【正文】 時(shí)間步長，對(duì)每分鐘的1min平均值求每分鐘的10min滑動(dòng)平均?！姹韺雍Ｋ}度（實(shí)用鹽度單位）177。20%（＞1500m）云量云高607500m1m177。1%（≤40%）177。5%（日累計(jì)）地球長波輻射02000W/m21 W/m2177。5%（日累計(jì)）光合有效輻射22000181。5%（日累計(jì)）反射輻射5 W/m2177。5%（日累計(jì)）凈輻射2001400W/m21MJ/m2d177?！鏈\層地溫40℃～60℃℃177。（≤10mm）177。（≤10mm）177。177。3%（≤80%）177。表17　 自動(dòng)氣象站測(cè)量性能要求測(cè)量要素范圍分辨力最大允許誤差氣壓450hPa～1100hPa177。7輻［射］照度E瓦［特］每平方米W/m28輻照量，曝輻量又稱曝輻［射］照度H焦［耳］每平方米J/m2氣象業(yè)務(wù)上的記錄單位是 MJ/m2。表16　 主要?dú)庀笠氐牧亢蛦挝坏拿Q及其符號(hào)序號(hào)［氣象變］量的名稱量的符號(hào)［測(cè)量］單位的名稱單位的符號(hào)說明1氣壓P百帕hPa2溫度t［攝氏］度℃3相對(duì)濕度U百分率%另一個(gè)常用的相對(duì)濕度符號(hào)為“%RH”示例1：相對(duì)濕度為50%；示例2：濕度為50%RH?？梢暂斎氲娜斯び^測(cè)資料由業(yè)務(wù)軟件實(shí)現(xiàn)。 觀測(cè)數(shù)據(jù)操作命令觀測(cè)數(shù)據(jù)操作命令至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：a) 下載分鐘常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)；b) 下載分鐘輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)；c) 下載分鐘土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)；d) 下載分鐘海洋氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)；e) 下載小時(shí)常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù)；f) 下載小時(shí)輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)；g) 下載小時(shí)土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)；h) 下載小時(shí)海洋氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)；i) 讀取采樣數(shù)據(jù)；j) 下載數(shù)據(jù)文件。本規(guī)格書中只對(duì)終端操作命令的內(nèi)容進(jìn)行說明，有關(guān)操作命令的格式詳見附錄2。業(yè)務(wù)軟件中數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的內(nèi)容除按照瞬時(shí)氣象值的質(zhì)量控制內(nèi)容處理外，具體內(nèi)容參照《自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量控制指南》（）的要求另行制定。下列條件是成立的：l 露點(diǎn)溫度 td ≤ t（氣溫）；l 風(fēng)速 WS ＝ 00，則風(fēng)向 WD 一般不會(huì)變化；l 風(fēng)速 WS ≠ 00，則風(fēng)向 WD 一般會(huì)有變化；l 分鐘極大風(fēng)速大于等于2 min和10 min平均風(fēng)速；l 如果日照時(shí)間 SD ＞ 0，而太陽輻射 E ＝ 0，這兩個(gè)瞬時(shí)氣象值均不可信；l 如果太陽輻射 E ＞ 500 W/m2，而日照時(shí)間 SD ＝ 0，這兩個(gè)瞬時(shí)氣象值均不可信；l 各極值及出現(xiàn)時(shí)間應(yīng)與對(duì)應(yīng)時(shí)段相應(yīng)要素瞬時(shí)氣象值不矛盾；l 各累計(jì)量應(yīng)與對(duì)應(yīng)時(shí)段相應(yīng)要素各瞬時(shí)氣象值不矛盾。在過去的60 min內(nèi)，規(guī)定氣象瞬時(shí)值的“最小應(yīng)該變化的速率”，同樣能幫助驗(yàn)證該值是正確的還是錯(cuò)誤的。若大于表 14中的“錯(cuò)誤的變化速率”，則標(biāo)識(shí)為“錯(cuò)誤”。表 15列出的下限和上限即是寬范圍和通用的值。表15　 “正確”的瞬時(shí)氣象值的判斷條件序號(hào)氣象變量下限上限存疑的變化速率錯(cuò)誤的變化速率［過去60分鐘］最小應(yīng)該變化的速率1.氣壓400 hPa1100 hPa hPa2 hPa hPa2.氣溫75 ℃80 ℃3 ℃5 ℃ ℃ 3.露點(diǎn)溫度80 ℃50 ℃?zhèn)鞲衅鳒y(cè)量：2 ℃～3 ℃；導(dǎo)出量：4 ℃～5 ℃5 ℃ ℃ 4.