在全面自动化情况下台站如何提高地面气象观测质量

在全面自动化情况下台站如何提高地面气象观测质量

王会兵 1，吴薇 2，倪勇 1，郑丽英 3，彭学琴 4

1.峨眉山气象站，四川乐山， 614200； 2.四川省气象局，四川成都， 610072； 3.成都市温江区气象局 ,四川温江， 611130； 4.眉山市气象局，四川眉山， 620020

摘要：本文对在全面自动化情况下影响台站地面气象观测质量的因素进行分析，结果表明地面气象观测质量受到仪器设备性能、天气条件（比如强雷暴）、采集软件、传输网络、管理措施和省级监控平台监控等多方面的影响。因此，在全面自动化后且无人值守班情况下如何提高地面气象观测质量十分值得探讨，总结经验和方法有助于提高当前无人值守班下的地面气象观测质量（探测设备业务可用性、数据文件传输及时率、观测数据可用率）。

关键词：全面自动化 地面气象观测 质量

引言

2020年4月1日起全国地面气象观测开始正式全面自动化，取消人工观测地面气象观测工作已经从数据采集、数据文件传输和数据质量控制走向了全面自动化。同时值守班也从有人值守升级变革为无人值守，这是革命性的变化和进步，把地面气象观测值班员彻底从传统值守班中解放出来，是国家经济发展和气象科技进步的结果，值得所有气象工作者自豪。但是，全面自动化观测后实行无人值守班，由于受仪器设备故障、天气条件、采集软件和传输网络等方面的影响，地面气象观测质量（探测设备业务可用性、数据文件传输及时率、观测数据可用率）也不会得到100%的保证，这就需要我们根据自动气象站观测规范，结合当前开展的气象观测质量管理体系建设，从省市业务管理部门、省局数据中心和台站实际情况出发，总结经验提出保证综合气象观测质量的有效方法。

1 地面气象观测的发展

气象观测是气象业务工作的基础，地面气象观测是气象观测的重要组成部分^[1]。地面气象观测的发展是伴随着国家经济和科技现代化的发展而同步发展的。国家经济和科技走向现代化，地面气象观测也从传统人工走向全面自动化。地面气象观测全面自动化的定义：要素观测的全部自动化、数据质量控制的自动化、数据传输的自动化和传输频率的分钟化；随着气象科技的进步，气象观测在智能化方向上进一步发展，最终走向智慧气象观测。

1.1 观测方式的发展变化

地面气象观测从最初的完全人工观测（一般指2002年以前），到基本要素自动观测和云、能、天等项目人工观测并存，再到2020年4月1日后所有观测项目实行自动观测^[2]。观测方式发生了革命性的变化，自动化观测采样完全代替了人工观测，彻底把观测员解放出来。

1.2 传输方式的变化

从80年代以前的摩尔期电码发报，到90年代的高频机发报，到2005年后的UPB上行报人工点击发报，到2014年6月1日起的传输每小时正点观测数据，再到目前的每分钟BUFR数据上传。传输频率和传输数据量是以前根本不敢想的，一跃进入大数据时代。

1.3 质量控制方式的变化

计算机程序控制质量以前，地面气象观测质量控制主要为人工校对、复核计算观测、发报数据和报表制作，人工比对观测仪器设备，并计算各类错情；测报业务软件OSMMO系列及ISOS系列开发成功后运用后，地面气象观测质量为人工质量控制、计算机软件自动控制和业务平台（MDOS平台等）等共同控制；全面自动化且无人值守班后，地面气象观测质量为计算机软件自动控制和业务平台（MDOS平台等）等共同控制，台站一般不再进行人工质量控制。

2 综合气象观测质量考核方式的变化

观测方式、传输方式和质量控制等的改变也要以相应的质量考核方式进行考核。据查证，1985年12月前至2020年4月1日考核方式发生了7次变化，具体如下表。

特别是2020年4月1日起只对台站进行考核，不再对个人进行具体考核，考试方式发生了质的改变。

3 影响全面自动化条件下的气象观测质量因素分析

全面自动化观测后实行无人值守班，由于受仪器设备性能、天气条件、采集软件、传输网络故障、仪器备件及设备维修人员综合素质等方面的影响，地面气象观测质量（探测设备业务可用性、数据文件传输及时率、观测数据可用率）也不会得到100%的保证，甚至存在由于某一方面的影响造成长时间不能传输或缺测数据的可能性，严重影响气象观测质量。下面就影响气象观测质量的因素进行详细分析。

