ビデオATMOS 41のクリーニング方法
当社のアプリケーション専門家が、ATMOS 41 オールインワン ウェザーステーションの正しいクリーニング方法を実演します。
遠隔気象観測所と気象観測機器：より高品質なデータのためのベストプラクティス
最高品質の気象データを得るために、ウェザーステーションを設置する際に考えたい7つの基本的なステップを詳しく紹介する。 最高品質の気象データを得るために、ウェザーステーションを設置する際に考えたい7つの基本ステップを詳しくご紹介します。
遠隔気象観測所の設定
METERでは、長年にわたり何千もの遠隔気象観測所や気象観測機器を設置してきたため、設置の際に何をすべきで、何をすべきでないかについて多くのことを学んできました。
この記事では、最高品質の気象データを取得するために、ウェザーステーションを設置する際に考えたい7つの基本的なステップについて詳しく見ていく。
- フィールドテスト
- 正しいサイト選び
- 高品質の設置技術
- 現地チェック
- トラブルシューティング
- メタデータの記録
- 設置後の考慮事項
始める前に正しい気象観測機器を使用していることを確認する。
覚えておくべき重要なことのひとつは、高品質のデータを得るためには、それぞれの用途に適したウェザーステーションを設置する必要があるということです。この20分間のウェビナーでは、研究科学者のダグ・コボス博士が、どのタイプのウェザーステーションが様々なタイプの用途に適しているかを探ります。ぜひご覧ください：
- コスト分析において、データ品質対メンテナンス、測定パラメータの組み合わせを考慮すべき理由
- 3シーズン性能と4シーズン性能の比較
- 低級、中級、高級のどのソリューションがどのような状況で必要なのか。
- さまざまなソリューションの長所と短所
- ATMOS 41ウェザーステーションは他の方法と比べてどうですか？
- あなたの用途において、性能を価格で割ったスイートスポットはどこですか？
ステップ1：現場での事前テストが頭痛の種を防ぐ
良い設置のために見落とされがちなステップのひとつが、現場に持っていく前に気象観測機器をテストすることです。出発前に計測器をセットアップして、すべてが機能していることを確認し、必要な道具がすべてそろっていることを確認することが重要です。オフィスや自宅の庭、あるいは近くの公園で機器をテストすることもできる。取り付け金具をすべて揃え、気象計やセンサーがすべて機能していることを確認する。バッテリー駆動のシステムやソーラーパネルがある場合は、それらが充電されているかどうかを確認する。データ収集システムが機能していることを確認する。キャンベル・サイエンティフィックのロガーのようなプログラム可能なデータロガーを使用している場合は、そのプログラム方法を理解していることを確認してください。ロガーのプログラムをテストし、正しく機能し、記録されていることを確認します。現在、多くのデータ収集バックボーンはリモートデータ配信を備えているため、データがサーバーに流れ込み、それらのデータにアクセスできることを確認してください。
図2は、モンタナ・メソネットがすべてのステーションを屋上に設置して比較テストを行っているテストサイトの例である。これにより、すべてが機能しているかどうかをチェックし、設置に必要なすべての機器が揃っていることを確認することができます。このようにすれば、セットアップに必要な工具、取り付け金具、さまざまなウィジェットがすべて揃うことになる。
ステップ2：遠隔気象観測所の設置に適した場所を選ぶ
様々な気象観測基準には、気象観測機器を設置するためのベストプラクティスを列挙したルールが概説されている。標準的なベストプラクティスのひとつは、傾斜の少ない場所を選ぶことです。地域によっては不可能な場合もありますが、できるだけ傾斜の少ない場所を選びましょう。世界気象機関（WMO）は、障害物の高さの10倍以上の距離をとるよう定めています。世界気象機関（WMO）では、障害物の高さの10倍以上の距離をとるよう定めています。例えば、敷地内に2メートルの低木がある場合、気象観測機器はその低木から20メートル離れた場所に設置する必要があります。ASABEの基準では、障害物の高さの10倍から50倍としている。
