如何保障高纬度极寒天气区域自动站的正常运行

如何保障高纬度极寒天气区域自动站的正常运行

韩凤岐 ，李冰

漠河市气象局 黑龙江 漠河 165399

引言

随着我国气象事业不断的发展，为了更准确针对中小尺度灾害性天气监测需要，根据中小尺度天气系统的典型空间和时间尺度特征，对全国中小尺度天气地面监测站密度指数的需求分析，各省（区、市）气象局在对不同地域的中小尺度自动气象站地面观测网进行具体设计的区域气象观测站的布局。由于自动站必须要有代表性，站点多选择在空旷的野外，大部分站点因没有电力覆盖，只能利用太阳能板发电转换到直流12v蓄电池，再输送到各传感器，确保采集数据工作正常运行。然而，在高纬度零下-40℃以下极寒的冬季，如何确保区域自动站的正常运行的确是比较困难的。下面将漠河气象局的十一个区域自动站所遇到的问题，及解决这些问题的方法进行分析，对有出现同样问题的区域自动站处理方法给与参考。

1 区域自动站故障分析

漠河区域自动站使用的是CAWS600- R (T)型自动站，工作电压DC6V，后改为DC12V。工作电流: 静态~32mA,信号查询~37mA，数据传输~210mA。当冬季到来遇到极寒天气时，会对区域自动站蓄电池会造成一定的损害，致使电压、电流减小，蓄电池释放电量过快，电流达不到工作所要求的区间时，就会出现以下情况：

（1）传感器所采集的数据不准确并伴有“野值”的出现，造成采集到的气象数据不能用。

（2）若极寒天气继续后延，还会出现白天气温回升，采集时有数据，夜间气温下降则采集不到数据。

（3）采集的数据断断续续时有时无。

（4）全天或几天采集不到数据，造成区域自动站的瘫痪。

（5）电力不足导致数据不能及时上传。如果极寒天气持续时间过长，还会导致蓄电池膨胀变形损坏，同时对自动站的正常运行和维护带来极大的不便。

2 出现问题的原因

造成蓄电池供电不足原因除极寒天气外还有以下几个方面；

（1）太阳能光板前有遮挡物，造成太阳能板接收太阳辐射量的减少。

（2）太阳能板安装的角度过小，遇有降雪就会覆盖在上面，影响太阳辐射能量的接收。

（3）由于高纬度极寒的冬季太阳高度角小，日照时间短，极寒天气伴随着冰雾天气的出现，相应缩短日照时数，影响太阳能板接收日照辐射时效。

3 区域自动站维护意义

为了对气象服务要求进行有效满足，从20世纪初我国就在各地建设了很多天气区域自动站，这些天气区域自动站的建设对天气预警和天气监测都能起到很大的帮助。

现在人们进行农业和工业生产时都会先看看气象预报，对气象预报的依赖变得越来越严重，也因此对天气区域自动站提出了更高的天气监测预警要求，但是漠河地区的区域自动站位于天气十分严寒的高纬度地区，因为天气的影响很可能导致天气区域自动站出现故障，而出现故障的区域自动站会给正常运行带着很大影响。如何确保天气区域自动站在极寒天气也能正常运行是现在急需解决的重要问题。在区域自动站运行中，维护保障工作起着重要作用，不仅能够对气象站测量精度带来直接影响，还能对采集数据的完整性造成直接影响，同时能够影响数据的准确性和有效性。维护保障工作对物力和人力的要求都很高，随着设备使用年限的延长，自动站发生故障的频率也在不断增加，其中传感器和采集器是最容易出现故障的部件，特别是处于极寒地区的自动站出现故障的频率会更高。因为严寒地区能够给自动站提供太阳能的时间比较短，而且寒冷会增加部件的损坏率，因此，需要积极寻找保障寒冷地区区域自动站的策略，确保区域自动站能够为人们提供准确的天气预测。

3 解决的方法

3.1 蓄电池采用埋地的方法，根据蓄电池的体积来采购pp材料蓄电池地埋箱，将蓄电池放入箱内接好导线，将接线柱封胶，将导线从地埋箱的穿线孔穿出（穿线孔配有塑料软管即可以穿入导线，还可以充当地埋箱通气管），将地埋箱加盖用配套的紧固件收紧。

3.2 选择地势稍高的地方，埋地深度是地埋箱高度的三分之二，将地埋箱放入土中，上面埋土厚度约5cm（这是为了防止观测场降水过大，排放不及时,导致地埋箱进水引发蓄电池短路）。

3.3 以2016年12个月极端最低气温及浅层极端最低温度资料对比来分析，可以看出，即使在极寒的温度下，地面浅层5cm温度振荡幅度不大且温差小，而且它的最低温度极值仅为-17.9℃，地埋后的蓄电池不再受到极寒天气的影响，电压、电流的工作状态保持正常，还能够延长蓄电池的使用寿命。

表1 2016

年月最低极端气温和浅层5cm极端最低温度对照表

4太阳能光板安装要求

4.1 太阳能光板前不能有遮挡物，如有矮小的遮挡物可适当调高太阳能光板，使太阳能光板完全接收太阳辐射。

4.2 太阳能光板安装的角度要大，设为70-80度之间为宜，主要是防止遇有降雪天气，尤其是早春和初冬季的降雪或雨夹雪沾挂在太阳能光板上，冬季防止有积雪覆盖在上面，影响太阳能光板接收太阳辐射。

4.3安装太阳能光板的方位要考虑到冬季太阳高度角小，日照时间短的特点，以太阳能光板接收到太阳辐射最大化为宜。

5 小结

区域自动站蓄电池在使用地埋的方法前（2007年~2015年）9年时间里，在极寒的冬季到来时都出现瘫痪不能用的状态，导致气象数据的缺失。2016年区域自动站蓄电池采用了地埋方法后，至今4年多的时间里，区域自动站在极寒的冬季到来时，再也没有出现过此类情况，区域自动站运行正常，同时也节省了人力和物力，减轻了维修人员的工作强度。

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