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1 引言 气象观测的自动化，大大提高了气象观测数据获取的效率。自动气象观测数据的可靠性在气象业务中尤为重要，提高其质量在气象观测业务中属于重要工作之一。一般自动站设备的硬件故障的主要特点是当自动气象观测设备发生故障后，气象观测数据会出现缺失，这种情况通过自动气象观测数据观测系统，可以及时被发现并提醒设备保障人员及时进行修复。 在自动气象站运行中，设备运行正常，但受观测传感器的精度下降、信号干扰、环境和天气影响等因素，同样会造成气象观测数据不能准确反映实际，造成自动观测数据质量下降。此时，自动气象站能正常采集和传输，在气象观测业务系统中不易于被发现，因此判定这类气象观测数据的可用性，发现隐含的设备故障也是气象业务保障的一项重要工作内容。 气象观测数据是天气预报与决策服务的基础，气象数据是否准确，直接影响气象服务的效果。自动气象站虽然可以迅捷获取气象实况数据，但由于众多无人值守的自动气象站，气象业务人员无法获取实时监控气象站的实际工作状态。因信号干扰、电子元件故障等原因，自动气象站亦可产生错误的信号，应在日常工作中进行检验判断，保证气象数据的准确性。自动气象站测得的气象数据，必须通过数据质量控制，发现和剔除错误数据，使自动气象站测得的数据更加准确，客观反映测站天气实况。
2 影响自动气象站数据质量的因素通过对秦皇岛地区近25年自动气象观测的总结，发现对自动气象站观测数据产生影响的因素主要包括以下几方面。 2.1 测站所在地探测环境造成的影响气象站周边环境因素对气象数据的影响，在无人值守的自动气象站中表现比较突出。国家气象站的建站选址一般较严格按照《地面气象观测规范》中气象站环境规定执行，虽然很多气象台站未能完全达到规范标准，但整体环境基本可行。而无人值守的自动气象站，在测站的选址建设中，受到社会因素的制约和测站所在的地理环境限制，很多无法达到国家气象站的环境标准，无人值守气象站观测环境恶劣，成为影响自动气象站数据质量的隐形因素，而且改善难度大。 2.1.1 障碍物对风向风速的影响无人值守自动气象站普遍存在的问题是周边的建筑和树木等影响风向风速。气象业务人员进行的障碍物对风速影响的实验表明，当实际风速大于5.0m/s时，在障碍物的背风区域，若观测场地与障碍物间距离为5倍障碍物高度，则可造成风速衰减70%；若观测场地与障碍物间距离为10倍障碍物高度，则约可造成风速衰减25%。 障碍物距离测站过近会对风向观测产生严重影响。当自动站建设在无法避开的成片障碍物时，如高山的一侧时，会造成测得的个别风向缺失。 2.1.2 测站杂草超高对温度的影响气象观测中空气温度观测、温度传感器布设在百叶箱中，距离地面1.5m。观测场地中杂草生长，造成温度传感器距离草面过近，影响气温观测数据客观性。通过对比实验，当观测场地杂草超高时，对自动气象站的温度数据有明显影响，特别是在夏季晴天中午前后，杂草高度超过100cm时观测到的空气温度平均高于标准气象观测场地0.8℃。 2.1.3 测站周边植物对降水量的影响自动气象站观测场地植物超高，影响雨量仪器的正常运行。超高的植物不仅直接阻挡雨水进入雨量仪器，而且植物叶子、草籽及尘土落入仪器，极易造成雨量仪器的堵塞，使雨量数据缺失。测站的高大树木的树冠遮挡了雨量仪器上方的降雨，造成小雨天气测站测得的降雨量偏小。碰到大雨以上的天气时，树冠叶子上的雨水滴落在雨量仪器中，造成观测的雨量偏大。即使树冠未遮蔽雨量仪器，当树木距离测站距离较近时，在风雨天气过程中也会因风的作用，使树冠上雨水落入雨量仪器，造成雨量观测数据失真。 2.2 自动气象站传感器和元器件故障对数据质量带来的影响2.2.1 设备电气干扰造成的影响自动气象站通过各气象要素传感器感应元件产生的电信号来采集数据。在传感器受到测站附近的强电、磁信号干扰时，会产生错误的信号数据。