探究国家级自动站现场校准方法

引言

自动气象站是一种用于监测气象条件的设备，可以连续采集和记录气象数据。气象观测是气象业务的基础，自动气象站作为获得观测数据的主要设备，其数据准确与否决定了整个气象业务的质量。自动气象站的气象仪器由各个气象要素传感器以及数据采集器和传输器组成，由于传感器均为电信号输出，其测量准确度会随时间延长而发生漂移，为保证气象仪器采集数据完整、可靠，杜绝观测设备出现超检情况，必须定期对自动气象站的仪器进行检定和校准。

一、地市级移动气象计量检定系统建设现状

目前福建省国家级地面气象观测站的风速、气压、湿度、气温传感器由市局统一负责送省大探中心检定，国家级地面气象观测站风向传感器、蒸发传感器、翻斗式雨量传感器、称重降水传感器、地温传感器、降水现象仪、前向散射式能见度仪的校准由市局信保中心负责现场校准，传感器检定周期如下表：

传感器类型 检定周期（年）

能见度 0.5

气压、湿度、雨量、称重降水、降水现象仪 1

气温、地温、风向、风速、蒸发 2

表1传感器检定周期

二、国家级自动站的现场校准

（一）国家级自动站校准依据

依据文件为《自动气象站现场校准规范（2013）》，《前向散射式能见度仪核查方法（试行）（2018）》，《福建省国家级地面自动气象站计量检定实施细则》。

（二）国家级自动站现场校准标准器

市局标准器是由全省统一配备，其主要性能如下：

标准器 型号 测量范围 不确定度或准确度等级

干体炉

雨量校准仪

风向校验仪

蒸发校准模块 ZH936N/RTC-158

JJS2

JJE10

JBZ1 （-10-80）℃

（0-314.16）mL

（0-360）°

（0-100）mm U=0.30℃，k=2

U=0.3mL，k=2

/

U=0.03mm，k=2

表2标准器主要性能

（三）国家级自动站校准流程

国家级自动站校准流程图如下：

图1国家级自动站校准流程图

（四）国家级自动站现场校准

1.地温、草温传感器的校准

（1）校准环境应满足：气温（5～35）℃，湿度≤90%RH，风速≤5m/s。

（2）校准点的选择：浅层地温和草温为-10℃、0℃、高温点，深层地温为0℃、高温点。

（3）操作步骤：将标准器的传感器和地温（草温）传感器同时插入到恒温槽的相同深度上，草温跟浅层地温用干体炉ZH936N首先校准-10℃点，同时深层地温用干体炉RTC-158校准0℃点，当恒温槽内温度值达到设定温度稳定5分钟后，每分钟读取一次标准值和被测传感器示值，共读取3次。

2.风向传感器的校准

（1）校准环境应满足：温度（0～40）℃，湿度≤85%RH，风速≤5.0m/s。

（2）校准点的选择：0°、121°、239°。

（3）操作步骤：将风向校验仪JJE10放置在平稳的工作台面上，调节水平，并将被检风向传感器安装于风向校验仪中心底座上，连接好信号电缆，选择适用的定位叉调整到适当高度，将风向传感器的风向杆固定在定位叉内，选择被检传感器响应的风向型号，先进行指北校准，稳定2分钟后读取风向测量系统风向显示值，然后依次完成121°、239°的校准。

3.雨量（含称重雨量）传感器的校准

（1）校准环境应满足：气温（5～35）℃，湿度≤90％RH，风速≤5m/s。

（2）校准点的选择：降水强度分别为1mm/min和4mm/min。

（3）翻斗雨量传感器操作步骤：将雨量标准器JJS2注满净水（以纯净水为宜），分别以4mm/min、1mm/min降水强度向被检雨量传感器承水口内注水，各校准3次，记录校准数据。

（4）称重雨量传感器操作步骤：将笔记本电脑与称重降水信号处理单元（WUSH-WPB）的通信串口用串口线连接，利用计算机的串口调试助手（如SSCOM42软件），按照设备的波特率（9600，8，N，1）打开串口，发送DMPR命令，软件中就会显示当前分钟记录。每次校准结束后，通过串口调试助手确认小时降水量值不增加为止，记录校准数据，如果雨量校准过程跨整点，需加上上一时次开始校准后的降水，通过发送DMPRYYYY-MM-DDHH：00：00命令读取上一时次的雨量数据。校准时雨量标准器JJS2的降水强度和校准次数类同于翻斗雨量传感器的校准。

4.蒸发传感器的校准

（1）校准环境应满足：温度（0～35）℃，湿度≤90%RH，风速≤5m/s。

（2）蒸发示值校准点为：0mm、20mm、40mm、60mm、80mm和98.1mm。

（3）操作步骤：将蒸发传感器AG2.0取出，调节不锈钢圆筒至水平，将72mm（10mm）模块放入不锈钢圆筒内，将蒸发传感器放回原位，稳定2分钟后读取5次蒸发示值并记录；然后分别用20mm、40mm、60mm、80mm和98.1mm模块和10mm模块组成标准值进行校准，并记录校准数据。

