配套使用，不同传感器的数量、型号对应不同的传感器接口，当需要扩充自动气象站观测功能，增加新的气象要素传感器时，不能直接进行升级，必须对其进行更换，从而造成重复建设和资源浪费。因此，应当使数据采集器能实现要素传感器的随意增减和热插拔，从而能根据用户的不同需求灵活增减要素传感器。改进和完善数据采集器，对于提高自动气象站的扩展性和通用性具有重要意义，同时也是国际上自动气象站在扩展观测要素、提高系统开放性方面的趋势之一。

(4)行业的规范化。未来的自动气象站应有更强大的兼容性，所以需要制定相应的行业规范。其中应该包括自动气象站的分布规范、采集器设计规范、数据格式与传输规范以及观测方法的规范等等。这些规范可以帮助企业和研究机构有针对性的开展研究和工艺控制，更好地促进自动气象站技术发展。