もう一つのベストプラクティスは、気象観測所の高さの100倍の均質なフェッチ（土地利用の変化や障害物のない場所）に気象観測機器を設置することです。つまり、2メートルの高さに測候所がある場合、約200メートルの均質なフェッチを持つことが最適です。図3は、障害物とフェッチの理想的なサイトであり、一般的な気象観測に最適なサイトである。
もう一つ気をつけなければならないのは、日射計と雨量計の頭上の障害物です。雨量計の上に障害物があると、雨量測定が台無しになってしまいます。日射計の "ビューファクター "を常にチェックしてください。図4を見ると、日射計がデータロガーの下にあり、樹冠の下にあります。このような障害物は日射計のデータを混乱させます。
さらに、長波放射の日射計やネット放射計を持っている場合、これらの気象観測機器は通常、半球状または180度の視野を持っています。もし180度の半球視野を遮る木や建物があれば、それが偏りや誤差の原因となる可能性がある。そのため、この種の気象観測機器は、広い空にさらされていることが重要なのだ。
また、リモート気象ステーションは、建物、舗装道路、小道、植生がある場所であればむき出しの土など、太陽に照らされて熱を持ち、気温を不自然に上昇させるようなものから離れた場所に設置したいものです。また、図4のように水辺の近くに気象観測所を設置しないでください。
上述した規則は一般的な気象観測のためのものであり、必ずしも特殊な観測のためのものではないことに注意。図5は、WMOのTier 1サイトのガイドから基準を示したものである。
WMOのガイドラインでは、最小限の傾斜、低植生、熱源から100メートル離れた場所、水域から100メートル離れた場所を推奨している。
気象観測機器や遠隔気象観測所を設置する際に考慮すべき最後のことは、微気候の影響である。局地的な窪地には計器を設置しないこと。局地的な低気圧では、安定したコンディションで晴れた夜に逆転現象が起きると、特に気温に大きな偏りが生じる可能性がある。
図6は、ATMOS 41オールインワン気象ステーションをテストしているMETER屋上テストベッドの図である。約220メートル左側には、土壌センサー、水文学装置、水深センサーをテストする小川の底にある別のMETERテストサイトがある。この2つの場所の間には、約30メートルの高低差と約220メートルの水平距離がある。
最近、これらの場所の低温をチェックした。 ZENTRA Cloud屋上のテストベッドと小川の底のテストベッドの間には6℃の温度差があった。このことから、遠隔気象観測所や気象観測機器を局地的な窪地に設置することで生じる誤差の大きさがわかるだろう。
さらに、サイト付近の植生にも注意してください。測候所付近の植生は代表的なものでなければなりません。また、尾根の上には気象観測システムを設置しないことが重要です。同様に、屋上は一般的に気象観測には適していません。実際、屋上の暖房による気温の偏りが大きくなるため、標準化団体は屋上の設置を認めません。(METERでは、屋上で高品質の気象観測を行おうとしているわけではないので、性能の問題を調べるために屋上のテストベッドで済ませている）。しかし、屋上は一般的に良くない場所であることに注意してください）。
特定の微気候を特徴づける必要がある場合は、その微気候に測候所を設置すべきである。総合的な害虫管理やあらゆる種類の病害のモデリングのためには、多くの場合、作物のキャノピーでモニタリングを行う必要がある。動物の快適性を調べるのであれば、動物がいる囲いの中に気象観測機器を設置すべきです。スポーツ会場のような都市部で人間の快適さを測定するのであれば、測候所はスポーツ会場に設置すべきである。特定の作物における「植物の快適性」（すなわち、水やりのタイミングや植物のストレス）を測定したい場合、インターネットから気象データを入手することはできない。その微気候の中に気象観測機器を置く必要がある。