3.1 仪器设备性能的稳定性

自动化观测条件下，仪器设备的性能是否稳定且长期可用是影响气象观测质量最重要的因素，质量可靠的仪器设备采集的数据质量更高更接近真实值，野值少或不出现，数据也不易缺测。目前来看，大部分仪器设备是能够长期稳定运行的，这也是气象观测质量的根本保障。

3.2 保障条件

一是备份自动气象站是否正常运行，备份自动气象站的观测要素是否和现用自动站一样完备，以便在现用站故障时能及时启用，以便不影响数据缺测；二是仪器备件是否充分，特别是一些边远台站的仪器备件是否充分，在现用仪器设备出问题后能够有及时更换的备件；三是供电是否有保障，主要是在市电停电的情况下，蓄电池能否正常供电，发电机是否能正常启用（特别是在一些偏远台站，市电经常停，蓄电池和发电机就显得尤其重要。）

3.3 气候条件

气候条件也是影响气象观测质量的因素。恶劣的气候条件，比如强雷暴、大风、冰雹、暴雨、冰冻等都会造成仪器设备出现损坏或故障（比如强雷暴对各类传感器、采集器和串口服务器等供电设备的破坏，高山台站、北方台站冬季雨凇雾凇对辐射表、风向风速传感器和日照传感器的影响等），进而造成数据缺测或异常，从而影响气象观测质量。长时间的低温高湿（比如连续10多天的雾天）也会造成湿度传感器灵敏度性能降低，出现湿度变化滞后的情况。

3.4 采集软件

ISOS软件的质量也是影响气象观测质量的因素。如果ISOS软件有BUG，比如出现停止运行自动关闭、数据空传等也会影响数据传输及时率等。

3.5 传输网络

当前数据实行小时数据和分钟BUFR数据同时传输，这就要求传输网络必须一直保持正常的通畅状态。但是目前气象部门都是租用电信、移动或联通公司网络进行数据传输，由于基站供电和天气等原因往往造成网络中断，从而影响数据文件传输。

3.6 专用计算机和路由器性能

业务用专用计算机和路由器必须保证每天24小时运行，运行就会发热，长时间运行就会长时间发热，特别是在夏天本向气温就高，这对计算机和路由器的性能和寿命影响比较大。加上现在的每分钟的数据都需要存贮，长时间会存贮大量数据，数据量过大计算机性能会下降，会出现死机等异常情况，从而影响数据采集和传输。

3.7 人员素质

人员素质的高低也会影响气象观测质量，只是相比以前有所弱化。主要是维修维护人员的技能素质，在自动站仪器设备出现故障后，如果因为维修人员不能尽快准确判断出故障位置并解决，造成数据长时间缺测会极大影响气象观测质量。

3.8 安全保障措施

全面自动化后实行无人值守班，加上很多台站中局站分离，安全保障措施就必不可少。如果因为安全保障措施不到位，造成仪器设备出现被盗被人为损坏的情况将会严重影响气象观测质量。

3.9 台站管理不到位

尽管实行了全自动化观测和无人化值班，但台站管理措施也必须要到位，比如制定应急预案和应急处理流程等，以便在出现影响气象观测质量的突发情况时能够按照应急预案和流程处理，从而避免或减小影响气象观测质量。

3.10 对省级数据信息中心监控平台的监控和信息反馈是否到位

气象观测全面自动化且台站无人值守班后，所有台站的日常监控任务都集中到了数据信息中心运行监控部门和信息审核反馈部门，因此台站自动站仪器设备出现故障或数据出现缺测或异常就由省级数据信息中心运行监控部门和信息审核反馈部门及时通知台站处理或向台站询问并处理。如果台站由于疏忽不及时处理监控和信息反馈也会影响气象观测质量。

3.11 仪器设备的维护维修和检定校准

仪器设备的维护时间选择，维修准备工作是否充分、维修时间的长短对数据采集的影响。现场检定校准的准备工作是否充分会影响检定工作是否顺利进行，同时会影响有问题数据的采集时间，从而影响气象观测质量。

4 保证全面自动化条件下的气象观测质量的方法探讨

在全面自动化条件下，地面气象观测质量主要考核以下三个方面：探测设备业务可用性（稳定运行率）、数据文件传输及时率、观测数据可用率。因此，任何有利于提高这三方面质量的方法都是提高或保证气象观测质量的方法。