5.能见度传感器的校准

（1）校准环境应满足：晴朗天气，能见度大于10km；避免明亮光线直射。

（2）操作步骤：以河南凯迈（洛阳）环测有限公司的DNQ3型前向散射能见度仪为例，进行操作说明。首先在能见度仪接收端安装堵头，设备至少工作10分钟，读取设备稳定的输出值，应为设备量程上限值。接着取下堵头，安装散射板在接收端，稳定10分钟后，读取设备稳定的输出值，范围应为90～110之间，并记录校准数据，超出此范围应对能见度仪进行校准。最后同时安装散射板和衰减器，衰减器装在能见度仪的发送端，稳定10分钟后，读取设备稳定的输出值，范围应为900～1100之间，并记录校准数据，超出此范围应对能见度仪进行校准。

6.降水现象仪的校准

（1）校准环境应满足：天气晴朗，能见度大于10km；空气温度（0～30）℃，风速≤5m/s，相对湿度≤80%RH。

（2）降水粒子核查点：降水粒子直径核查点为4.3mm、9.5mm、21mm，降水粒子速度核查点为2m/s、7m/s、12m/s。

（3）操作步骤：将降水现象模拟装置放入降水现象仪收发光路中间，确保降水现象仪的激光束处在降水现象模拟单元透光孔的中心位置，并连接好通信线和电源线。打开降水现象仪核查软件，完成标校信息和静态信息设置后，直接点开始进行校准。

三、国家级自动气象站校准期间数据处理

自动气象站现场校准期间应尽量避开正点，一般正点上传数据形成后就可以开始了。国家级自动站主站校准期间数据处理通常有以下两种方式：第一种是主站测报机地面气象综合观测系统（ISOS）对检定传感器进行标定操作，检定期间ISOS软件不对检定传感器数据进行生成上传，整点数据台站值班人员需在整点后10min内完成气象资料业务系统（MDOS平台）检定传感器数据录入，数据用备Mdgfhn9vfH7aODMgaZAbgQ==站数据替代，分钟数据需在24小时内入录完，并在MDOS平台做好附加信息备注。检定期间如果有更换传感器，还需在综合气象观测业务运行信息化平台（天元）进行专项巡检。第二种是检定期间，将主备站硬件集成控制器主采接入端子进行对换，即备站主采集器数据输出端子插入主站硬件集成控制器原主采集器口，主站主采集器数据输出端子插入备站硬件集成控制器原主采集器口，主站测报机地面气象综合观测系统读取备站主采数据生成报文进行上传，台站值班人员需做好气象资料业务系统（MDOS平台）附加信息备注工作，同样，如果有更换传感器，也要在综合气象观测业务运行信息化平台（天元）进行专项巡检。

第一种数据处理方式适合检定时间较短，能在一小时内完成，如能见度传感器和雨滴谱传感器的校准，气温、气压、湿度和风速传感器的到检更换，而第二种方式主要用于检定时间长，如草温、地温、蒸发等传感器，地温校准结束后还需要3个多小时的稳定期，这时如果选用第一种数据处理方式，会出现主站测报机地面气象综合观测系统长时间数据缺失，导致业务人员须在气象资料业务系统（MDOS平台）人工补入缺失的分钟数据，增加业务工作量。

四、国家级自动气象站现场校准中注意事项

在国家级自动站传感器在现场校准中需注意5个方面，具体如下：

（1）在进行现场校准时，应确保校准设备的准确性和可靠性，并严格按照校准步骤进行操作。

（2）校准前要确定环境是否满足要求，检查测量设备的状态是否正常，如不满足要求，不得进行校准工作。

（3）在校准前做好地温传感器端编号标注，确保校准后各地温传感器顺序连接准确无误。校准完毕后，需等待干体炉恢复室温时，再关闭电源，以保证设备安全。

（4）由于对草温、地温、蒸发等传感器进行现场校准时所需时间较长，为了减少数据的缺测和不正常记录，校准主站时，可以用备站主采数据进行替代。标定期间及标定结束后，注意上网查看气象资料业务系统（MDOS平台）数据质量控制信息反馈，如有疑误数据，及时反馈。

（5）到检更换的传感器（如气温、气压、湿度、风速）需与另一套站相应设备做比对，并填写比对记录。

五、结语

通过对国家级自动站各传感器的现场校准，确保气象观测数据的准确性和可靠性，为气象灾害监测、预报预警提供科学、可靠的数据来源，提升气象防灾减灾能力。

（作者单位：福建省宁德市气象局）