引言

由于近地面層的氣象要素存在著空間分布的不均勻性和隨時間變化的脈動性，因此地面氣象觀測記錄必須具有代表性、準(zhǔn)確性、比較性。地面氣象觀測在選擇站址和儀器性能，確定儀器安裝位置時要充分滿足觀測記錄的代表性要求。觀測記錄要真實地反映實際氣象狀況。進行各種數(shù)據(jù)比較工作，從而能分別表示出氣象要素的地區(qū)分布特征和隨時間的變化特點。

目前我國主要有兩類地面標(biāo)準(zhǔn)氣象要素觀測系統(tǒng)，一類是傳統(tǒng)觀測系統(tǒng)。這類系統(tǒng)一般服役時間較長，采用的傳感器精度已經(jīng)達(dá)不到現(xiàn)代化觀測的需要，功能單一，性能和耐用度也較差，數(shù)據(jù)采集后通過無線數(shù)傳和后期處理以及在線顯示上急需更新。國外的系統(tǒng)總體性能*但存在造價高的問題，與國內(nèi)氣象觀測的具體要求有一定的差異。

2 觀測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 目標(biāo)

AZ-M0301地面標(biāo)準(zhǔn)氣象要素觀測系統(tǒng)采用的記錄器和氣象傳感器，可自動采集空氣溫度，空氣濕度，風(fēng)速，風(fēng)向，降雨量，太陽輻射，紫外輻射，氣壓，土壤溫度，土壤水分，水位、水質(zhì)等參數(shù)。對降雨可通過雨滴譜分析雨滴的形態(tài)，分布，降雨強度，總量，能見度等性質(zhì)參數(shù)。使降雨分析得到了質(zhì)的飛躍。

數(shù)據(jù)采集符合國家氣象業(yè)務(wù)規(guī)范，系統(tǒng)采用太陽能供電方式，野外無需額外供電裝置，內(nèi)部蓄電池保證連續(xù)陰天20天的供電能力。記錄器自動采集存儲記錄（每小時存儲一次，可存儲6個月的數(shù)據(jù)）。工作環(huán)境溫度范圍可達(dá)-40～+50 ℃。系統(tǒng)通過GPRS進行無線通信。數(shù)據(jù)匯總到中心服務(wù)器，統(tǒng)一進行處理，存儲和實時顯示。用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)從任何地方進行訪問，以便隨時查看生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)允許用戶設(shè)立各種報警條件，超限的數(shù)據(jù)可通過郵件或短信發(fā)給用戶。數(shù)據(jù)報告可通過郵件發(fā)送給用戶，或定時發(fā)送到其它數(shù)據(jù)分析或?qū)＜蚁到y(tǒng)。

2.2 觀測場選擇

觀測場應(yīng)設(shè)在能較好地反映本區(qū)較大范圍氣象要素特點的地方，避免局部地形的影響;觀測場四周必須空曠平坦，避免設(shè)在陡坡、洼地或臨近有公路、工礦、煙囪、高大建筑物的地方;觀測場應(yīng)設(shè)在多風(fēng)向的上風(fēng)方向，邊緣與四周孤立障礙物距離大于該障礙物高度的3倍以上;距成排障礙物距離應(yīng)大于其高度的10倍以上；距較大的水體的水位線距離應(yīng)大于100 m。觀測場四周10 m范圍內(nèi)不能種植高桿植物。

對于冬季降雨較大的地區(qū)，觀測場面積25m×25m；降雪較小或南方地區(qū)，觀測場面積應(yīng)為15m (東西向) ×25m (南北向)；不會出現(xiàn)降雪的地方，面積應(yīng)為15m ×15m。

觀測場的防雷必須符合《氣象臺（站）防雷技術(shù)規(guī)范》（QX4-2000）的要求。

在滿足儀器安裝要求的前提下，應(yīng)該盡量保持下墊面自然狀態(tài)。

2.3 觀測場布設(shè)

風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器有安裝橫桿，設(shè)有對傳感器控制加溫的電路，電路安裝在特制的接線盒中。傳動軸心線要垂直地面，橫桿指向正南北，風(fēng)向傳感器安裝北邊，風(fēng)速傳感器安裝南邊。

溫、濕度傳感器的橫桿安裝在自動氣象站主風(fēng)桿上，橫桿放置方向與主風(fēng)桿放倒方向垂直，一般是南北方向安放。橫桿上安裝溫、濕度傳感器和防輻射罩。

天氣現(xiàn)象觀測系統(tǒng)可同時作為大氣降水測量儀，即可獨立運行，也可作為傳感器接入常規(guī)氣象站數(shù)據(jù)采集器的數(shù)字通道。傳感器安裝在柱桿支架上，柱桿直徑是48~102mm。柱桿應(yīng)該是導(dǎo)體，與大地電位（地面）相連?？梢杂弥睆叫∈?mm2的纜線與大地相連。柱桿的直徑應(yīng)該大些，而且用焊接的支柱固定在一個混凝土的下墊面上，放置傳感器振動。

天氣現(xiàn)象觀測系統(tǒng)和附近障礙物之間的距離至少應(yīng)該是障礙物高度的4倍。如果不可行，至少與周圍的植物、建筑物等保持一個<>

2.4 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采樣在數(shù)據(jù)采集器中完成，采樣順序為氣溫、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、地溫、輻射、蒸發(fā)。氣溫、濕度、氣壓的采樣速率為每分鐘6次，去掉一個大值和小值，余下的4次采樣值求算平均；1 min平均值為瞬時值。降水、蒸發(fā)量的采樣速率為每分鐘1次。

2.5 觀測指標(biāo)

天氣現(xiàn)象（降水類型）、空氣溫濕度、風(fēng)向、氣壓、總輻射、紫外輻射

風(fēng)速: 采樣速率1秒，有瞬時風(fēng)速，2分風(fēng)速和10分風(fēng)(符合國家氣象監(jiān)測規(guī)范)，整點風(fēng)速 包括整點瞬時，小時極值及極值出現(xiàn)時間

土壤溫度:整點土壤溫度，土壤溫度（小時內(nèi)），土壤溫度出現(xiàn)時間，低土壤溫度（小時內(nèi)），低土壤溫度出現(xiàn)時間

土壤水分:整點土壤濕度，土壤濕度（小時內(nèi)），土壤濕度出現(xiàn)時間，低土壤濕度（小時內(nèi)），低土壤濕度出現(xiàn)時間

降雨:雨滴粒徑范圍，粒子速度，降雨強度，降雨量，能見度，降雨類型

2.6 觀測系統(tǒng)組成

觀測系統(tǒng)由野外測點和數(shù)據(jù)采集單元組成.位于野外的記錄器和傳感器可自動采集空氣溫度，空氣濕度，風(fēng)速，風(fēng)向，降雨量，太陽輻射，紫外輻射，氣壓，土壤溫度，土壤水分等參數(shù)。也可測量水位水質(zhì)等參數(shù).

數(shù)據(jù)接收單元-ENVIdata 服務(wù)器軟件通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)可以同時連接1000臺野外站，接收實時數(shù)據(jù)，接收的數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，并能夠進行各種數(shù)據(jù)顯示。用戶只要能上網(wǎng)，可通過用戶名和密碼登陸進ENVIdata 生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng).

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果顯示

可通過用戶名和密碼登陸進ENVIdata 生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng)。進入系統(tǒng)后用戶可查看實數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，及系統(tǒng)的配置。多站點用戶可在地圖上顯示各站點情況。

用戶也可將數(shù)據(jù)發(fā)到大屏幕上，方便公眾查看城市、旅游景點的生態(tài)環(huán)境狀況。