区域自动气象站标校体系建设的探讨

张建敏

(浙江省大气探测技术保障中心,浙江杭州 310017)

1 浙江省区域站的一般情况

浙江省自 2000年起已经建立了近 2000个区域自动气象站 (以下简称区域站),进一步完善了地面气象观测网。区域站为局部区域的气象预报服务和灾害监测提供了大量气象观测资料,使有效捕捉中小尺度天气系统有了可能。

这些区域站,观测要素基本在 3个 (雨量、温度、风)以上,区域站要素情况见图 1。

图 1 区域站要素情况表 (数据统计至 2008年)

区域站作为地面观测网的重要组成部分,要求其提供高质量的观测资料,具备“可靠性、代表性、比较性”的气象观测要求。当区域站承担捕捉中小尺度天气系统的任务时,其观测质量可能比常规气象站的要求更高。但这些区域站与常规站相比,却存在诸多不足,主要表现在以下方面。

1.1 建站时间越长,观测仪器设备的准确性必然受到影响,观测资料的可靠性降低。各年份建立的自动站数量如表 1。

1.2 生产厂家多,型号不一,仪器性能有差别。截至 2011年 1月底,浙江省所建区域站的型号和数量 (以生产厂家为准)见表 2。

1.3 区域站站址不佳。某些区域站建设在公园、校区、屋顶、山腰、小区等,其周边环境、仪器安装等难以达到相关标准或技术规范要求,对观测资料的代表性和比较性产生负面影响。

1.4 区域站数量多,站点分布散,维护保障困难,不利保持良好的工作状态。

2 开展标校工作的必要性

区域站作为在野外观测的气象仪器,必然受到恶劣环境的影响而降低测量性能。当区域站的观测仪器不能准确测量气象要素变量时,区域站的气象观测就毫无意义。为确保区域站观测到的气象资料的准确性和可靠性,需对其进行定期的维护保养和计量标校。计量标校是对观测仪器的测量性能的最有效确认,也是促进装备保障质量的有效途径,全面开展区域站的标校工作已迫在眉睫。

3 开展标校工作的前提条件

3.1 确保区域站的标准化和规范化。区域站作为标校对象时,要求具有统一的技术指标要求和使用方法,为确认区域站的计量性能是否合格作出判定依据。从已建立的区域站来看,大部分区域站符合我国的自动气象站观测规范要求,而部分 (如美国 DAV IS产的区域站)则需要进行论证,确定是否符合相应标准;区域站作为气象观测仪器时,要求具有统一的技术规范要求,以确保气象资料的代表性和比较性;当区域站安装不标准或选取的安装地址不能代表一定范围的气象要素时,区域站就难以纳入观测体系,标校的意义不大。

表 1 建站年份数量表

表 2 区域站 /生产厂家数量表

3.2 建立相应的计量标准和标校方法。仅当确认了区域站的技术性能指标要求后,才可建立相应的标校用计量标准。仅当确认规范化的标校方法后,才可进行计量标校。目前,我国气象部门实施的规范为《自动气象站现场校准方法》,在一定程度上适合区域站的标准要求。但由于区域站数量多,现场校准很难开展。我国自动气象站的室内检定方法尚未完全建立,可考虑地方自行编写省级区域站检定规程,但这需要建立课题,进行研究。

3.3 建立计量标校机构和确定经费支持。区域站作为新建业务项目极大扩充了地面气象观测网,而且区域站的数量远大于常规业务的地面气象观测站,现有的技术保障能力难以适应业务发展要求。迫切需要制定相应的技术保障体系,新增技术保障队伍,建立计量标校机构,测算经费需求,将区域站的技术保障工作纳入正常业务,全面实现气象综合观测业务现代化。

4 标校体系的建立

计量标校工作是技术保障体系的重要组成部分。计量标校是以测量仪器 (区域站的观测仪器)为对象的,其目的是确认观测仪器是否合格(是否符合标准)。合格的观测仪器在没有有效的维护保障制度下运行,就难以确保其合格的正常运行状态,难以确保区域站有完整的使用周期;对不合格的观测仪器需要有相应的维修供给保障制度,确保区域站完整有效。因此,标校工作的开展要求在完整的技术保障体系下运行,计量标校体系的建立过程可按图 2进行。在具备完整的技术保障体系下,标校工作一般有 4种方法：

