自动气象站采集器通道及合成误差分析

数据采集器通道误差是自动气象站观测系统误差来源的重要组成部分,直接影响自动站各要素观测数据的准确性,其与温、湿、压、风等各气象要素传感器误差的合成构成了自动气象站误差。在稳定的实验室环境条件下,利用高精度测量仪表,通过对多台CAWS600型采集器进行精确测量,得到自动站采集器各气象要素通道误差的校准数据。对温、湿、压、风等要素的自动测量系统(传感器和采集器)误差分析结果表明,自动站误差等于传感器误差与采集器通道误差之和。此外,采集器各主要通道的误差存在一定的分布规律:有10台采集器气温通道误差≤0.1℃,主要分布在-0.1~0.1℃,所占比例为77%;有3台采集器通道误差0.15℃而≤0.20℃,所占比例为23%。在600-1090 h Pa量程内,气压通道误差主要分布在-0.10~0.10 h Pa;风向、湿度通道误差较小,误差值相近,方向较一致,风向通道误差≤1°,湿度通道误差≤1%。     

PTB220气压传感器模拟量调整方法

通过对PTB220气压传感器工作原理的分析与研究,利用超级终端技术、Keithley 2000数字多用表、线性方程,实现了超差气压传感器模拟量的调整,并解决了数字量调整影响模拟量输出的问题。从而避免了自动站采集器通道误差影响校准精度,保证自动站气压观测数据的准确性,进一步完善了超差气压传感器调整方法。     

基于Keithley2000表的自动站气压传感器批量校准系统

系统开发了Keithley2000表与计算机的串口通信技术,实现了气压传感器模拟量的批量校准,解决了以前依靠自动站采集器校准气压传感器精度不高、数据不能溯源的问题,从而避免了自动站采集器通道误差影响校准精度,保证了自动站气压观测数据的准确性。     

风能自动观测系统传感器快速检测方法

对用于风能资源观测的CAWS1000型梯度自动观测系统的组成与配置进行了介绍;通过对该设备的两种检测方法进行比较,找出一种方便快捷的检测方法;详细阐述了利用分采集器对与其相连的各气象要素传感器进行检测的方法。     

自动气象站SL3 1型雨量传感器特殊故障修复处理

自动气象站雨量传感器的最大允许误差为每10 mm降雨误差±0.4 mm,运行中常见故障为雨量记录超误差,即采集器记录或计算机生成的雨量比实际值偏多或偏少.通过近几年的使用维护,积累了一些经验.例如,在确定是传感器原因时通过调整基点,即改变传感器计量翻斗的偏转角度,通常情况下可将误差控制在允许范围内.介绍的SL3-1型雨量传感器两例特殊故障的处理,是指在调整计量翻斗误差调整螺钉无效果的情况下,对传感器有规则多计数和无规则多计数超误差故障的修复处理.     

湿球温度循环迭代算法及其应用

许多大型能源项目的前期可行性论证工作都必须计算干湿球温度的设计参数,但从2001年开始,按照中国气象局的要求,安徽省各台站陆续将干湿球温度表更换为湿敏电容传感器,至2007年,所有台站的自动观测设备安装完毕.新的自动观测仪器对湿球温度不再进行观测.为了解决缺少资料的问题,设计了一种计算湿球温度的循环迭代算法,并把结果数据与查表计算的结果相比较,误差小于0.1℃的占92.52%,小于0.2℃的占99.49%,结果可靠,与传统查表方法相比,具有方便快捷的特点,适合作为补充历史湿球温度序列的方法,满足了气候应用服务的需要,可以在电站设计标准计算上得到广泛的应用,也可以作为地面历史资料审核程序的有益补充.     

冬小麦蒸腾速率在不同土壤水分条件下的修正

为找到不同土壤含水量对蒸腾速率的影响程度,通过对L1-6200便携式作物生理测定仪在不同土壤水分处理下的蒸腾速率观测值与气象条件计算得出的理论值进行比较,确定不同土壤水分条件下的蒸腾速率修正系数.分析发现:①在不同的土壤含水量下,未考虑修正系数的情况时,土壤含水量越小,理论计算误差越大;土壤含水量越大,理论计算误差越小.②土壤含水量小时蒸腾速率计算值的修正系数大,而土壤含水量偏大时修正系数小.③考虑修正系数后,计算误差显著减小,除了土壤含水量为14.89％稍有偏差外,其它土壤含水量状态下的理论计算值非常接近实际观测值.同时验证了不同土壤水分下的修正系数足显著的.     

