區域自動氣象站標校體系建設的探討

張建敏

(浙江省大氣探測技術保障中心,浙江杭州 310017)

1 浙江省區域站的一般情況

浙江省自 2000年起已經建立了近 2000個區域自動氣象站 (以下簡稱區域站),進一步完善了地面氣象觀測網。區域站為局部區域的氣象預報服務和災害監測提供了大量氣象觀測資料,使有效捕捉中小尺度天氣系統有了可能。

這些區域站,觀測要素基本在 3個 (雨量、溫度、風)以上,區域站要素情況見圖 1。

圖 1 區域站要素情況表 (數據統計至 2008年)

區域站作為地面觀測網的重要組成部分,要求其提供高質量的觀測資料,具備“可靠性、代表性、比較性”的氣象觀測要求。當區域站承擔捕捉中小尺度天氣系統的任務時,其觀測質量可能比常規氣象站的要求更高。但這些區域站與常規站相比,卻存在諸多不足,主要表現在以下方面。

1.1 建站時間越長,觀測儀器設備的準確性必然受到影響,觀測資料的可靠性降低。各年份建立的自動站數量如表 1。

1.2 生產廠家多,型號不一,儀器性能有差別。截至 2011年 1月底,浙江省所建區域站的型號和數量 (以生產廠家為準)見表 2。

1.3 區域站站址不佳。某些區域站建設在公園、校區、屋頂、山腰、小區等,其周邊環境、儀器安裝等難以達到相關標準或技術規范要求,對觀測資料的代表性和比較性產生負面影響。

1.4 區域站數量多,站點分布散,維護保障困難,不利保持良好的工作狀態。

2 開展標校工作的必要性

區域站作為在野外觀測的氣象儀器,必然受到惡劣環境的影響而降低測量性能。當區域站的觀測儀器不能準確測量氣象要素變量時,區域站的氣象觀測就毫無意義。為確保區域站觀測到的氣象資料的準確性和可靠性,需對其進行定期的維護保養和計量標校。計量標校是對觀測儀器的測量性能的最有效確認,也是促進裝備保障質量的有效途徑,全面開展區域站的標校工作已迫在眉睫。

3 開展標校工作的前提條件

3.1 確保區域站的標準化和規范化。區域站作為標校對象時,要求具有統一的技術指標要求和使用方法,為確認區域站的計量性能是否合格作出判定依據。從已建立的區域站來看,大部分區域站符合我國的自動氣象站觀測規范要求,而部分 (如美國 DAV IS產的區域站)則需要進行論證,確定是否符合相應標準;區域站作為氣象觀測儀器時,要求具有統一的技術規范要求,以確保氣象資料的代表性和比較性;當區域站安裝不標準或選取的安裝地址不能代表一定范圍的氣象要素時,區域站就難以納入觀測體系,標校的意義不大。

表 1 建站年份數量表

表 2 區域站 /生產廠家數量表

3.2 建立相應的計量標準和標校方法。僅當確認了區域站的技術性能指標要求后,才可建立相應的標校用計量標準。僅當確認規范化的標校方法后,才可進行計量標校。目前,我國氣象部門實施的規范為《自動氣象站現場校準方法》,在一定程度上適合區域站的標準要求。但由于區域站數量多,現場校準很難開展。我國自動氣象站的室內檢定方法尚未完全建立,可考慮地方自行編寫省級區域站檢定規程,但這需要建立課題,進行研究。

3.3 建立計量標校機構和確定經費支持。區域站作為新建業務項目極大擴充了地面氣象觀測網,而且區域站的數量遠大于常規業務的地面氣象觀測站,現有的技術保障能力難以適應業務發展要求。迫切需要制定相應的技術保障體系,新增技術保障隊伍,建立計量標校機構,測算經費需求,將區域站的技術保障工作納入正常業務,全面實現氣象綜合觀測業務現代化。

4 標校體系的建立

計量標校工作是技術保障體系的重要組成部分。計量標校是以測量儀器 (區域站的觀測儀器)為對象的,其目的是確認觀測儀器是否合格(是否符合標準)。合格的觀測儀器在沒有有效的維護保障制度下運行,就難以確保其合格的正常運行狀態,難以確保區域站有完整的使用周期;對不合格的觀測儀器需要有相應的維修供給保障制度,確保區域站完整有效。因此,標校工作的開展要求在完整的技術保障體系下運行,計量標校體系的建立過程可按圖 2進行。在具備完整的技術保障體系下,標校工作一般有 4種方法：

