夜間農業氣象觀測中新型自動氣象站的應用研究

馬麗

摘 要：氣象觀測是獲取氣象信息，掌握災害性天氣發生情況的重要手段，對保障農業生產效益和經濟效益發揮著不可替代的作用。然而受我國地勢條件和多變氣候的影響，常規氣象站站點建設較為困難，分布稀松，每天只能開展幾次定點觀測記錄，在遇到暴雨等中高尺度的天氣或夜間時，觀測系統難以正常運行。對此，本文就新型自動氣象站的應用展開論述，分析其應用優勢及注意事項，從而提高氣象觀測業務在農業發展中的地位。

關鍵詞：夜間農業氣象觀測;自動氣象站;應用

中圖分類號：S163+7文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190730061

引言

近年來，我國逐漸推出了新型自動氣象站的運行理念，能夠通過自動化觀測設備獲取各類高時間分辨率的氣象數據，極大地彌補了常規氣象站無法準確、實時監測氣象數據的不足，具有采集精度高、數據量小、可靠性高、性能好、功耗低等優點，還能對持續惡劣性天氣進行良好監測，不僅有利于部門決策，對于農業生產預警也有重要意義。

1 夜間農業氣象觀測的注意事項

1.1 雨凇與結冰

地勢條件的不同，氣候差異較大。北方地區最常見的便是出現雨凇和結冰，兩者外形相似，在夜間氣象觀測中難以準確鑒別。一般情況下，雨凇都是以毛玻璃、透明、光滑的形態出現，這是因為經過強烈的過冷卻降水后與地面的實物發生碰撞生成。結冰則是因為當地夜間溫度過低（<0℃）后露天水面發生凍結現象。

1.2 霜、露、積雪

霜、露、積雪這3類氣象要素對于夜間氣象觀測來說具有較大的阻礙，氣象人員需要格外注意。其中積雪是指雪落在地面后的覆蓋厚度高出觀測臺站所能感應的厚度，由此可以得到：積雪形成的條件需要以過量的降雪量為前提。此外，除了降雪，夜間也容易出現霜和雪。

除了上述氣象要素之外，還要注意霧凇、霜等能否共存。霧是指半徑微小的小水滴在空中大量懸浮形成。以往多由人工對霧進行觀測，能見度最高為幾百米，自動氣象觀測站則能保持在1000m以上。霧凇是因水汽凝華或霧滴凍結而生產的冰晶，表現為結構松散、顆粒狀。

2 我國自動氣象觀測站的發展

地面氣象觀測中對農業的氣象預測服務占據著重要位置，同時夜間對云、能見度和天氣現象的觀測也是較為困難的。運用自動氣象觀測站，可以把風向、溫度、濕度、氣壓、降水量等氣象要素以光磁轉換的方式把這些要素信息變為電信號，然后由電信號轉換處理變為數字信號，以存儲器為載體記錄相關數據，經過通信電路完成數據傳輸過程。自動氣象觀測站綜合運用了信息技術、計算機技術、互聯網技術等新型科技，形成了一套完整、高效、準確的監測體系，所制作的衛星云圖在農業氣象觀測業務中也應用得較為廣泛，特別是戰略部署、增產增收等方面，對實現農民增收具有重要意義。

我國當前使用比較廣泛、且效果較好的自動氣象觀測站是GPRS無線傳輸。對氣象服務有需求的用戶可以通過手機短信、互聯網等移動終端接收氣象數據，同時也可以登錄氣象預報平臺查看和設置數據，基本滿足了農業氣象業務的要求。但與其他發達國家相比，我國的自動氣象觀測站建設仍然存在問題，如站點過少、網格化管理力度不強、數據傳輸效率不高等。另外則是不能對雨凇、陣雨、雨夾雪、結冰等氣象信息展開精確的自動化觀測，特別是對地理條件差、氣候變化較快的山丘地區來說，自動氣象站要發揮能效，對夜間進行科學觀測，氣象部門必須充分認識到提高觀測業務的重要性，不斷提高觀測能力，落實觀測工作，為農業生產提供便捷。

2.1 防災減災

新型自動氣象觀測站能夠幫助觀測人員快速獲得當地的氣象信息，這些基礎數據可以讓中心計算機系統準確計算出未來一段時間的氣候變化，結合衛星云圖，讓技術人員實時進行人工干預，例如人工增雨、人工防雹等，達到防災減災的目標。自動氣象站還能采集主要天氣指標，比如在部分極易出現干旱天氣的地區，如果不及時采取防控措施，可能會導致農產品的持續減收。在防治洪澇工作中，某一地區降雨量的持續增多，將給地方部門帶來沉重壓力，也會帶來較大損害，基于自動氣象站的信息采集，能夠改變這個地區的天氣條件，有效緩解壓力。

