【正文】 單位的符號(hào)說(shuō)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。 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。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。在過(guò)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。表 15列出的下限和上限即是寬范圍和通用的值。 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。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(jiàn)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)。2“錯(cuò)誤”：錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，已超過(guò)給定界限。 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。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(guò)終端命令或業(yè)務(wù)軟件由用戶設(shè)定。采集器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存貯器應(yīng)具備掉電保存功能。 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(guò)更高頻率的采樣過(guò)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(zhuān)門(mén)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(xiě)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(xiě)入外存儲(chǔ)器（各文件格式見(jiàn)附錄3）；d) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。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(kāi)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(jiàn)表5。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。 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。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)。在不更改任何硬件設(shè)備的前提下，可以通過(guò)本地終端對(duì)分采集器嵌入式軟件進(jìn)行版本升級(jí)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。表1　 主采集器接入傳感器通道配置要求傳感器類(lèi)型通道類(lèi)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(jiàn)度RS485或RS2321蒸發(fā)量模擬（電流）1稱重降水RS485或RS2321漸近開(kāi)關(guān)數(shù)字（電平）1應(yīng)具備表2所示的通信接口。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(jiǎn)單的軟件升級(jí)/配置。a) 中國(guó)氣象局關(guān)于發(fā)展現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)的意見(jiàn)；b) 綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)展指導(dǎo)意見(jiàn)；c) WMO CIMO《氣象儀器和觀測(cè)方法指南（第六版）》；d) 中國(guó)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)并遵循標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)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。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(shū)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(guó)氣象局組織統(tǒng)一考核通過(guò)，才能進(jìn)入列裝。本功能規(guī)格書(shū)編寫(xiě)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。本功能規(guī)格書(shū)編寫(xiě)的主要依據(jù)有?？梢詫?duì)自動(dòng)氣象站進(jìn)行不同的配置，以實(shí)現(xiàn)不同觀測(cè)任務(wù)或滿足不同類(lèi)別氣象觀測(cè)站的需要，以最大限度地方便維護(hù)和降低維護(hù)成本。其通道配置要求如表1所示。硬件包含高性能的嵌入式處理器、高精度的 A/D 電路、高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、大容量的程序存儲(chǔ)器、參數(shù)存儲(chǔ)器、傳感器接口、通信接口、CAN總線接口、監(jiān)測(cè)電路、指示燈等，硬件系統(tǒng)能夠支持嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的運(yùn)行。分采集器能夠監(jiān)測(cè)自身的工作狀態(tài)，至少包括以下內(nèi)容：a) 主板溫度；b) 工作電壓；c) 傳感器狀態(tài)。溫濕分采應(yīng)具備指示燈，包括：a) 系統(tǒng)運(yùn)行指示燈；b) CANopen 錯(cuò)誤指示燈；c) 應(yīng)提供在線編程接口：RS 232。傳感器的種類(lèi)和數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要測(cè)量的要素確定。 軟件 嵌入式軟件主/分采集器中運(yùn)行的軟件稱嵌入式軟件，由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成。3 總線物理接口及應(yīng)用層協(xié)議 物理接口新型自動(dòng)氣象（氣候）站的總線物理接口采用 CAN 總線接口，ISO 118922 對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示。 