圖 2 標校體系建立過程

(1)比對觀測。使用便攜式高性能的氣象觀測設備作為標準,與被標校區域站置于同一觀測點,通過一段時間的對比觀測后,將標準與區域站的觀測資料進行分析,確認區域站是否合格。其優點是方法簡單,不影響區域站的正常工作。但可操作性不強,且對比觀測時間難以確認,合格與否不易判定。

(2)核查比對。將區域站移到室內與標準進行比對,或將傳感器與標準進行比對,按一定的核查方法,確定區域站是否合格。該方法簡便,操作性強,但不確定度較大。

(3)現場校準。按照中國氣象局監網司發布的《自動氣象站現場校準方法》進行現場校準。由于區域站數量太多,場地復雜,現場校準可操作性不強。

(4)室內檢定。編制區域站檢定規程,在室內檢定區域站的儀器。室內檢定具有科學的檢測方法和標準的檢測設備,是確認儀器合格與否的最有效途徑。但開展室內檢定的標準設備昂貴,檢測方法復雜,還需要有完善的組織體系和質量管理體系。

從計量角度出發,將核查比對與室內檢定結合起來比較科學。室內檢定合格的觀測設備,需要核查比對來檢查使用過程中觀測設備的性能變化情況,確認設備處于正常的工作狀態。當核查比對中發現觀測設備性能有疑問時,可由室內檢定確認觀測設備是否合格。

核查比對的計量標準可參照現場校準或室內檢定的標準配置。標校設備如表 3所示.

表 3 核查比對標校設備

在現有的技術裝備保障方案中,一般采用省市縣 3級保障機制,其優點是充分利用了省市縣的人力資源,使保障工作及時有效。考慮到標校工作既需要標校用計量標準,又需要合格的標校人員,顯然省市縣都具備是不現實的,宜采用省市 2級標校。

因此,綜合考慮工作量大小、標校方法,可確定標校機構建設方案：

(1)省級氣象計量部門,負責全省的計量管理和質量監督工作,配置部門最高計量標準。

(2)組建市地局標校實驗室,根據所屬區域站的多少,配置相應工作人員和核查比對設備。負責本地區區域站的核查比對,每 2 a進行一次。其標校質量由省級氣象計量部門考核。

(3)縣級氣象站配合市地局做好標校工作。

5 應用與實踐

目前,浙江省嘉興市氣象局成立了區域站標校實驗室。其情況大致如下：

人員：編制 4人,縣局保障人員協助現場工作。

職責：負責全地區約 70個區域站的標校、維護和運行監控。

標校項目：溫度、濕度、氣壓、風向風速和雨量的室內標校。

標校方法：參照自動氣象站現場校準方法和自動氣象站室內檢定規程 (試行)。

運行管理：市局業務部門。

質量監督：市局和省局業務部門。

技術支持：省局保障部門。

經費支持：市局。

目前該局標校體系運行良好,對確保區域站資料準確、可靠奠定良好的基礎。

6 結 語

區域站作為新建的業務項目,國家投入了大量經費,促進了我國氣象事業現代化發展。標校工作是區域站保障工作的重要組成部分。當前,我們應加快區域站的標準化和規范化建設,研究計量標校方法,研制計量標校設備,成立標校部門,以加快標校工作的實施。

[1] 中國氣象局.自動氣象站檢定規程 (試用).

[2] 羅昶.省級氣象計量檢測業務管理系統的構建與設計[J].浙江氣象 ,2008,29(2)：40-43.

[3] 全國論證認可標準化技術委員會.檢測和校準實驗室能力的通用要求 GB/T27025-2008[S].中國標準出版社,2008.

[4] 全國法制計量管理計量技術委員會.計量標準考核規范JJF1033-2008[S].中國計量出版社,2008.

[5] 全國法制計量管理計量技術委員會.法定計量檢定機構考核規范 JJF1069-2007[S].中國計量出版社,2007.