區(qū)域自動氣象站常見故障判斷與檢修

汪耀佳

摘 要：隨著氣象現(xiàn)代化的推進，崇陽氣象觀測網(wǎng)絡(luò)已全部覆蓋轄區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。區(qū)域自動氣象站數(shù)量越來越多，布點越來越密集，對自動站數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求也越來越高；在區(qū)域自動氣象站業(yè)務(wù)納入氣象業(yè)務(wù)考核后，區(qū)域氣象自動站的保障工作更是面臨著新的挑戰(zhàn)。本文主要介紹崇陽縣氣象局在區(qū)域自動站保障工作中遇到的常見故障，如電池電量低缺報、GPRS信號弱缺報、多次降水過程總降水量偏小等，通過分析這些故障原因，對今后保障人員的維修工作提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：自動氣象站；故障判斷；氣象保障

中圖分類號：P415.1+2 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170826001

引言

伴隨著氣象現(xiàn)代化的大力推進，崇陽自動氣象觀測站網(wǎng)已經(jīng)覆蓋了轄區(qū)內(nèi)的各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。區(qū)域自動站的建設(shè)，對于崇陽縣的精細化預(yù)報能力和防災(zāi)減災(zāi)能力的提高發(fā)揮了重要的作用，區(qū)域自動站觀測數(shù)據(jù)在為相關(guān)決策部門開展防汛抗旱工作提供了重要的依據(jù)[1-3]。然而隨著預(yù)報預(yù)測業(yè)務(wù)精細化程度的越來越高，對于加密自動站數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求也在不斷提升。區(qū)域自動站站點多，分布面廣，數(shù)據(jù)傳輸機制較復(fù)雜[4]，在湖北省區(qū)域自動氣象站納入氣象傳輸業(yè)務(wù)考核后，加密自動氣象站的保障工作面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。本文通過總結(jié)在區(qū)域自動站一線保障工作中遇到的問題和解決辦法，為區(qū)域自動站保障人員的維護工作提供一些參考。

1 區(qū)域自動站的結(jié)構(gòu)

區(qū)域自動站一般為無人職守站點，目前多采用太陽能供電，使用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)[5]。如圖1所示，以采集器為核心，包括供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。采集器將氣溫、風(fēng)向風(fēng)速、雨量、氣壓、濕度等傳感器傳遞的采集信號進行處理后，將數(shù)據(jù)交給通訊系統(tǒng)[6]，由通訊系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至區(qū)域自動站中心站。

2 區(qū)域自動站的日常維護工作

區(qū)域自動站保障工作中，日常維護是關(guān)鍵。因此區(qū)域站保障中需要進行定期巡檢，在汛期前進行一次集中維護，清理站內(nèi)翻斗雨量筒、雜草雜物及周圍的障礙物等，按照規(guī)范要求，保證區(qū)域站周圍障礙物的距離是其高度的3倍以上。同時也要注意太陽能板的干凈整潔，清理太陽能板的灰塵和鳥類糞便等，保證在梅雨期連續(xù)陰雨天供電正常。

3 區(qū)域站常見故障

3.1 電池電量低缺報

區(qū)域自動氣象站的供電來源是太陽能，供電方式是太陽能板產(chǎn)生的電能經(jīng)太陽能控制器給儀器供電，多余的電能存儲在蓄電池內(nèi)，太陽能板產(chǎn)生的電能不能滿足需求時，不足部分電能由蓄電池提供。在實際業(yè)務(wù)中，發(fā)現(xiàn)資料上傳逾限、缺報時，就要考慮是否由于蓄電池電量不足導(dǎo)致的資料傳輸失敗。連續(xù)陰雨天時，經(jīng)常發(fā)生電池電量低停機缺報，這種情況需要給電池補充電量；也有可能太陽能充電器故障、太陽能板損壞。還有一種情況，有陽光時電池電量升高逐漸升高能正常發(fā)報，到夜間電池電量迅速下降甚至停機，這是電池儲電能力減弱，需更換蓄電池。建議以2d陰雨天時，蓄電池電量少于70%作為更換蓄電池依據(jù)較為合理。在工作中，如果發(fā)現(xiàn)某個臺站連續(xù)多日晚上23：00左右到次日07：00左右數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測，那么最可能的故障原因是該站蓄電池發(fā)生故障，容量已嚴重不足，應(yīng)用及時檢查供電系統(tǒng)，更換電池。

3.2 通訊傳輸故障導(dǎo)致的缺報情況

區(qū)域自動氣象站數(shù)據(jù)傳輸使用的GPRS通信模塊，它是基于中國移動GSM網(wǎng)絡(luò)中TDMA信道傳輸數(shù)據(jù)。通訊傳輸故障會導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法上傳或者觀測數(shù)據(jù)上傳不完整。導(dǎo)致通訊傳輸故障的情況一般由以下幾類：SIM卡欠費，這種情況一般出現(xiàn)在月初，由于目前湖北省內(nèi)SIM卡有湖北省局信息與技術(shù)保障中心統(tǒng)一繳費，此種情況從未發(fā)生；SIM卡損壞，判斷方法是將SIM卡插入手機，判讀能否發(fā)送短信，若不能發(fā)送短信，則需報備上級統(tǒng)一更換新卡或自行更換后將更新后號碼上報備案；GPRS信號弱或無GPRS信號；通訊模塊故障。