2.2 農業生產

傳統農業生產中，人們獲取田間信息的方式受到極大的限制，多通過人工觀測獲取，這就需要消耗大量的人力、物力和財力。隨著自動化氣象觀測技術的普及和智慧農業的發展，智能感知芯片、遠程控制系統等先進的現代氣象觀測技術能夠對作物灌溉、土壤營養、自然環境等狀況展開大面積監測，收集溫濕度、風力、大氣、土壤濕度、氮鉀磷含量、pH值等數據。自動氣象觀測站中的傳感技術可以為智慧農業的發展提供基礎，幫助種植人員準確獲取作物信息，實現科學監測、合理種植，達到抗災、減災，提高農業綜合效益，促進現代化農業轉型升級的目的。自動氣象觀測站可以提供豐富的農業生產信息，例如作物最佳種植期、灌水期等。經過長期的數據觀測，可以準確計算出此區域的氣候變化特征，根據特征加以科學劃分，探索一條適合本地培育的農業產業發展之路，幫助農民增產增收。

3 自動氣象觀測在夜間農業氣象觀測中的應用? 據統計，近2a農業氣象觀測業務的調整力度巨大，涉及的數據監測、數據整理、數據傳輸、資料分析、氣象預報等環節，減少了人工操作和誤差，增加了能見度自動觀測資料，優化了觀測項目、觀測時次、危報業務、氣象預報等流程。我國氣象觀測的項目種類繁多，操作也較為復雜，如云的狀態、能見度、溫濕度、風速、光照強度、凍土、地面濕度等。在推廣自動化氣象觀測站之前，僅僅是云的觀測，就要綜合總量、低云量、編報量、形狀等內容。而現在不再需要觀測云的性狀，并且取消了編報量工作。以前在觀測雪的氣象要素時，還要把其分為米雪和冰粒，現在只需要記錄下雪便可。大多數氣象觀測項目都已朝著智能化的方向發展，例如溫濕度、氣壓等。減少了觀測人員的工作負擔，不再需要在每天的夜里進行定點觀測。

3.1 雨量傳感器

農業夜間氣象觀測主要是對生態環境和生產活動進行環境監測，通過收集各類氣象要素信息掌握田間作物的生長狀況，幫助農戶快速反應，及時采取防范措施。自動化氣象觀測站一般由傳感器、采集器、控制設備、支架、傳輸設備等系統組成。其中，傳感器具有實時感應環境溫濕度、風向、壓力、土壤pH、鹽分、降雨量等作用，可以根據田間需求進行選配。雨量傳感器是自動化氣象觀測站的一個重要體現，適用于多項農業產業，用于遙感感應液體降水量、降水強度和起止時間。需要注意的是：傳感器線長會影響產品輸出信號，使用時不要隨意改動產品出廠時已焊接好的元器件或導線;傳感器應定期檢查，清除塵土、泥砂、樹葉、昆蟲，以免堵塞上筒（漏斗）水流通道，圓柱形過濾綱可卸下用清水沖洗;翻斗內壁有臟物，可用水或酒精或洗滌劑水溶液沖洗，嚴禁用手指或其它物體擦拭，以免沾上油污或擦傷翻斗內壁;冬季結冰期間，儀器應停止使用，可將其取回室內。

3.2 風向傳感器

風向傳感器，是一種以風向箭頭的轉動探測、感受外界的風向信息，并將其傳遞給同軸碼盤，同時輸出對應風向相關數值的物理裝置。風向傳感器可測量室外環境中的近地風向，按工作原理可分為光電式、電壓式和羅盤式等，被廣泛應用于農業領域。系統采用低功耗環保節能設計和數字處理技術，檢測精度高，量程寬，穩定性好，數據信息顯示線性度高，信號傳輸距離長，抗外界干擾能力強，能夠朱期內定位。

在使用新型自動化氣象觀測站時也容易遇到各種問題，如果不及時處理可能會給氣象觀測工作帶來諸多不便。自動氣象觀測站的故障主要有通訊故障、傳感器故障等。通訊故障是影響數據傳輸質量的關鍵環節，多數是因為雷擊事故或計算機損害，表現為數據信息顯示空白。應對雷擊損害可以立即去掉終端隔離器，恢復數據對接，如果更換隔離器仍未處理好故障，就要重新設置端口參數。傳感器是自動氣象觀測站的重要部位，需要重點控制和管理。在出現問題時，要排除是否為人為故障，如果是人為故障則要作缺測處理，重新安排觀測。如果是系統故障，則要考慮更換設備。

4 結論

為了讓農戶準確、實時獲得氣象信息，就要立足可靠的氣象觀測業務體系建設，豐富預報服務產品，完善數據觀測、分析和評價系統，對當地的土壤環境、病蟲害影響范圍等進行詳細監測，擴大服務范圍。建立綜合的預警平臺，形成部門聯動機制，由政府部門統一協調，細化觀測細則，建立完善的溝通機制，建立高效的響應系統。依托氣象業務系統、互聯網平臺暢通氣象預報渠道，提高氣象信息服務的覆蓋面，讓更多的人都能獲得需要的氣象信息服務。

參考文獻

[1] 邵文東，樂義，徐文龍，冀紅霞.新型自動氣象站在夜間農業氣象觀測中的應用[J].安徽農學通報，2015（14）：159-160.

[2] 方愛花，陳明忠，鄒燕惠.新型自動氣象站對夜間農業氣象的觀測[J].農業災害研究，2015（11）：47-48.