一．引文

氣象要素的精準(zhǔn)感知與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是氣象服務(wù)、生態(tài)保護(hù)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的核心技術(shù)支撐。氣象科研人員經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)地驗(yàn)證與技術(shù)迭代，小型氣象站憑借集成化設(shè)計(jì)、智能化運(yùn)行及低成本運(yùn)維的特性，已成為區(qū)域氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，其通過多傳感器協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量等要素的同步采集，為精細(xì)化氣象服務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

二．工作原理

小型氣象站的工作原理基于傳感器技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的深度融合。各類氣象傳感器作為系統(tǒng)感知終端，分別對(duì)應(yīng)不同氣象要素的捕捉與轉(zhuǎn)換，溫度傳感器利用熱敏電阻的阻值變化將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，濕度傳感器則通過電容值隨空氣濕度的改變實(shí)現(xiàn)濕度數(shù)據(jù)采集，風(fēng)速傳感器借助風(fēng)杯旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖頻率換算風(fēng)速數(shù)值，風(fēng)向傳感器通過風(fēng)向標(biāo)與格雷碼盤的角度對(duì)應(yīng)關(guān)系確定風(fēng)向方位，雨量傳感器利用翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)累計(jì)降水量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器作為系統(tǒng)中樞，將各傳感器傳輸?shù)碾娦盘?hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換與校準(zhǔn)修正，結(jié)合預(yù)設(shè)的算法模型完成數(shù)據(jù)的初步處理與存儲(chǔ)，同時(shí)通過通信模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，使分散的氣象要素?cái)?shù)據(jù)被整合為系統(tǒng)化的監(jiān)測(cè)信息。氣象工程技術(shù)人員強(qiáng)調(diào)，傳感器的精準(zhǔn)校準(zhǔn)與數(shù)據(jù)采集器的算法優(yōu)化是保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的核心環(huán)節(jié)，二者的協(xié)同運(yùn)行讓小型氣象站具備穩(wěn)定的環(huán)境適應(yīng)能力。

三．技術(shù)參數(shù)

小型氣象站的技術(shù)參數(shù)經(jīng)過場(chǎng)景化優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成適配多領(lǐng)域的性能指標(biāo)體系。溫度測(cè)量范圍覆蓋-50℃~100℃，精度控制在±0.5℃，濕度測(cè)量范圍為0~100%RH，精度可達(dá)±5%RH，大氣氣壓量程500～1100hPa，分辨率：0.1hpa，精度：± 1hPa，滿足不同氣候區(qū)的監(jiān)測(cè)需求。風(fēng)速測(cè)量范圍0~45m/s，分辨率0.1m/s，風(fēng)向測(cè)量范圍0~360°，準(zhǔn)確度：±3°，可精準(zhǔn)捕捉微風(fēng)至強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)速風(fēng)向變化。雨量測(cè)量分辨率0.1mm/0.2mm/0.5mm，測(cè)量誤差≤±3%，能有效識(shí)別小雨、中雨至暴雨的降水強(qiáng)度。數(shù)據(jù)采集器支持4-20mA、RS485等多種接口，兼容4G、北斗等無線傳輸方式，采樣頻率可在5min~60min范圍內(nèi)靈活設(shè)置，滿足不同監(jiān)測(cè)場(chǎng)景的頻率需求。設(shè)備可在0℃~80℃的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，太陽能供電系統(tǒng)搭配蓄電池儲(chǔ)能模塊，使設(shè)備能在無市電供應(yīng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期無人值守運(yùn)行。安裝過程需選擇開闊無遮擋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，確保傳感器探頭遠(yuǎn)離建筑物、樹木等障礙物，避免監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)受到干擾。

四．技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相較于傳統(tǒng)大型氣象站，小型氣象站的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在實(shí)踐應(yīng)用中得到充分凸顯。集成化設(shè)計(jì)讓設(shè)備體積小巧、重量輕便，運(yùn)輸與安裝流程被大幅簡(jiǎn)化，單人即可完成布設(shè)工作因而降低人力成本。低成本運(yùn)維特性使單臺(tái)設(shè)備的購(gòu)置與維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于大型氣象站，可實(shí)現(xiàn)高密度組網(wǎng)監(jiān)測(cè)從而填補(bǔ)大型氣象站的監(jiān)測(cè)盲區(qū)。智能化運(yùn)行模式使設(shè)備具備自動(dòng)校準(zhǔn)、故障自檢與數(shù)據(jù)補(bǔ)傳功能，異常數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)標(biāo)記同時(shí)觸發(fā)告警提示，保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性與完整性。設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，既能在平原、丘陵等常規(guī)區(qū)域布設(shè)，也能在高原、山區(qū)、海島等復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，不受極端天氣與復(fù)雜地形的限制。

五．應(yīng)用場(chǎng)景

小型氣象站的應(yīng)用場(chǎng)景已覆蓋農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域。

1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，設(shè)備被用于田間地頭的氣象要素監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)獲取的溫度、濕度、降水量數(shù)據(jù)為農(nóng)戶的播種、施肥、灌溉等農(nóng)事活動(dòng)提供科學(xué)指導(dǎo)，助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

2.林業(yè)生態(tài)領(lǐng)域，設(shè)備可監(jiān)測(cè)林區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向與溫濕度變化，為森林火災(zāi)預(yù)警與病蟲害防治提供數(shù)據(jù)支撐，降低災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

3.水利防汛領(lǐng)域，設(shè)備被布設(shè)于水庫、河道沿岸，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)降水量與風(fēng)速數(shù)據(jù)，為洪水預(yù)報(bào)與防汛調(diào)度提供決策依據(jù)。

4.環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，設(shè)備與空氣質(zhì)量傳感器聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氣象要素與空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的同步監(jiān)測(cè)，為大氣污染防治與環(huán)境質(zhì)量評(píng)估提供綜合數(shù)據(jù)支持。

5.此外，小型氣象站還被廣泛應(yīng)用于城市氣象監(jiān)測(cè)、校園科普教育、高速公路氣象預(yù)警等場(chǎng)景，其靈活的布設(shè)方式與穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，使其成為精細(xì)化氣象監(jiān)測(cè)的重要載體。

六．總結(jié)

隨著氣象服務(wù)精細(xì)化需求的提升，小型氣象站的技術(shù)迭代持續(xù)推進(jìn)。該系統(tǒng)以其低成本、高適配、易運(yùn)維的核心優(yōu)勢(shì)，為區(qū)域氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供成熟解決方案，在氣象防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，成為推動(dòng)氣象科技普惠化的重要技術(shù)支撐。