这类故障主要出现在温度、湿度的观测中，其特征是观测数据瞬间出现较大幅度的跳变，或出现异常的数值。 2.2.2 风传感器性能下降对气象观测数据质量的影响气象观测规范对风速仪器的启动风速做出了严格规定，风速设备的启动风速应≤0.5m/s。在设备日常使用中，雨水浸入、锈蚀等使设备硬件摩擦力变大，设备性能下降，造成风速传感器启动风速超标。在实际风速较小时，风速传感器的风杯无法转动，只有当风速较大时，风速传感器的风杯才能转动，进而观测到风速数据。气象观测数据中某一日静风的时次偏多，且1.0m/s以下的风速明显偏少。与邻近正常站风速对比，可明显发现风速曲线突变明显，风速为0m/s的时段较多。图1上图为临近正常站风速曲线，下图为启动风速异常站风速曲线。 风向传感器电气元件损坏时，造成的风向故障常表现为固定的方位风向缺失，长期缺失一个固定方位的风向数据，在排除外部因素造成的风向标无法转动和测站环境因素的影响，基本可确定传感器元件故障。 2.3 自动站设备供电问题对气象观测数据质量的影响本市绝大多数建设在野外的无人值守自动气象站，维持其运行的电力来源于太阳能板的供电。白天太阳能板提供的电能向蓄电池充电，蓄电池为自动气象站提供昼夜运行的电力。目前本市多数自动气象站配置的太阳能板功率约40W，蓄电池的容量为100Ah，电压为12V。自动气象站采用低功耗设计，以满足能长期在野外正常运行。通常6要素自动气象站的功耗为5W，日耗电量约120W；配备能见度的7要素自动气象站功率约11W，日耗电264W。在太阳能板不供电的情况下，蓄电池维持自动站运行不少于7天。 太阳能板的额定功率，只有在理想的状态下才能输出最大功率。目前自动气象站实际运行中，太阳能板的安置无法实现自动追踪太阳，始终保持阳光垂直照射太阳能面板。仅在中午时刻才能达到最理想状态，多数情况下阳光与太阳能板均有一定偏角，直接影响太阳能板的电力输出。季节对太阳能板电力输出影响显著，夏季日照时间长，太阳能板电力供应充足。在冬季的秦皇岛地区日照时间短，太阳能板能有效给蓄电池充电的时间为9～15个小时，全天充电约为6个小时，冬季是自动气象站因电力不足引发故障的主要时段。 云量直接影响太阳能板的电力输出，在阴天的情况下，高云使太阳能板电力输出约降低20%，中云使太阳能板电力输出约降低55%，低云使太阳能板电力输出约降低90%。在连日阴雨天气的时段，受云层的影响，自动气象站将长时间无法得到太阳能板的充电，仅依靠蓄电池维持设备运行。 设备长久运行造成的供电设施能力下降，表现为太阳能板产生电能性能降低和蓄电池的储能性能下降。即将造成自动气象站的持续运行时间变短，其特征是夜间或长期阴天天气条件下，自动气象站运行异常，致使自动气象站全部数据缺测或个别气象要素数据缺测。
3 降低自动站数据质量影响的改进措施3.1 改善自动站的探测环境对于环境因素造成的影响，自动气象站选址时应选取符合气象观测规范要求的场地。对于无法避开影响的测站，做出环境对气象数据影响的评估，确定其影响的程度，对该站进行特别标注，使气象服务和决策人员在开展天气实况分析时能合理做出参考。 定期开展观测场地维护，在夏季对测站草地的维护周期不超过20天，测站场地草高低于20cm。因科研或行业需要架设在荒岛、高山等业务人员不易到达区域的自动气象站，建议观测场地采取硬化措施。通过常年的气象观测对比，发现硬化的场地对观测数据的影响，远远小于场地植物高度超高对观测数据的影响。 抬高雨量仪器的架设高度，可大大减少灰尘、树叶等杂物对雨量仪器堵塞，降低雨量设备的故障率。通过实际的对比观测，雨量仪器抬高1米架设，能减少70%的雨量仪器堵塞故障，同时能更好地保证设备在极端天气下运行。传统规范安装的SL3-1型雨量仪器，器口距地面高度为70cm，而仪器的计数翻斗距地面仅30cm。极端天气下，如果测站积水深度超过计数翻斗位置后，设备将无法进行雨量的采集。