夜間農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中新型自動(dòng)氣象站的應(yīng)用研究

馬麗

摘 要：氣象觀測(cè)是獲取氣象信息，掌握災(zāi)害性天氣發(fā)生情況的重要手段，對(duì)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮著不可替代的作用。然而受我國(guó)地勢(shì)條件和多變氣候的影響，常規(guī)氣象站站點(diǎn)建設(shè)較為困難，分布稀松，每天只能開(kāi)展幾次定點(diǎn)觀測(cè)記錄，在遇到暴雨等中高尺度的天氣或夜間時(shí)，觀測(cè)系統(tǒng)難以正常運(yùn)行。對(duì)此，本文就新型自動(dòng)氣象站的應(yīng)用展開(kāi)論述，分析其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及注意事項(xiàng)，從而提高氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的地位。

關(guān)鍵詞：夜間農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè);自動(dòng)氣象站;應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：S163+7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190730061

引言

近年來(lái)，我國(guó)逐漸推出了新型自動(dòng)氣象站的運(yùn)行理念，能夠通過(guò)自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備獲取各類(lèi)高時(shí)間分辨率的氣象數(shù)據(jù)，極大地彌補(bǔ)了常規(guī)氣象站無(wú)法準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣象數(shù)據(jù)的不足，具有采集精度高、數(shù)據(jù)量小、可靠性高、性能好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，還能對(duì)持續(xù)惡劣性天氣進(jìn)行良好監(jiān)測(cè)，不僅有利于部門(mén)決策，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)預(yù)警也有重要意義。

1 夜間農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)的注意事項(xiàng)

1.1 雨凇與結(jié)冰

地勢(shì)條件的不同，氣候差異較大。北方地區(qū)最常見(jiàn)的便是出現(xiàn)雨凇和結(jié)冰，兩者外形相似，在夜間氣象觀測(cè)中難以準(zhǔn)確鑒別。一般情況下，雨凇都是以毛玻璃、透明、光滑的形態(tài)出現(xiàn)，這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)強(qiáng)烈的過(guò)冷卻降水后與地面的實(shí)物發(fā)生碰撞生成。結(jié)冰則是因?yàn)楫?dāng)?shù)匾归g溫度過(guò)低（<0℃）后露天水面發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象。

1.2 霜、露、積雪

霜、露、積雪這3類(lèi)氣象要素對(duì)于夜間氣象觀測(cè)來(lái)說(shuō)具有較大的阻礙，氣象人員需要格外注意。其中積雪是指雪落在地面后的覆蓋厚度高出觀測(cè)臺(tái)站所能感應(yīng)的厚度，由此可以得到：積雪形成的條件需要以過(guò)量的降雪量為前提。此外，除了降雪，夜間也容易出現(xiàn)霜和雪。

除了上述氣象要素之外，還要注意霧凇、霜等能否共存。霧是指半徑微小的小水滴在空中大量懸浮形成。以往多由人工對(duì)霧進(jìn)行觀測(cè)，能見(jiàn)度最高為幾百米，自動(dòng)氣象觀測(cè)站則能保持在1000m以上。霧凇是因水汽凝華或霧滴凍結(jié)而生產(chǎn)的冰晶，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)松散、顆粒狀。

2 我國(guó)自動(dòng)氣象觀測(cè)站的發(fā)展

地面氣象觀測(cè)中對(duì)農(nóng)業(yè)的氣象預(yù)測(cè)服務(wù)占據(jù)著重要位置，同時(shí)夜間對(duì)云、能見(jiàn)度和天氣現(xiàn)象的觀測(cè)也是較為困難的。運(yùn)用自動(dòng)氣象觀測(cè)站，可以把風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、降水量等氣象要素以光磁轉(zhuǎn)換的方式把這些要素信息變?yōu)殡娦盘?hào)，然后由電信號(hào)轉(zhuǎn)換處理變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，以存儲(chǔ)器為載體記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)通信電路完成數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。自動(dòng)氣象觀測(cè)站綜合運(yùn)用了信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新型科技，形成了一套完整、高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)體系，所制作的衛(wèi)星云圖在農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)中也應(yīng)用得較為廣泛，特別是戰(zhàn)略部署、增產(chǎn)增收等方面，對(duì)實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收具有重要意義。