4.1 保证仪器设备性能的稳定

如果有不同厂家的气象仪器设备可选择时，尽可能选用性能更可靠的厂家仪器设备，比如串口服务器、数据采集器不同厂家的设备抗雷击干扰能力就有差异。绝大部分气象观测仪器都是在室外观测场内运行，有的甚至直接暴露在外，就要求对露天环境适应好的仪器设备，目前来看，大部分仪器设备是能够长期稳定运行的，这也是气象观测质量的根本保障。另外由于中国地域广阔，地形条件复杂，南北气候差异大，对气象仪器设备的性能也高。特别是对于像峨眉山气象站这样的南方高山台站，即有北方的冷又有南方的湿，冬天的冰冻加雨雾凇、夏天异常强烈的雷暴，这些对气象仪器设备都是严峻的考验，对气象仪器设备的性能要求就更高。经过实验，厂家生产出适合高山气象台站仪器，比如对风向风速传感器、稳重降水传感器加热，从而保证正常运行。

4.2 做好备份备件及电力保障

一是备份自动气象站保持正常运行，备份自动气象站的观测要素是否和现用自动站一样完备，以便在现用站故障时能及时启用代替，不影响数据缺测，有条件的台站备份自动站最好和现用自动站一样的型号；二是仪器备件充分保障，特别是一些边远台站的仪器备件充分备份，在现用仪器设备出问题后能够有及时更换的备件；三是供电要保障，尽可能保证市电不停，蓄电池要定期放电保证能正常供电8小时以上甚至更长时间，发电机要定期检查定期试运行，保障市电→油机自动切换开关处理正常状态（特别是在一些偏远台站，市电经常停，蓄电池和发电机就显得尤其重要。）

4.3 升级采集软件

台站如果发现ISOS软件出现停止运行自动关闭、数据空传等现象，除检查自身计算机系统影响外，应同时向软件管理部门反映，必要时及时升级ISOS软件，避免因ISOS软件故障造成影响气象观测质量的情况发生。

4.4 千方百计保障传输网络正常

为了保证每分钟的数据正常传输，传输网络必须一直保持正常的通畅状态，但实际情况是做不到的，只能尽可能保证通畅。但是目前气象部门一般都是租用电信、移动或联通公司中的其中两线路，一条主线一条备份并互为备份，两条线路同时中断的几率是非常小的。另外现在每个省局也在少数台站试点卫星传输，最后推广到每个台站，以应对两条线路同时中断的极端情况。还有就是4G或5G网卡的应用，但这要保证基站有信号的前提下才能使用。

4.5 计算机专机专用，必要时更换性能更好的计算机

业务用计算机必须专机专用，不得用于非业务，最好由专人管理并维护，定期重启，由于大量分钟数据存贮造成数据量较大，要注意硬盘空间管理。如果发现业务用计算机使用时间较长经常出现死机的情况，申请更换性能更好的计算机。

4.6 提高人员综合技能，加强责任心。

在全自动化观测情况下，表面上看对人员要求有所降低，但实际上不是降低只是要求不一样。以前的业务人员强调懂气象要素的原理、观测基础知识和编发报知识，如今在全自动观测下则更强调的是人员的仪器设备维护维修技能，能够对异常或缺测数据进行判断处理，更要求能熟练更换仪器设备，尽快让仪器设备或传输网络恢复正常状态。因些现在的业务人员（无人值守班后大多兼职）必须提高对仪器设备故障判断处理能力，同时加强业务人员的工作责任心^[3]，责任心强可以避免一些问题的出现或早发现故障或其他问题便于早处理。

4.7 加强安全管理

全面自动化后实行无人值守班，加上很多台站中局站分离，安全保障措施就必不可少。在现有技术条件下，多安装摄像机，做好观测场和值班场所的监控，在随时监控观测场和值班场所的情况下还可以威慑不法人员不敢轻易对仪器设备进行破坏或偷盗。另外要做好观测场、值班室仪器设备的防雷设施，保证在雷雨天气条件下仪器设备也能正常运行。