用变分法修正边界层资料的数值试验

文中用变分方法修正边界层资料及模误差 ,目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法计算 ,对利用小扰动求取梯度的方法进行了理论推导和试验分析。利用模式资料所作的数值试验表明 ,该方法能有效地修正模式自身误差 ,使模式能精确描述边界层物理过程 ,从而使调整后的初始场最好地拟合“观测资料”     

微波辐射计亮温观测质量控制研究

针对武汉MP-3000A型微波辐射计,将无线电探空资料代入辐射传输模式(MWCLD),计算出该辐射计各通道的亮温,再与实际观测的亮温值进行对比,通过个例分析该辐射计观测值与计算值的一致性并判断各通道观测值的合理性.分析结果表明:模式计算值与观测值之间有很好的一致性,并且经过偏差订正或线性订正后的数据,可用于检查辐射计在各个通道的运行状态,从而建立有效的针对地基微波辐射计资料的质量控制方案.     

自动气象站数据采集器温度通道校准修正方法与不确定度评定

自动气象站数据采集器温度通道的采集处理性能直接影响温度测量数据准确性,利用最小二乘支持向量机(LSSVM:Least Squares Support Vector Machine)算法对一款区域站数据采集器温度通道校准数据系统误差进行拟合建模。基于该模型对校准结果进行修正,并对校准修正后温度通道的测量结果进行不确定度评估。经校准修正后,数据采集器温度通道测量误差均小于0.05℃,测量结果的不确定度为0.06℃,远小于修正前测量误差与不确定度,修正效果显著。该方法同样适用于其他型号的数据采集器,为自动站观测数据质量控制提供有效参考。     

具有防雷功能的风信号传送器

雷击是自动气象站采集器被损坏的主要原因之一,特别是经风杆引入雷电损坏采集器的情况极为常见。解决此问题最好的办法是在保证数据接收准确的情况下,从物理连接(包括信号线和电源线)上将风传感器和采集器断开。设计了一款具有防雷功能的气象站风信号光纤传送器,解决了风杆引雷损坏采集器的问题。传送器采用EDA技术设计电路将风信号从传感器经过光纤传送至采集器,并使用防雷电源单独为传感器供电。经测试该传送器在保护了采集器免遭雷击的同时,又保证了数据的准确性,具有很好推广应用价值。     

新型自动气象站故障智能诊断系统设计

为提高台站人员对新型自动气象站的运行保障能力,基于2017—2020年江西省93个台站新型自动站设备的省级维修保障档案,将新型自动站仪器系统故障设备进行归纳分类,分析了故障诊断的逻辑方法,厘清故障现象与故障设备的关联性,归纳"现象—故障件—处理方法"的映射关系,在此基础上设计新型自动站故障智能诊断系统.系统包括硬件模块和短距离无线通讯模块,硬件模块实时检测自动站采集器的运行状态参数;无线通讯模块实现硬件与软件之间的短距离远程通讯.软件程序安装在值班机房,实现远程控制、故障状态显示、智能诊断、记录存档等功能.     

自动气象观测站远距离数据采集方法

应用以太网技术实现自动气象观测站采集器与上位计算机的数据通信,解决超远距离数据采集,对调整站网布局、特殊环境下自动气象观测站的布设提供了一种解决方法。     

天气雷达与地面自动站降水观测一致性校验分析

将地面观测的降水划分为10～25、25～50、50～100mm/h3个量级区间,利用2010年5-10月天气雷达组网小时降水量产品和综合气象观测系统运行监控平台(ASOM)中国家级台站自动气象站小时降水量资料,采用3倍标准差法,按上述3个等级逐月分别确立了两类设备降水观测差值的阈值参数,进而建立了天气雷达与地面自动气象站降水观测结果的一致性实时校验技术.采用该技术进一步对2011年5-10月国家级台站自动气象站观测的降水结果进行了检验,结果表明:自动站降水数据正确率可达85％以上,可以有效进行自动站观测降水实时检验.     

