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气象仪器课程论文
题目自动气象站的发展与展望
学生姓名张曦
学号学院计算机与软件学院专业计算机科学与技术
二Ｏ一二年十二月一日
自动气象站的发展与展望
张曦
南京信息工程大学计算机科学与技术系，南京 21004
4摘要：本文通过对当前国内外自动气象站的发展现状和未来发展趋势的分析，结合我国气象观测自动化的现状，对符合我国气象观测事业发展需要的自动气象站等方面进行了综合分析和评估。
关键字：自动气象站发展展望引言
所谓自动气象站，是指能按设定的要求，对多种气象要素自动进行采集、处理、存储和传输的地面气象观测设备，可以减少观测人员的地面观测工作量，提高观测时效和质量。自二十世纪八十年代以来，芬兰、美国、日本等许多国家的地面气象观测网中就已普遍采用了自动气象站。1999年7月，我国引进芬兰VAISALA公司的5套自动气象站投入业务运行，这是我国首次将自动气象站作为正式观测使用，标志着我国地面气象观测进入了一个新的里程。同时，我国也加快了自行研制生产自动气象站的步伐，第一批于2000年1月1日起正式投入业务运行。目前，我国已普遍使用自动遥测气象站，实现了人工气象站与自动气象站的联合观测。
自动气象站在我国已运行多年，气象工作者积累了丰富的经验，同时也发现许多问题。传统自动气象站的结构为集中式，数据采集器必须与具体的传感器匹配，系统开放性不高，不适用于气象传感器的替换或增加。尽管国产的自动气象站发展迅速，但气象传感器的技术水平较低，距世界先进水平还有一定的差距。由此可见，要进一步提升我国地面气象观测的自动化水平，升级自动气象站和提升国产传感器的生产水平是关键。在对自动气象站进行改造和升级换代时，应当以丰富的经验为基础，以实际业务需求为参考，研制国际领先的自动气象站和气象传感器。
当前，随着微电子技术、计算机技术、卫星技术和材料科学的发展，许多新技术都应用到气象观测自动化中，大大提高了气象传感器的探测精度和可维护性。因此，有必要了解当前国际自动气象站和气象传感器方面的最新发展和动态，为我国自动气象站及气象传感器技术的发展提供借鉴。自动气象站的工作原理及结构
自动遥测气象站一般由传感器、数据采集器、主控微机、显示打印系统和供电系统等部分组成，传感器包括有温湿度传感器、气压传感器、风向风速传感器和降水传感器等。自动气象站将各要素传感器所测要素的量值以各种电信号（模拟信号和数字信号）的形式传入或数据采集器；数据采集器采集各传感器信号，并对信号进行处理，通过一根通讯电缆与主控机进行通讯；主控微机接收数据采集器传送来的数据信号，并通过终端软件按地面气象观测规范的要求，实施地面气象观测业务工作，其工作原理如图1所示。3 自动气象站的发展
3.1 国内自动气象站发展现状
当前国内有多个厂家生产自动气象站，如北京华创升达高科技发展中心和天津气象仪器厂的CAWS 系列、长春气象仪器厂的DYYZ II系列、江苏无线电研究所的ZQZ_C II系列、广东省气象技术装备中心的ZDZ II型和北京阿斯曼科技发展公司的ASM、XYZ系列。其中CAWS600、XYZ06以及机场地面气象观测自动化系统在军队和地方台站得到了广泛的推广和应用。下面列出部分自动气象站的结构组成及其采用的部分气象传感器。
综合各种型号的自动气象站在我国的应用情况，总结如下：
（1）大部分自动气象站采用集中式结构，系统开放性不高，不同型号的传感器对应不同的数据采集器，各厂家之间标准不统一。维修或增加传感器都必须对自动气象站重新进行校准标定，过程复杂，不符合我国气象发展战略研究中“综合气象观测系统工程”的发展要求。
（2）国产自动气象站所采用的气象传感器主要依赖进口，受技术水平和生产工艺的限制，国产传感器的准确性、可靠性较差。观测项目仅限于传统的温、压、湿、风和降水等六要素，云、能见度、降水现象等气象要素急需要纳入自动气象站的观测项目。
（3）国产自动气象站所采用的数据采集器大多与相应的自动气象站配套使用，当需要扩充自动气象站观测功能，增加新的气象要素传感器时，不能直接进行升级，必须更换，从而造成重复建设和资源浪费。
3.2 国外自动气象站发展现状
目前全世界的70多个国家和20多个地区和组织基本上都是使用芬兰VAISALA公司的气象产品进行气象观测，自动气象站也不例外。VAISALA公司自动气象站的代表系列是MAWS系列，目前在全球的大多数国家和地区使用的是MAWS201系列，该系列现已发展到了MAWS301、MAWS410系列。与国产自动气象站相比，国外的自动气象站和气象传感器具有如下特点：
（1）气象传感器技术先进，产品精确性和稳定性优越，除基本的六要素传感器外，土壤和水的温度、太阳辐射、土壤湿度、能见度、云等要素的传感器已经有成熟的产品出现。
（2）自动气象站可以根据用户的不同需求增减传感器的种类和数量，实际操作简便。采用通用的数据传输格式，用户能自由配置数据的输出格式。基本满足世界各国各种业务应用的需要。
（3）自动气象站采用良好的防护措施，能够适用于各种复杂环境。在装备使用的机动性、操作的便捷性、维修的快捷性、恶劣环境的适应性等方面都做得较好。
（4）尽管国外自动气象站和传感器性能优越，但是通过进口自动气象站在中国长期运行的情况来看，其硬件和软件的表现都不尽如人意。这是因为国外自动气象站的结构、传感器和软件等都是针对当地的具体情况设计的，并不完全符合我国的实际情况。自动气象站的展望
通过对国内外自动气象站现状的分析可以看到，尽管目前国内的自动气象站基本能满足气象业务的需要和环境的要求，但存在不足和缺陷也较大。必须充分认识到我国气象观测水平与国外先进技术相比还有较大的差距，为了满足不断提高的气象观测需求，提高我国气象观测事业的整体水平，应重点发展新一代自动气象站，对气象传感器、数据处理等关键技术进行改进，使我国的新一代自动气象站能够进入世界一流的行列。结论
本文通过对当前国内外自动气象站和气象传感器的发展现状和未来发展趋势的分析，结合我国气象观测自动化的现状，对符合我国气象观测事业发展需要的自动气象站、气象传感器等方面进行了综合分析和评估，认为自动气象站及气象传感器应在如下几个方面加强和改进：
(1)改进自动气象站的结构，采用总线制分布式或网络型结构，能够大大提高自动气象站的操作性和扩展性，是我国自动气象站发展的方向之一。研制具有自主知识产权、高精度、高可靠性的气象传感器；在提高现有气象传感器的探测精度和可靠性的同时，研制符合实际需求的其他要素的气象传感器；规范国产传感器的生产标准，不同厂家的产品应当遵守统一的标准，使同一型号的传感器能够互相替换。
(2)改进和完善数据采集器的结构，使数据采集器能实现传感器的随意增减和热插拔，从而提高自动气象站的扩展性和通用性。
(3)此外，地面气象观测规范的修订完善也是当前的发展趋势之一。应当从观测的实际需求出发，针对自动气象站和气象传感器的技术指标修改、制定云、天气现象等的器测规范，促进多种气象传感器在自动气象站的业务应用。
参考文献
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