相對(duì)濕度0%100%10%15%1%（U＜95％）5.風(fēng)向0176。 瞬時(shí)氣象值的計(jì)算應(yīng)有大于 66％（2/3）的采樣瞬時(shí)值可用于計(jì)算瞬時(shí)氣象值（平均值）；對(duì)于風(fēng)速應(yīng)有大于75％的采樣瞬時(shí)值可用于計(jì)算2分鐘或 10 分鐘平均值。每次采樣后，將當(dāng)前采樣瞬時(shí)值與前一個(gè)采樣瞬時(shí)值做比較。表14　 “正確”的采樣瞬時(shí)值的判斷條件序號(hào)氣象變量傳感器測(cè)量范圍下限傳感器測(cè)量范圍上限允許最大變化值（適用于采樣頻率5次/分～10次/分以上）1.氣壓依照傳感器指標(biāo)確定下限和上限 hPa2.氣溫2 ℃3.地表和土壤溫度2 ℃ 4.露點(diǎn)溫度2 ℃ 5.相對(duì)濕度5%6.風(fēng)向7.風(fēng)速20 m/s8.降水量9.輻射（輻照度）800 W/m210.日照時(shí)數(shù)11.能見度12.蒸發(fā)量13.土壤體積含水量14.地下水位15.云高16.云量17.積雪深度18.電線積冰厚度19.電線積冰冰層密度20.表層海水溫度2 ℃21.表層海水鹽度22.表層海水電導(dǎo)率23.波高24.波向25.流速26.潮高27.海水濁度28.海水葉綠素濃度29.擴(kuò)展項(xiàng) 極限范圍檢查驗(yàn)證每個(gè)采樣瞬時(shí)值，應(yīng)在傳感器的正常測(cè)量范圍內(nèi)。N沒有傳感器，無數(shù)據(jù)。2“錯(cuò)誤”：錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，已超過給定界限。標(biāo)識(shí)的規(guī)定見表13。 嵌入式軟件中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 總體要求a) 對(duì)采樣瞬時(shí)值的質(zhì)量控制——對(duì)采樣瞬時(shí)值變化極限范圍的檢查；——對(duì)采樣瞬時(shí)值變化速率的檢查。這種傳輸一般是通過主采集器的遠(yuǎn)程通信接口（RS 232）外加遠(yuǎn)程通信設(shè)備（如GPRS/CDMA1X、DCP等）或RJ45實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)氣象站正常運(yùn)行時(shí)自動(dòng)傳輸?shù)臅r(shí)間表和報(bào)警的氣象閾值可以通過終端命令或業(yè)務(wù)軟件由用戶設(shè)定。 數(shù)據(jù)傳輸 本地傳輸自動(dòng)氣象站應(yīng)有數(shù)據(jù)傳輸（數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)通信）的功能。采集器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存貯器應(yīng)具備掉電保存功能。全要素當(dāng)前瞬時(shí)氣象（分鐘）值均應(yīng)能寫入緩存區(qū)，可以實(shí)時(shí)讀取。 數(shù)據(jù)處理a) 導(dǎo)出氣象觀測(cè)需要的其他氣象變量瞬時(shí)值；這種導(dǎo)出通常是在數(shù)據(jù)采集獲得的氣象變量瞬時(shí)值的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，也有通過更高頻率的采樣過程獲得的，如瞬時(shí)風(fēng)計(jì)算；b) 計(jì)算出氣象觀測(cè)需要的統(tǒng)計(jì)量，如一個(gè)或多個(gè)時(shí)段內(nèi)的極值數(shù)據(jù)、專門時(shí)段內(nèi)的總量、不同時(shí)段內(nèi)的平均值以及累計(jì)量等；c) 由主采集器生成采樣瞬時(shí)值數(shù)據(jù)、瞬時(shí)氣象值（分鐘）數(shù)據(jù)、小時(shí)正點(diǎn)數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并寫入數(shù)據(jù)內(nèi)存儲(chǔ)器，同時(shí)形成相應(yīng)數(shù)據(jù)文件實(shí)時(shí)寫入外存儲(chǔ)器（各文件格式見附錄3）；d) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。主采集器和各分采集器通信協(xié)議的規(guī)定見附錄1。圖4 CAN總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 連接器連接器采用 CiA DR3031的工業(yè)級(jí)連接器中的開放形式連接器針腳標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，針腳接線描述見表5。通過 CANopen 協(xié)議將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送到 CAN 總線。嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)選擇實(shí)時(shí)性高、性價(jià)比好、穩(wěn)定可靠的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（linux /181。應(yīng)配置以太網(wǎng)接口（RJ 45），以備接入本地局域網(wǎng)，可用于現(xiàn)場(chǎng)診斷維護(hù)或者是接入局域網(wǎng)提供WEB服務(wù)控制臺(tái)。 外圍設(shè)備 電源電源是組成自動(dòng)氣象站的外圍設(shè)備之一。CAN 總線的特性如下：a) 支持多主方式，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余或熱備份；b) 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制，錯(cuò)誤嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)關(guān)閉輸出，發(fā)送的信息遭到破壞后可自動(dòng)重發(fā)，網(wǎng)絡(luò)具備很高的可靠性；c) 非破壞總線仲裁，允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，極高的總線利用率；d) 可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播， 無需專門的“調(diào)度”；e) 直接通信距離最遠(yuǎn)達(dá)10 km（速率5 kbps）；f) 最高通信速率可達(dá)1Mbps（此時(shí)通信距離最遠(yuǎn)40m）；g) 通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，抗干擾能力強(qiáng)；h) 規(guī)定了數(shù)據(jù)鏈路層通信協(xié)議，且完全由硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員無需再為此開發(fā)相關(guān)軟件（Software）或固件（Firmware）； i) CAN總線具有較高的性價(jià)比――結(jié)構(gòu)簡單、器件容易購置且價(jià)格便宜、開發(fā)技術(shù)容易掌握。溫濕分采應(yīng)能夠監(jiān)測(cè)自身的工作狀態(tài)，至少包括以下內(nèi)容：a) 工作電壓；b) 傳感器狀態(tài)。溫濕分采負(fù)責(zé)氣溫和濕度（百葉箱）的測(cè)量，在工作狀態(tài)對(duì)掛接的傳感器按預(yù)定的采樣頻率進(jìn)行掃描，收到主采集器發(fā)送的同步信號(hào)后，將獲得的采樣數(shù)據(jù)通過總線發(fā)送給主采集器。在不更改任何硬件設(shè)備的前提下，可以通過本地終端對(duì)分采集器嵌入式軟件進(jìn)行版本升級(jí)。各分采集器的通信接口和測(cè)量通道配置如表3。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。在線編程接口應(yīng)包括：RS 232或RJ 45。表1　 主采集器接入傳感器通道配置要求傳感器類型通道類型數(shù)量氣溫模擬（鉑電阻）1濕度模擬（電壓）1氣壓RS2321風(fēng)向數(shù)字（7位格雷碼）1風(fēng)速數(shù)字（頻率）1降水量數(shù)字（計(jì)數(shù)）1總輻射模擬（差分電壓）1能見度RS485或RS2321蒸發(fā)量模擬（電流）1稱重降水RS485或RS2321漸近開關(guān)數(shù)字（電平）1應(yīng)具備表2所示的通信接口。其結(jié)構(gòu)框如圖2所示。在已建自動(dòng)氣象站擴(kuò)展新的測(cè)量要素或增加傳感器時(shí)，不需要對(duì)系統(tǒng)已有的傳感器連接、布線作改動(dòng)，只需要將新的分采集器和/或傳感器加入到系統(tǒng)中，并進(jìn)行簡單的軟件升級(jí)/配置。自動(dòng)氣象站的核心是基于CAN（Controller Area Network，控制器區(qū)域網(wǎng)）總線技術(shù)和國際標(biāo)準(zhǔn)CANopen協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)定義。a) 中國氣象局關(guān)于發(fā)展現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的意見；b) 綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)展指導(dǎo)意見；c) WMO CIMO《氣象儀器和觀測(cè)方法指南（第六版）》；d) 中國氣象局《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》（2003年）；e) 自動(dòng)氣象站質(zhì)量控制程序指南（ET AWS4, FINAL REPORT, Annex 3. WMO . CBS ）f) NOAA Automated Surface Observing System（ASOS）User’s Guide 2 組成結(jié)構(gòu) 概述新型自動(dòng)氣象（氣候）站基于現(xiàn)代總線技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建，采用了國際標(biāo)準(zhǔn)并遵循標(biāo)準(zhǔn)、開放的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)，它由硬件和軟件兩大部分組成。