自记与自动观测降雨量的差异及相关分析

利用2004—2007年同时使用雨量计（自记）与雨量传感器（自动）观测的54站其中1年的平行观测日降雨量资料,通过对比差值、相关系数分析两者的差异及相关性。结果表明：双翻斗式遥测雨量计自记观测比双翻斗雨量传感器自动观测的日降雨量平均偏小0.12 mm,标准差为0.93 mm。虹吸式雨量计自记观测比双翻斗雨量传感器自动观测的日降雨量平均偏小0.39 mm,标准差为1.5 mm。自动观测降雨量对雨日有一定的影响,两者存在一定的系统偏差。双翻斗式遥测雨量计、虹吸式雨量计与双翻斗雨量传感器观测日降雨量的相关系数分别为0.996和0.994,虹吸式雨量计、双翻斗式遥测雨量计自记观测与人工观测降雨量的相关系数分别为0.98和0.95。     

基于虚拟仪器技术的自动气象站数据采集与处理系统

在XYZ06型地面遥测气象仪的基础上,基于虚拟仪器技术研制了一套气象要素自动采集与处理系统,替代了该气象仪的数据采集器和数据预处理器的功能,可进行温度、湿度的采集、处理、显示、保存和发送.插入该气象仪终端计算机的数据采集卡ACL-8216能与气象仪的观测业务软件通讯,通讯命令字及其意义可实时显示于屏幕上.该虚拟气象数据采集器可方便地应用于自动气象站的教学实践,并可大大降低实验的设备费用.     

双套自动气象站数据评估及其优势探讨

象站双套运行的结果和优缺点进行了深入分析和探讨。从缺测率上分析了双套站数据的完整性,认为双套站可以明显降低数据的缺测率,具有保证数据完整性的优点。从差值的统计数字特征以及一致率、超差率和粗差率等指标上分析了两套数据的差异性,表明双套站大部分要素 (如气温、气压、相对湿度等) 具有差值小、差值变化幅度小、数据之间有较高的一致率、较低的粗差率和超差率等特点,但个别要素 (草面温度和5 cm地温) 差异略大。运行中通过对两套数据的差值、差值的滑动平均值、差值日变化特征的监控可以及时发现数据异常、探测仪器的系统性误差等情况,从而说明双套站具有保证数据质量的潜在优势,且从一定程度解决了目前自动气象站单套运行的不足之处。     

冬奥会复杂山地百米尺度10m风速预报的机器学习订正对比试验

本文以传统机器学习算法XGBoost和深度学习算法CU-Net为基础,针对北京快速更新无缝隙融合与集成预报系统（RISE系统）预报的北京冬奥会延庆及张家口赛区100米分辨率的冬季近地面10 m风速数据,进行每日逐小时起报的未来逐6小时间隔的冬奥高山站点及其周边地区风速预报偏差订正方法研究和对比分析。对于站点订正,首先将RISE系统预测的10 m风速插值到对应的自动气象站站点,然后根据风速等级表归类,针对每个分类单独构建XGBoost模型,每个区间模型合并后形成L-XGBoost,使用均方根误差和预报准确率作为评分标准,结果表明风速归类的L-XGBoost算法订正效果比不归类的原始XGBoost模型有一定提升,说明在传统机器学习中加入归类方法有助于改善复杂山地站点风速预报技巧。对于站点及其周边地区风速订正,本文在CUNet模型基础上,通过引入不同深度的CU-Net子网络,构建了新的算法模型CU-Net++,并考虑了预报日变化误差和复杂地形对10 m风速的影响,以自动气象站为中心构建空间小区域样本数据,对RISE系统风速预报偏差进行订正。试验结果表明,CU-Net和CU-Net++均可以充...     

自动气象站常规传感器现场检测系统设计

设计了一种适合自动气象站常规传感器现场检测的系统,主要介绍了传感器信号采集电路和基于测试数据分析的传感器故障判断方法。在温度、湿度和气压传感器的测试中引入经实验室检定的传感器作为标准器,与待测传感器在同环境下同步测试,经统计学分析实现待测传感器的4种工作状态自动分类;分析风向传感器输出格雷码的码位关系,设计9个不同于计量检定规程的特定测试方位,实现对全部输出码位的检测;在风速和雨量传感器的现场检测中模拟实验室检定流程,达到准实验室检定效果。该成果已应用于广东省气象装备一线保障中,性能稳定,满足保障业务需求。