在實際工作中，常發(fā)現(xiàn)有些站點出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定，及時率低等問題。此類故障出現(xiàn)原因較復(fù)雜。導(dǎo)致該類故障的原因一般是天線或SIM卡接觸不良或GPRS信號不穩(wěn)定。由于現(xiàn)在中國移動網(wǎng)絡(luò)向第3代、第4代移動網(wǎng)絡(luò)升級，十年前布設(shè)GSM網(wǎng)絡(luò)淘汰已成為趨勢，GPRS信號不穩(wěn)定是現(xiàn)在區(qū)域自動氣象站面臨的重要問題。短時間內(nèi)GPRS信號中斷，信號恢復(fù)后會補傳數(shù)據(jù)，僅影響實時天氣的監(jiān)測產(chǎn)生，但不會影響后期的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；長時間GPRS信號中斷時，由于區(qū)域站采集器數(shù)據(jù)會覆蓋，造成氣象數(shù)據(jù)缺報。因此發(fā)現(xiàn)這種情況需要及時聯(lián)系移動公司重啟自動氣象區(qū)域站附近的移動基站，一般重啟移動基站可恢復(fù)區(qū)域自動氣象站數(shù)據(jù)的傳輸。

3.3 多次降水過程總降水量偏小

雨量傳感器內(nèi)灰塵的附著在翻斗上、蟲網(wǎng)纏繞翻斗，轉(zhuǎn)軸銹蝕，漏水口堵塞等這些故障可以通過現(xiàn)場維護和標(biāo)校容易排查；還有一種維護過程中容易忽視的地方，干簧管表面氧化腐蝕較為嚴重（如圖2），接觸電阻增大，翻斗翻轉(zhuǎn)干簧管閉合采集器偶爾會感應(yīng)不到降水信號，導(dǎo)致該站點總是比別的地方降水少，但現(xiàn)場標(biāo)定又是合格。建議在維護時，重點檢查拆下干簧管表面的氧化腐蝕情況，打磨干簧管兩端接觸面，然后在采集器端拔下雨量線，測量干簧管閉合時的接觸電阻大小，阻值小于10Ω為佳，切忌用蜂鳴檔檢測（有的萬用表蜂鳴檔測通斷時阻值小于85Ω時也會響），必要時更換干簧管。

4 遠程數(shù)據(jù)判斷

4.1 氣溫馬鞍形變化

由于區(qū)域自動氣象站建設(shè)場地條件受限，隨著人們生活條件的改善，當(dāng)年沒有房屋的地方建起了高樓，當(dāng)年小樹苗如今綠樹成蔭，觀測環(huán)境遭到破壞，有時陰影投射到觀測場內(nèi)，尤其是在冬季氣溫會呈馬鞍形變化。

4.2 資料應(yīng)用平臺上數(shù)據(jù)比較

同一個區(qū)域，有些氣象要素具有空間一致性，時間上連續(xù)，臨近站點有一定的可比性和可供參考性，如溫度、氣壓、濕度等同一個區(qū)域，同一個時間內(nèi)，差別不應(yīng)該太大，例如某站氣溫15℃左右，周邊相似下墊面環(huán)境的站點溫度大都在20℃上下，由此可見該站點數(shù)據(jù)異常，需要現(xiàn)場排查故障。同一個站點氣象要素（如溫度、濕度、氣壓）具有一定的連續(xù)性，數(shù)據(jù)跳變很可能是觀測儀器出現(xiàn)故障。需要注意也并不是所有的數(shù)據(jù)跳變都是故障，冷空氣過境、強天氣的發(fā)生等都可能引起的溫度跳變。

4.3 雷達產(chǎn)品也可以作為區(qū)域自動氣象站數(shù)據(jù)判定依據(jù)

在降水方面，由于自然降水具有時空分布不均勻、降水面積和強度變化大的特點，使用常規(guī)的質(zhì)量控制方法很難判斷某個站點降水是否異常。而雷達可以實時探測云和降水結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展演變情況，高時空分辨率的雷達定量降水估測可以很好的反映一定區(qū)域的實時降水情況，因此利用雷達開展降水估算的研究，是區(qū)域自動站降水?dāng)?shù)據(jù)判別的最有效途徑。雷達產(chǎn)品中的基本反射率、組合反射率、1h降水、3h降水等產(chǎn)品，在一定程度上都能反應(yīng)某一站點降水情況，也可以通過雷達產(chǎn)品確定降水區(qū)域。

5 結(jié)束語

區(qū)域自動氣象站數(shù)量多、覆蓋范圍廣，由于客觀條件的限制，對區(qū)域自動氣象站的監(jiān)測通常采用網(wǎng)上巡查、電話撥叫等方式，被動的故障檢修。但有些區(qū)域自動氣象站上的傳感器有的已使用十多年，隨著時間的推移很多傳感器發(fā)生零點漂移、接觸點腐蝕、軸承磨損等，數(shù)據(jù)質(zhì)量得不到有效控制，急需對區(qū)域自動氣象站進行標(biāo)校核查?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸方式受限，由于第4代通信技術(shù)大規(guī)模的應(yīng)用，十年前依托第2代移動通信技術(shù)GPRS數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)趨于淘汰，區(qū)域自動氣象站信號差，無信號的站點有增無減，遷站已不是解決信號弱的有效方法，升級區(qū)域自動氣象站傳輸模塊以適應(yīng)新的通信網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)務(wù)之急。采取有效經(jīng)驗和方法不僅能夠提高維護保障的工作效率，而且對于區(qū)域自動站的穩(wěn)定可靠的工作，數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確上傳有著重要的意義。

參考文獻

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