例えば図8では、アイダホ州の特定のジャガイモ畑について、圃場内の気象観測所データとインターネット上の地域気象観測所データが一致していないことがわかります。このビデオでは、コリン・キャンベル博士が、このことが栽培日数（GDD）モデルの予測精度にどのような影響を及ぼすかを示しています。
ステップ3：遠隔気象観測所の設置技術とベストプラクティス
現場に行くときは、必要だと思う以上の道具を持っていくこと。工事専用のシャベルと、ジップタイ、ペンチ、マーカー、懐中電灯、バッテリーなどの重要な道具を詰めた専用の工具箱があれば、現場に何時間も往復する手間が省ける。
さらに、動物や人が立ち入らないように、囲いを使うことも考えてみよう（図9）。
METER社はTAHMO社と提携しており、TAHMO社は現在、600近い遠隔気象観測所を擁するアフリカ最大の運用気象ネットワークを運営している。アフリカでは気象観測機器をむき出しにしておくと行方不明になることが多いため、彼らは動物や人が入らないように、ATMOS 41のすべての観測所の周りに囲いを設置している。また、動物が計器を破壊することもある。東アフリカのある研究者は、ハイエナにコードを引き抜かれたり、象に気象観測所ごと持ち去られたりして困っている。そのため、敷地の周囲にフェンスを設置することを検討してほしい。
出発前に取り付け金具を締めることも重要です。METERはテキサスA&M大学に降雨テストベッドを持っており、テキサス州の雷雨による高強度の降雨を研究しています。最近、私たちはそのテストベッドのデータを引き上げ、いくつかの降雨異常を見ました。加速度計のデータをチェックしたところ、すべての測候所が水平でないことがわかった。図10は、研究技術者が気象観測所をチェックしに行ったときに見たものを、アーティストが再現したものだ。金具が滑っていたため、彼はこのテストベッドを完全に作り直さなければならなかった。
また、悪天候に備え、すべてを安定させるためにガイワイヤーを設置する必要がある。ガイワイヤーを設置しないと、計器類が垂直ではなく水平になってしまう。
磁気偏角を考慮するため、風向センサーの向きを（磁気ではなく）真北または真南に向けることを忘れないでください。また、温度センサーを放射線から保護することも忘れずに。これは計器を選ぶときに注意することかもしれませんが、見落とされがちなことです。なぜこれが重要なのか、ダグ・コボス博士が放射線にさらされたセンサーのエネルギーバランスについて、それが引き起こす可能性のあるエラーについて考察している以下のウェビナーをご覧ください。
鳥を遠隔気象観測所に近づけないようにすることが重要です。鳥は開けた場所にある背の高いものに止まるのが好きなので、開けた場所の真ん中に置いてある気象観測機器はダメージを受ける危険性がある（雨量計が詰まってしまったり、日射計が鳥の排便で覆われてしまうなど）。ほとんどの研究者は鳥よけのスパイクリングを取り付けている。
さらに、ケーブル管理にも注意を払うこと。電気的な接続とケーブルは、あらゆる環境計測器の問題の第一の原因である。これらの接続は非常に重要だが、妥協しやすい。そのため、ケーブルが地面に沿って走っている場合は、フレキシブル電線管でケーブルを保護するか、小動物にかじられないように注意してください。
図13は、遠隔気象観測所のケーブル管理の悪い例である。ケーブルが固定されずにぶら下がっていては困る。
図14は、優れたケーブルマネジメントの例である。このセットアップでは、すべてのケーブルを整頓して保護するケージ付きのケーブル・マネジメント・システムを使用しています。ケーブルが動物に引っかかることもなく、動物がケーブルにアクセスしたり、噛んだりすることも難しい。
ステップ4：現地チェック
フィールドを離れる前に、気象計を水平にすることを忘れないこと。そうしないと、雨量計の受け口や開口部が変わってしまい、明らかな誤差が生じます。また、風速計、日射計、長波放射センサーも、水平にしないと誤差が生じます。図15は、水平でない放射センサーのデータがどうなるかを示しています。