近年我国部分地区出现的极端暴雨天气，众多自动气象站在暴雨中失去观测功能的情况比较普遍，不仅对气象服务和决策造成影响，更使测站的雨量观测资料缺失，是气候资料统计的重大损失。雨量仪器抬高1米后，只有当积水超过130cm后，雨量仪器才会出现故障。 及时清理测站周边的树木，避免降雨天气时，测站周边树木树叶上的雨水因风等因素落入雨量仪器，造成降水量数据的失真。 3.2 自动站电气因素造成影响的控制制定本地化数据质量阈值，设定自动站采样瞬时值的质量控制，合理设定极限值与瞬时变化率阈值。设定瞬时气象值的质量控制，设定气象值最大最小变化率、瞬时变化率的阈值，有效筛查数据的合理性。 对数据进行时间和空间的对比。数据的时间对比，是对观测要素不同时间的本站观测数据进行对比评估，发现有明显剧烈跳变的数据，判定数据的合理性。数据空间对比是以测站为中心，选取地理环境接近的距离5km附近的多个周边测站的同一时刻数据进行对比，根据与各站数据差异判定本地测站数据的合理性。以业务人员进行的风观测质控实例，对于静风时次明显偏多的台站，常采用与周边台站的风速进行对比，通过对比及时发现风速设备故障。通过观测系统察看风向的时序变动，发现长时间无变换的风向数据，以及不合理的风向变化数据。 3.3 设备电力问题的改进合理配置自动气象站蓄电池的容量，避免盲目采用过大容量的蓄电池。在自动气象站的电路设计中，为避免蓄电池深度放电造成电池损坏，充放电控制器具有对蓄电池的保护功能，蓄电池电压低于11.0V时切断负载输出，达到12.8V时恢复负载输出。过大容量蓄电池虽然可使自动气象站在无电力输入时可维持自动站更久工作，但当电池馈电时，由于电池容量过大，达到恢复负载供电的电压时，却需要更长时间，造成自动气象站无法工作的时间反而过长。应根据具体自动站的类型合理配置蓄电池容量，通过实际工作的总结，发现对于标配30～40W功率的太阳能板自动气象站，2要素站配备24Ah电池、4要素站配备38Ah电池、6要素站配备65Ah电池、7要素站配备100Ah电池是比较经济合理的配置。 加装太阳能板提升自动站电力输入，有效解决自动站电力故障。实际工作中发现，40W太阳能板仅能基本维持自动站的电力供应，连续多日的雨雪天气及冬季，常出现因电力输入不足造成自动站储电不足。适当增加电力的供应是解决自动气象站电力输入不足的主要手段。采用的方法是并联加装一块与原自动站太阳能板功率相同的太阳能板，在每个太阳能板的正负极引线上，各连接一个二极管，避免因电池板内部电压的不同形成的电流干扰（见图2）。 太阳能板供电的特点是夏季电力供应充足，而冬季不足，因此太阳能板的架设角度应侧重于冬季。安装自动气象站太阳能板时，太阳能板与风杆向下的夹角应小于本地纬度约10°，这样架设的优点，在冬季特别是冬至日前后，太阳能板有相对充足的日照，为自动站提供更多的电能。 定期更新太阳能板和蓄电池，蓄电池使用期超过5年，太阳能板使用期超过10年，建议进行更新，以避免其性能下降。
结语气象观测数据是气象各项业务的基础，对气象服务和研究结果起重要作用，只有精确的气象观测数据，才能为社会提供更优质的气象服务。探究影响气象观测数据质量的原因，有利于在业务工作中制定合理化改进方法，对提高业务人员的服务质量和气象观测数据质量具有积极的意义。 参考文献： [1]毛佩柱,张凯越,毛智政.影响自动气象站数据质量的因素分析[J].科技风,2026,(17):63-65.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202617021. 声明：本文所用图片、文字均为转载，如有涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认并立即删除内容。本文内容系作者个人观点，不代表物联网123观点或立场。
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发表于 2026-6-26 07:00:17