4.8 加强管理，制定对应的管理制度和完备的应急预案

在全自动观测和无人值守班下台站领导同样要重视地面气象观测质量，相应的管理制度要及时修改以适应新要求。同时台站要制定相应的应急预案（业务运行监控、气象信息网络传输）和应急处理流程，并定期开展演练（特别是汛期前），以便在自动站仪器设备故障或传输网络故障时按流程应急处理，最大限度地保证业务质量。加强值班手机的管理，值班手机要有专人保管，以便在接到省局省局信息中心的运行监控和疑误处理电话及时要检查处理。

4.9 特殊天气加强维护

在夏季有雷雨强降水天气过程、冬季出现低温雨雪天气时，可临时调整为有人值班。高山台站要做好恶劣天气下的清洁维护：比如风向风速传感器、称重降水传感器冻结，启用加热装置；每天早晚对日照传感器、辐射传感器辐射表等除冰（含雨雾凇），及时扫雪，以保证数据尽可能真实。

4.10 做好各类平台的信息的准确填报

目前为了做好综合业务质量管理工作，上级管理部门开发了各类管理平台，主要包括：综合观测业务集成平台（MOPS平台）、综合气象观测业务运行信息化平台（天元平台）等平台。台站一定要做好信息平台的数据填报工作，特别是海拔高度、经度和纬度，以及区站号等，否则可能引起平台信息审核错误，进而影响的观测质量。

4.11 做好仪器设备的维护维修和检定校准工作

做好综合业务质量管理工作，仪器设备的维护维修和定期检定校准工作同样重要。仪器维护要注意选择时间，比如雨量传感器的维护要选择晴天或阴天而不能选择雨天，对故障仪器的维修要尽量不影响数据采集为原则，要做好准备争取在最短的时间内把设备修好，以恢复正常采集传输。自动站仪器的检定校准同样要先做好准备工作，包括人员安排、工具是否齐全，天气是否良好等，尽可能在短时间完成，有两套自动站的分开检定，以保证至少一套设备数据可用。

4.12 加强气象观测质量管理体系建设，做好气象观测类文件梳理

气象观测质量管理体系建设是当前气象部门为了和世界接轨大力推行和实施的管理体系，其目的是按ISO9000系列标准和要求来规范各级气象部门气象观测管理进而提高气象观测质量。对于台站而言，就是要严格按照作业指导书和程序文件的要求来填报管理，比如统一气压传感器离地高度、规范温湿度传感器的安装，检查雨量传感器是否堵塞，定期检查发电机和机房巡查。特别是质量体系建设被检查台站要对照问题清单认真整改，将所有不利于搞高气象观测质量隐患排除。同时做好气象观测类考核办法、规范技术解答等文件的梳理，将那些已不适合现在气象观测考核质量的清理出去，只保留适用当今考核的，并组织大家认真学习。

5 结论与讨论

要保证和提高全面自动化和无人值守班情况下的地面气象观测质量，台站必须高度重视，加强管理并制定相应的管理制度，做好应急预案，重视备件管理和业务人员维修维护技能培训，坚持气象观测质量管理体系建设。只要做到以上各方面，台站地面气象观测质量就一定能保持高水平。

参考文献

[1] 中国气象局．自动气象观测规范（第一版）．2019.09

[2] 全国地面气象观测自动化改革业务运行方案（中气函〔2020〕42号）。

[3] 浅议如何提高地面气象观测业务质量 高原山地气象研究（增刊）2011.03期

Under full automation

How Stations Improve the Quality of Ground Meteorological Observation

Wang Huibing ¹, Wu Wei ², Ni Yong ¹, Zheng Liying ³, Peng Xueqin ⁴

(1.Emeishan Meteorological Station, Leshan, Sichuan, 614200; 2.Sichuan Meteorological Bureau, Chengdu, Sichuan, 610072; 3.Wenjiang District Meteorological Bureau of Chengdu, Wenjiang, Sichuan, 611130; 4.Meishan Meteorological Bureau, Meishan, Sichuan, 610020)

Abstract This paper analyzes the factors that affect the quality of ground meteorological observations at stations under full automation. The results show that the quality of ground meteorological observations is affected by the performance of instruments and equipment, weather conditions (such as severe thunderstorms), acquisition software, transmission networks, management measures, and provincial level. Monitoring platform monitoring and other aspects. Therefore, it is worth discussing how to improve the quality of ground meteorological observations under fully automated and unattended conditions. Summarizing experience and methods will help improve the quality of ground meteorological observations under unattended shifts (detection equipment business availability, data files) Transmission time rate, observation data availability rate).

Keywords: full automation, surface meteorological observation, quality

5 / 5