图 2 标校体系建立过程

(1)比对观测。使用便携式高性能的气象观测设备作为标准,与被标校区域站置于同一观测点,通过一段时间的对比观测后,将标准与区域站的观测资料进行分析,确认区域站是否合格。其优点是方法简单,不影响区域站的正常工作。但可操作性不强,且对比观测时间难以确认,合格与否不易判定。

(2)核查比对。将区域站移到室内与标准进行比对,或将传感器与标准进行比对,按一定的核查方法,确定区域站是否合格。该方法简便,操作性强,但不确定度较大。

(3)现场校准。按照中国气象局监网司发布的《自动气象站现场校准方法》进行现场校准。由于区域站数量太多,场地复杂,现场校准可操作性不强。

(4)室内检定。编制区域站检定规程,在室内检定区域站的仪器。室内检定具有科学的检测方法和标准的检测设备,是确认仪器合格与否的最有效途径。但开展室内检定的标准设备昂贵,检测方法复杂,还需要有完善的组织体系和质量管理体系。

从计量角度出发,将核查比对与室内检定结合起来比较科学。室内检定合格的观测设备,需要核查比对来检查使用过程中观测设备的性能变化情况,确认设备处于正常的工作状态。当核查比对中发现观测设备性能有疑问时,可由室内检定确认观测设备是否合格。

核查比对的计量标准可参照现场校准或室内检定的标准配置。标校设备如表 3所示.

表 3 核查比对标校设备

在现有的技术装备保障方案中,一般采用省市县 3级保障机制,其优点是充分利用了省市县的人力资源,使保障工作及时有效。考虑到标校工作既需要标校用计量标准,又需要合格的标校人员,显然省市县都具备是不现实的,宜采用省市 2级标校。

因此,综合考虑工作量大小、标校方法,可确定标校机构建设方案：

(1)省级气象计量部门,负责全省的计量管理和质量监督工作,配置部门最高计量标准。

(2)组建市地局标校实验室,根据所属区域站的多少,配置相应工作人员和核查比对设备。负责本地区区域站的核查比对,每 2 a进行一次。其标校质量由省级气象计量部门考核。

(3)县级气象站配合市地局做好标校工作。

5 应用与实践

目前,浙江省嘉兴市气象局成立了区域站标校实验室。其情况大致如下：

人员：编制 4人,县局保障人员协助现场工作。

职责：负责全地区约 70个区域站的标校、维护和运行监控。

标校项目：温度、湿度、气压、风向风速和雨量的室内标校。

标校方法：参照自动气象站现场校准方法和自动气象站室内检定规程 (试行)。

运行管理：市局业务部门。

质量监督：市局和省局业务部门。

技术支持：省局保障部门。

经费支持：市局。

目前该局标校体系运行良好,对确保区域站资料准确、可靠奠定良好的基础。

6 结 语

区域站作为新建的业务项目,国家投入了大量经费,促进了我国气象事业现代化发展。标校工作是区域站保障工作的重要组成部分。当前,我们应加快区域站的标准化和规范化建设,研究计量标校方法,研制计量标校设备,成立标校部门,以加快标校工作的实施。

[1] 中国气象局.自动气象站检定规程 (试用).

[2] 罗昶.省级气象计量检测业务管理系统的构建与设计[J].浙江气象 ,2008,29(2)：40-43.

[3] 全国论证认可标准化技术委员会.检测和校准实验室能力的通用要求 GB/T27025-2008[S].中国标准出版社,2008.

[4] 全国法制计量管理计量技术委员会.计量标准考核规范JJF1033-2008[S].中国计量出版社,2008.

[5] 全国法制计量管理计量技术委员会.法定计量检定机构考核规范 JJF1069-2007[S].中国计量出版社,2007.