図15の上のグラフは、2つの日射計のデータを示している。センサーの1つは東にずれており、もう1つは水平である。東を向いている方が早くオンラインになり、早くピークアウトしているので、片方のセンサーが水平でないことによるオフセットがある。
図15の下側のグラフを見ると、晴天の日には日射センサーの片方の校正に誤差のようなオフセットがあることがわかる。しかし、最後の日は曇りで、両方のセンサーがほぼ完全に一致している。つまり、誤差の正体は、片方のセンサーがわずかに南を向いていて、水平センサーよりも多くの放射線を拾っているのだ。拡散空の日には誤差は見えないが、晴天の日には見える。このようなタイプの誤差は、現地にある1つのセンサーから特定することは困難であるため、気象観測機器を水平にすることが重要である。ほぼすべてのリモートウェザーステーションには、センサーを水平にするためのバブルレベルが付属しています。ATMOS 41ウェザーステーションには加速度計が搭載されており、データストリームでXとYの傾きを提供するため、現場でセンサーを見ることなく、リモートで水平かどうかを確認することができます。
また、現地を離れる前に、各測定データをチェックし、それがもっともらしいものであることを確認する。気温のデータが、暖かく感じる日に寒いと言っていれば、明らかに問題がある。放射線センサーが妥当な値を示していることを確認してください。日射計のキャップを外したままにしていて、かなり後になってからそのことに気づいた人を見たことがある。もしデータをチェックしていれば、1メートル四方あたり1000ワットではなく、0ワットに近い値を示していたはずだ。
ZENTRA ユーティリティ・モバイルでは、ブルートゥースを使用してスマートフォンやタブレットで数値を確認することができます。現地に携帯電話データがある場合は、スマートフォンまたはタブレットでZENTRA Cloud フィールドアプリを使用して、データがcloud にストリーミングされていることを確認することもできます。
また、これらのツールを使って、出発前にシステムの電源が充電され、正常に動作していることを確認してください。そうすれば、オフィスに戻ったときに必要なデータがあるという完全な確信を持つことができます。
ステップ5：トラブルシューティング
リモート気象観測所のセットアップで起こりうる問題に備え、使用するさまざまな気象観測機器のサポート文書にアクセスできるようにしておきましょう。ユーザーマニュアル（電子コピーまたはハードコピー）、インテグレーターガイド、テクニカルシートなど、トラブルシューティングに必要と思われるものは何でも持参してください。また、計器サポート部門の連絡先もお忘れなく。問題が発生したときに役立ちます。
ステップ6：メタデータの記録
研究者が見落としがちなことの1つは、データをより意味のあるものにするために関連するメタデータを書き留めることである。有名な言葉を思い出してほしい："最も短い鉛筆は最も長い記憶よりも長い"。書き留めなければ、データを理解するために必要な重要な情報を忘れてしまう。記録すべき重要なメタデータは、GPSの位置、サイトの標高、気象観測機器の高さ、土壌や水中で測定している場合はその深さです。また、敷地の傾斜やアスペクト、植生の特徴、障害物、日陰の問題、建物や舗装道路、水辺への露出なども記録する必要があります。
WMOの基準では、現地に持って行き、メモを書き留めるのに役立つかもしれないテンプレートを提供している。しかし、必ず写真も撮っておくこと。特に現場のパノラマ写真は貴重です。
ワシントン州立大学のAGウェザーネット・ウェブ・ポータルを訪れると、数百の観測所のパノラマ写真を見ることができる。いくつかの写真を見ると、気象観測所として完璧な場所ではないことがわかる。WMOの基準に違反している木もあるが、それを知っていれば、測定の意味が増す。