我國(guó)當(dāng)前使用比較廣泛、且效果較好的自動(dòng)氣象觀測(cè)站是GPRS無(wú)線傳輸。對(duì)氣象服務(wù)有需求的用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)短信、互聯(lián)網(wǎng)等移動(dòng)終端接收氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以登錄氣象預(yù)報(bào)平臺(tái)查看和設(shè)置數(shù)據(jù)，基本滿(mǎn)足了農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)的要求。但與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的自動(dòng)氣象觀測(cè)站建設(shè)仍然存在問(wèn)題，如站點(diǎn)過(guò)少、網(wǎng)格化管理力度不強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸效率不高等。另外則是不能對(duì)雨凇、陣雨、雨夾雪、結(jié)冰等氣象信息展開(kāi)精確的自動(dòng)化觀測(cè)，特別是對(duì)地理?xiàng)l件差、氣候變化較快的山丘地區(qū)來(lái)說(shuō)，自動(dòng)氣象站要發(fā)揮能效，對(duì)夜間進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，氣象部門(mén)必須充分認(rèn)識(shí)到提高觀測(cè)業(yè)務(wù)的重要性，不斷提高觀測(cè)能力，落實(shí)觀測(cè)工作，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供便捷。

2.1 防災(zāi)減災(zāi)

新型自動(dòng)氣象觀測(cè)站能夠幫助觀測(cè)人員快速獲得當(dāng)?shù)氐臍庀笮畔?，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以讓中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)準(zhǔn)確計(jì)算出未來(lái)一段時(shí)間的氣候變化，結(jié)合衛(wèi)星云圖，讓技術(shù)人員實(shí)時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)，例如人工增雨、人工防雹等，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目標(biāo)。自動(dòng)氣象站還能采集主要天氣指標(biāo)，比如在部分極易出現(xiàn)干旱天氣的地區(qū)，如果不及時(shí)采取防控措施，可能會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品的持續(xù)減收。在防治洪澇工作中，某一地區(qū)降雨量的持續(xù)增多，將給地方部門(mén)帶來(lái)沉重壓力，也會(huì)帶來(lái)較大損害，基于自動(dòng)氣象站的信息采集，能夠改變這個(gè)地區(qū)的天氣條件，有效緩解壓力。

2.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們獲取田間信息的方式受到極大的限制，多通過(guò)人工觀測(cè)獲取，這就需要消耗大量的人力、物力和財(cái)力。隨著自動(dòng)化氣象觀測(cè)技術(shù)的普及和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，智能感知芯片、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等先進(jìn)的現(xiàn)代氣象觀測(cè)技術(shù)能夠?qū)ψ魑锕喔?、土壤營(yíng)養(yǎng)、自然環(huán)境等狀況展開(kāi)大面積監(jiān)測(cè)，收集溫濕度、風(fēng)力、大氣、土壤濕度、氮鉀磷含量、pH值等數(shù)據(jù)。自動(dòng)氣象觀測(cè)站中的傳感技術(shù)可以為智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)，幫助種植人員準(zhǔn)確獲取作物信息，實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測(cè)、合理種植，達(dá)到抗災(zāi)、減災(zāi)，提高農(nóng)業(yè)綜合效益，促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的目的。自動(dòng)氣象觀測(cè)站可以提供豐富的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息，例如作物最佳種植期、灌水期等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)觀測(cè)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出此區(qū)域的氣候變化特征，根據(jù)特征加以科學(xué)劃分，探索一條適合本地培育的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，幫助農(nóng)民增產(chǎn)增收。

3 自動(dòng)氣象觀測(cè)在夜間農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)中的應(yīng)用? 據(jù)統(tǒng)計(jì)，近2a農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)的調(diào)整力度巨大，涉及的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)傳輸、資料分析、氣象預(yù)報(bào)等環(huán)節(jié)，減少了人工操作和誤差，增加了能見(jiàn)度自動(dòng)觀測(cè)資料，優(yōu)化了觀測(cè)項(xiàng)目、觀測(cè)時(shí)次、危報(bào)業(yè)務(wù)、氣象預(yù)報(bào)等流程。我國(guó)氣象觀測(cè)的項(xiàng)目種類(lèi)繁多，操作也較為復(fù)雜，如云的狀態(tài)、能見(jiàn)度、溫濕度、風(fēng)速、光照強(qiáng)度、凍土、地面濕度等。在推廣自動(dòng)化氣象觀測(cè)站之前，僅僅是云的觀測(cè)，就要綜合總量、低云量、編報(bào)量、形狀等內(nèi)容。而現(xiàn)在不再需要觀測(cè)云的性狀，并且取消了編報(bào)量工作。以前在觀測(cè)雪的氣象要素時(shí)，還要把其分為米雪和冰粒，現(xiàn)在只需要記錄下雪便可。大多數(shù)氣象觀測(cè)項(xiàng)目都已朝著智能化的方向發(fā)展，例如溫濕度、氣壓等。減少了觀測(cè)人員的工作負(fù)擔(dān)，不再需要在每天的夜里進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)。