各有關(guān)附錄均為本功能規(guī)格書的重要組成部分。任何生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的自動(dòng)氣象站必須以此功能規(guī)格書為標(biāo)準(zhǔn)，組織研發(fā)、生產(chǎn)型號(hào)統(tǒng)一的自動(dòng)氣象站，由中國氣象局組織統(tǒng)一考核通過，才能進(jìn)入列裝。. . . .新型自動(dòng)氣象（氣候）站功能需求書（修訂版）2012年8月目 錄1 前言 1 目標(biāo) 1 編寫原則 1 編寫依據(jù) 12 組成結(jié)構(gòu) 2 概述 2 采集器 3 總線 8 傳感器 8 外圍設(shè)備 9 軟件 93 總線物理接口及應(yīng)用層協(xié)議 10 物理接口 10 連接器 11 應(yīng)用層協(xié)議 114 功能要求 12 軟件初始化 12 數(shù)據(jù)采集 12 數(shù)據(jù)處理 12 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 13 數(shù)據(jù)傳輸 16 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 17 終端操作命令 22 GPS對(duì)時(shí)功能 24 人工輸入觀測(cè)資料 24 嵌入式軟件在線升級(jí) 245 測(cè)量性能 24 測(cè)量的氣象要素 24 量和單位 25 要求 26 采樣和算法 276 嵌入式軟件流程 39 采集軟件流程 39 數(shù)據(jù)流程 407 傳感器要求 41 氣壓傳感器 41 溫度測(cè)量傳感器 42 濕度測(cè)量傳感器 42 風(fēng)測(cè)量傳感器 43 降水測(cè)量傳感器 43 蒸發(fā)測(cè)量傳感器 44 紅外地表測(cè)溫儀 45 輻射測(cè)量傳感器 45 日照測(cè)量 47 能見度測(cè)量傳感器 47 土壤水分傳感器（時(shí)域反射法：TDR法或頻域反射法：FDR法） 48 地下水位測(cè)量傳感器 48 天氣現(xiàn)象觀測(cè)傳感器 48 云量測(cè)量傳感器 48 積雪深度測(cè)量傳感器 48 凍土深度測(cè)量傳感器 49 電線積冰測(cè)量傳感器 49 閃電頻次測(cè)量傳感器 49 海洋測(cè)量傳感器 498 供電電源要求 499 安全要求 49 標(biāo)記要求 49 文件要求 50 結(jié)構(gòu)安全 51 電氣安全 5110 工作環(huán)境適應(yīng)性要求 52 氣候條件 52 生物條件 52 化學(xué)活性物質(zhì) 52 機(jī)械條件 5311 電磁兼容性要求 53 電磁騷擾限值要求 53 電磁抗擾度要求 5312 防雷要求 54 一般要求 54 直接雷擊的防護(hù)措施 54 雷擊電磁脈沖的防護(hù) 5413 結(jié)構(gòu)和外觀要求 55 機(jī)械結(jié)構(gòu)要求 55 機(jī)械強(qiáng)度要求 55 材料與涂復(fù)要求 55 外觀要求 5614 可靠性要求 5615 可維護(hù)性要求 5616 其他要求 56 時(shí)鐘精度要求 56 功耗要求 56 觀測(cè)的時(shí)制 56 擴(kuò)展性要求 57 互換性要求 57 傳感器選型 57 人機(jī)界面要求 5717 檢驗(yàn)要求 5718 附錄 571 前言 目標(biāo)提高防災(zāi)減災(zāi)能力，做好應(yīng)對(duì)氣候變化工作，是黨和政府對(duì)氣象部門的根本要求，也是氣象工作者的重要責(zé)任。本功能規(guī)格書編寫按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一功能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計(jì)思路，做到各部件或模塊互換的自適應(yīng)，形成統(tǒng)一型號(hào)的新型自動(dòng)氣象（氣候）站，達(dá)到滿足現(xiàn)有氣象觀測(cè)站的氣候觀測(cè)、天氣觀測(cè)和區(qū)域觀測(cè)業(yè)務(wù)的需要。本著先粗后細(xì)，不斷完善的原則，逐步形成具備能夠統(tǒng)一型號(hào)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)性文件。本功能規(guī)格書編寫的主要依據(jù)有。圖1 總線式自動(dòng)氣象站結(jié)構(gòu)