測定器のメタデータも必ず収集してください。図19は、ZENTRA cloud からダウンロードしたエクセルファイルです。ZENTRA Cloud からデータをダウンロードすると、関連するすべてのメタデータが得られます：ロガーに関する情報： SIMカード、セル信号、GPS位置、さらにセンサーのシリアル番号とすべての測定器の名前が得られます。また、ファームウェアのバージョンなど、これらのメタデータにさらに意味を与える追加フィールドを追加することもできます。METER は、ZENTRA cloud のメタデータ機能を継続的に改善していますので、今後の機能追加にご期待ください。
ステップ7：ポスト・インストール
最後に、オフィスに戻ったら、早めにこまめにデータをチェックすること。遠隔地の測候所のリモート・データ・アクセスは大きな助けとなる。ZENTRA Cloud やその他のリモート・データ・アクセス・プログラムを使えば、データはすでにグラフ化されているので、データの異常やサイトの問題を探すことができます。ZENTRA Cloud にアラートがあり、問題があれば教えてくれる。
例えば、バッテリーの充電レベルをチェックして、バッテリーを交換するために現場に行くタイミングを確認することができる。日常的にデータを見ることで、質の高いデータセットを実現することができる。
リモートウェザーステーションFAQ
気象観測機器を水平にし、方向を定めるとき、どの程度の精度を求めるべきか。
レベルが高ければ高いほどいい。XとYがぴったり合っているのがベストです。ランベルトの余弦の法則を調べれば、晴天時の日射量測定で予想される誤差がわかります。雨量計は特に問題で、バケツが傾いていたり、雨量計が水滴をカウントしていたりするとなおさらです。水平が十分でないと、雨量測定値を収集できません。もし4度や5度でも水平がずれてしまうと、データとして問題が出てくるからだ。
都市部での気象変数測定のベストプラクティスは？そのような設置に関する推奨事項があれば教えてください。
都市部の微小環境は自然地域よりも厳しい。そのため、2ブロック離れた場所や、日陰ではなく日当たりの良い建物の反対側ではなく、関心のある場所に測候所を設置する必要がある。微気候の影響も考慮しなければならない。多くの都市部では、微気候の影響を明らかにし、利害関係者のために、より局地的な観測を行うために、気象観測機器の密集したネットワークを設置している。
遠隔気象観測所の設置に関して、従うべき特定のチェックリストはありますか？
チェックリストの使用を強くお勧めします。一般的な設置チェックリストはこちら、ウェザーステーションの設置に関する注意事項はこちらです。
気象観測機器の校正やメンテナンスについて、何かお勧めはありますか？
ほとんどの観測機器は、ある程度のドリフトがあり、時間の経過とともに精度が低下する。気象観測機器の定期的な再校正は標準的な慣行である。放射センサー、湿度センサー、温度センサー、気圧センサーの各メーカーは、ドリフトを規定し、センサーの再校正の頻度について推奨しています。弊社では、ATMOS 41 日射センサーを2年ごとに交換することを推奨しています。また、気圧と相対湿度のドーターボードについても同様の推奨をしています。センサーの精度を保つことを強く意識しているため、これらの部品は現場で交換可能で、ユーザーが簡単に交換できるようにしています。
もし、氷河の表面のようにあまり安定していないような場所に遠隔気象観測所を設置する場合、そのような状況ではどうすればいいのでしょうか？
氷河では、測候所を固定するのに十分な安定性を確保するために、支柱を氷河のかなり奥深くまで打ち込む必要がある。地表からの高さは時間の経過とともに変化していくからだ。また、測候所の存在は、融解のような微気候の影響を引き起こすかもしれない。遠隔地からのデータアクセスやストリーム内の写真があれば、ほぼリアルタイムで何が起きているのかがわかるので、問題があれば設置を修正することができる。
ATMOS 41ウェザーステーションとZL6 データロガーをご覧ください。
質問は？
ウェザーステーションがお客様のアプリケーションにどのように利用できるかをお知りになりたいですか？当社の科学者は、研究者や生産者が土壌-植物-大気の連続体を測定するのを何十年も支援してきた経験があります。
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