3.1 雨量傳感器

農(nóng)業(yè)夜間氣象觀測(cè)主要是對(duì)生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，通過(guò)收集各類(lèi)氣象要素信息掌握田間作物的生長(zhǎng)狀況，幫助農(nóng)戶(hù)快速反應(yīng)，及時(shí)采取防范措施。自動(dòng)化氣象觀測(cè)站一般由傳感器、采集器、控制設(shè)備、支架、傳輸設(shè)備等系統(tǒng)組成。其中，傳感器具有實(shí)時(shí)感應(yīng)環(huán)境溫濕度、風(fēng)向、壓力、土壤pH、鹽分、降雨量等作用，可以根據(jù)田間需求進(jìn)行選配。雨量傳感器是自動(dòng)化氣象觀測(cè)站的一個(gè)重要體現(xiàn)，適用于多項(xiàng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，用于遙感感應(yīng)液體降水量、降水強(qiáng)度和起止時(shí)間。需要注意的是：傳感器線長(zhǎng)會(huì)影響產(chǎn)品輸出信號(hào)，使用時(shí)不要隨意改動(dòng)產(chǎn)品出廠時(shí)已焊接好的元器件或?qū)Ь€;傳感器應(yīng)定期檢查，清除塵土、泥砂、樹(shù)葉、昆蟲(chóng)，以免堵塞上筒（漏斗）水流通道，圓柱形過(guò)濾綱可卸下用清水沖洗;翻斗內(nèi)壁有臟物，可用水或酒精或洗滌劑水溶液沖洗，嚴(yán)禁用手指或其它物體擦拭，以免沾上油污或擦傷翻斗內(nèi)壁;冬季結(jié)冰期間，儀器應(yīng)停止使用，可將其取回室內(nèi)。

3.2 風(fēng)向傳感器

風(fēng)向傳感器，是一種以風(fēng)向箭頭的轉(zhuǎn)動(dòng)探測(cè)、感受外界的風(fēng)向信息，并將其傳遞給同軸碼盤(pán)，同時(shí)輸出對(duì)應(yīng)風(fēng)向相關(guān)數(shù)值的物理裝置。風(fēng)向傳感器可測(cè)量室外環(huán)境中的近地風(fēng)向，按工作原理可分為光電式、電壓式和羅盤(pán)式等，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。系統(tǒng)采用低功耗環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)和數(shù)字處理技術(shù)，檢測(cè)精度高，量程寬，穩(wěn)定性好，數(shù)據(jù)信息顯示線性度高，信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，抗外界干擾能力強(qiáng)，能夠朱期內(nèi)定位。

在使用新型自動(dòng)化氣象觀測(cè)站時(shí)也容易遇到各種問(wèn)題，如果不及時(shí)處理可能會(huì)給氣象觀測(cè)工作帶來(lái)諸多不便。自動(dòng)氣象觀測(cè)站的故障主要有通訊故障、傳感器故障等。通訊故障是影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，多數(shù)是因?yàn)槔讚羰鹿驶蛴?jì)算機(jī)損害，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)信息顯示空白。應(yīng)對(duì)雷擊損害可以立即去掉終端隔離器，恢復(fù)數(shù)據(jù)對(duì)接，如果更換隔離器仍未處理好故障，就要重新設(shè)置端口參數(shù)。傳感器是自動(dòng)氣象觀測(cè)站的重要部位，需要重點(diǎn)控制和管理。在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，要排除是否為人為故障，如果是人為故障則要作缺測(cè)處理，重新安排觀測(cè)。如果是系統(tǒng)故障，則要考慮更換設(shè)備。

4 結(jié)論

為了讓農(nóng)戶(hù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)獲得氣象信息，就要立足可靠的氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)體系建設(shè)，豐富預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品，完善數(shù)據(jù)觀測(cè)、分析和評(píng)價(jià)系統(tǒng)，對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境、病蟲(chóng)害影響范圍等進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)測(cè)，擴(kuò)大服務(wù)范圍。建立綜合的預(yù)警平臺(tái)，形成部門(mén)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，由政府部門(mén)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，細(xì)化觀測(cè)細(xì)則，建立完善的溝通機(jī)制，建立高效的響應(yīng)系統(tǒng)。依托氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)暢通氣象預(yù)報(bào)渠道，提高氣象信息服務(wù)的覆蓋面，讓更多的人都能獲得需要的氣象信息服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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