數(shù)據(jù)采集a) 對(duì)傳感器按預(yù)定的采樣頻率進(jìn)行掃描和將獲得的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成微控制器可讀信號(hào)，得到氣象變量測(cè)量值序列；b) 對(duì)氣象變量測(cè)量值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使傳感器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成氣象單位量，得到采樣瞬時(shí)值；c) 對(duì)采樣瞬時(shí)值，根據(jù)規(guī)定的算法，計(jì)算出瞬時(shí)氣象值，又稱氣象變量瞬時(shí)值；d) 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查。采集器內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量應(yīng)留有50%的余量，具體可以在考核要素確定后規(guī)定一個(gè)量化的最小值。多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，自動(dòng)氣象站同時(shí)具有以上三種傳輸方式。自動(dòng)氣象站主采集器應(yīng)具備對(duì)用于數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查的各要素極值范圍、允許變化速率和變化率值等參數(shù)的設(shè)置。1“存疑”：不可信的。其判斷條件見(jiàn)表14。該規(guī)程的執(zhí)行結(jié)果是，如果發(fā)生大的噪聲，將有一個(gè)或二個(gè)連續(xù)的采樣瞬時(shí)值不能用于計(jì)算。（）6.風(fēng)速（2分鐘、10分鐘）0 m/s75 m/s10 m/s20 m/s7.瞬時(shí)風(fēng)速0 m/s150 m/s10 m/s20 m/s8.降水量（） （1min）0 mm10mm9.降水量（） （1min）0 mm30mm10.草面溫度90 ℃90 ℃5 ℃10 ℃11.地表溫度90 ℃90 ℃5 ℃10 ℃ ℃（雪融過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生等溫情況）12.5cm地溫80 ℃80 ℃2 ℃5 ℃可能很穩(wěn)定13.10cm地溫70 ℃70 ℃1 ℃5 ℃14.15cm地溫60 ℃60 ℃1 ℃3 ℃15.20cm地溫50 ℃50 ℃ ℃2 ℃16.40cm地溫45 ℃45 ℃ ℃ ℃17.80cm、160cm、320cm地溫40 ℃40 ℃ ℃ ℃18.總輻射0 W/m22000 W/m2800 W/m21000 W/m219.凈全輻射20.直接輻射0 W/m21400 W/m2800 W/m21000 W/m221.散射輻射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m222.反射輻射0 W/m21200 W/m2800 W/m21000 W/m223.大氣長(zhǎng)波輻射24.地球長(zhǎng)波輻射25.光合有效輻射26.紫外輻射UVA0 W/m2200 W/m250 W/m290 W/m227.紫外輻射UVB0 W/m2100 W/m220 W/m230 W/m228.日照時(shí)數(shù)0 min1 min29.能見(jiàn)度0 m70km30.蒸發(fā)量0 mm100 mm31.土壤體積含水量0%100%待定待定32.地下水位33.云高34.云量35.積雪深度300 cm36.電線積冰厚度01000 mm37.電線積冰冰層密度38.表層海水溫度39.表層海水鹽度40.表層海水電導(dǎo)率41.波高42.波向43.流速44.潮高45.海水濁度46.海水葉綠素濃度47.擴(kuò)展項(xiàng)　　　　表中“下限”和“上限”的值是可以根據(jù)季節(jié)和自動(dòng)氣象站安裝地的氣候條件進(jìn)行設(shè)置的，可以分三種情況：a) 根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驑O值作適當(dāng)放寬，確定每個(gè)要素“正確”數(shù)據(jù)的下限和上限；b) 以傳感器的測(cè)量范圍定為每個(gè)要素“正確”數(shù)據(jù)的下限和上限；c) 設(shè)置寬范圍和通用的值。b) 瞬時(shí)氣象值的“［過(guò)去60 min］最小應(yīng)該變化的速率”由表10可知，瞬時(shí)氣象值的示值更新周期都為1 min，也就是說(shuō)瞬時(shí)氣象值每分鐘都被接受檢查。 業(yè)務(wù)軟件中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制業(yè)務(wù)軟件中的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查用來(lái)檢查和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性（integrity），即數(shù)據(jù)的完全性（pleteness）、正確性（correctness）和一致性（consistency），包括下面內(nèi)容：a) 極限范圍的檢查；b) 變化速率的檢查；c) 內(nèi)部一致性的檢查。a) 設(shè)置或讀取各傳感器測(cè)量范圍值；b) 設(shè)置或讀取各要素質(zhì)量控制參數(shù)。 量和單位主要?dú)庀笠氐牧亢蛦挝幻Q及其符號(hào)按表16確定。常見(jiàn)的氣象要素觀測(cè)性能要求見(jiàn)表17。3176。5%（＞10mm）稱重：0～400mm177?？傒椛?～1400 W/m25 W/m2177。5%（日累計(jì)）UVB0200 W/m2 W/m2177。2%（＞10mm）土壤水分0100%土壤體積含水量%177。海溫032℃℃177。分采集器按規(guī)定的時(shí)序要求對(duì)其掛接的各要素傳感器進(jìn)行采集，將采樣到的數(shù)據(jù)立即通過(guò)CANopen協(xié)議發(fā)送到CAN總線?！^測(cè)時(shí)段內(nèi)單位矢量在 x 軸（西東方向）上的平均分量。c) 適用場(chǎng)合3s平均風(fēng)向、1min平均風(fēng)向、2min平均風(fēng)向、10min平均風(fēng)向等氣象變量平均值的計(jì)算。D12 = | T1 – T2|D23 = | T2 – T3|D31 = | T3 – T1|其中，T1，T2，T3分別為3支溫度傳感器的1min平均溫度（即瞬時(shí)值），D12，D23，D31分別為兩兩之間的差值（℃），若瞬時(shí)氣溫值出現(xiàn)缺失，相關(guān)Dij按缺失處理。第四步：通風(fēng)速度的處理。當(dāng)沒(méi)有Fi≥Fci時(shí)：結(jié)果標(biāo)識(shí)為缺測(cè)。 翻斗式或容柵式降水量 1min累計(jì)值對(duì)傳感器 1min內(nèi)的輸出脈沖或累計(jì)量進(jìn)行計(jì)數(shù)得到。實(shí)時(shí)給出的是當(dāng)前小時(shí)內(nèi)的累計(jì)值，由當(dāng)時(shí)分鐘的平均水位與本小時(shí)開(kāi)始分鐘的平均水位差。 地下水位 1min平均值對(duì)1min內(nèi)的“正確”的采樣值計(jì)算平均值，應(yīng)有大于 66％（2/3）的采樣瞬時(shí)值可用于計(jì)算瞬時(shí)值，若不符合這一質(zhì)量控制規(guī)程，則當(dāng)前瞬時(shí)值標(biāo)識(shí)為“缺失”。要求計(jì)算：1min平均露點(diǎn)溫度。 土壤相對(duì)濕度由土壤體積含水量導(dǎo)出。 日照時(shí)間用太陽(yáng)直接輻射表間接測(cè)算日照時(shí)間，輻照度≥120