動画ATMOS 41 クリーニング説明書
当社のアプリケーション専門家が、ATMOS 41 複合型気象計測ユニットの正しいクリーニング方法を実演します。
遠隔気象観測ステーションと気象観測機器：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します。 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。
遠隔気象観測ステーションの設定
METERでは、長年にわたり何千もの遠隔気象観測ステーション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きます。
- 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として挙げられるのは、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較してどうか？
- アプリケーションにおけるパフォーマンスと価格の最適なバランスはどこか?
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ます。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します。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します。また、データ収集システムが機能していることも確認してください。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ましょう。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す。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ります。
ステップ2：遠隔気象観測ステーション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ます。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。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倍としています。
もう一つのベストプラクティスは、気象観測ステーションの高さの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す。
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ります。この種の気象観測機器が広い空にさらされていることが重要なのは、そのためです。
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は気象観測ステーション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す。
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ます。
気象観測機器や遠隔気象観測ステーションを設置する際に考慮すべき最後のことは、微気候の影響です。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ります。
図6は、ATMOS 41 複合型気象計測ユニットをテストしているMETER屋上テストベッドの図です。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テストサイトがあります。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ります。
最近、これらの場所の低温をチェックしました。 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℃の温度差がありました。このことから、遠隔気象観測ステーション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でしょう。
さらに、設置場所周辺の植生にも注意してください。植生は気象観測所周辺の代表的な植生である必要があります。また、気象観測システムは尾根の上に設置しないことが重要です。尾根の上は測定に偏りが生じるためです。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、標準化団体は屋上への設置を認めていません。屋上は温度上昇によって気温に大きな偏りが生じるためです。（METERでは、屋上で高品質の気象観測を行うわけではないため、性能の問題を調べるためのテストベッドを屋上に設置することは避けます。一般的に屋上は設置に適さない場所であることに留意してください。）
特定の微気候の特性を解析する必要がある場合は、その微気候内に気象観測ステーションを設置する必要があります。総合的病害虫管理やあらゆる種類の病害モデリングでは、多くの場合、作物のキャノピー内でモニタリングを行う必要があります。動物の快適性を調べる場合は、動物がいる囲いの中に気象観測機器を設置する必要があります。そうしないと、測定値が状況を代表するものではなくなります。スポーツ会場のような都市部で人間の快適性を測定する場合は、気象観測ステーションをスポーツ会場内に設置する必要があります。特定の作物における「植物の快適性」（つまり、水やりのタイミングや植物のストレス）を測定する場合、インターネットから気象データを取得することはできません。気象観測機器をその微気候内に設置する必要があります。そうしないと、測定値が代表的ではなくなります。
例えば、図8では、アイダホ州のあるジャガイモ畑において、畑の気象観測所のデータとインターネット上の地域気象観測所の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、これが生育度日（GDD）モデルの予測精度にどのような影響を与えるかを説明します。
ステップ3：遠隔気象観測ステーションの設置技術とベストプラクティス
現場に行く際は、必要だと思う以上の工具を持っていきましょう。専用の設置用シャベルと、結束バンド、ペンチ、マーカー、懐中電灯、電池などの重要な工具が詰まった専用の工具箱があれば、現場への往復にかかる時間を節約できます。
さらに、動物や人が近寄らないように囲いを設けることも検討してください (図 9)。
METER社はTAHMO社と提携しており、TAHMO社は現在、600近い遠隔気象観測ステーション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ます。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のすべての観測ステーションの周りに囲いを設置しています。また、動物が計器を破壊することもあります。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、象に気象観測ステーションごと持ち去られたりして困っています。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もらっています。
出発前に取り付け金具をしっかりと締めておくことも重要です。METERはテキサスA&M大学に降雨試験場を設けており、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、この試験場のデータを取り出したところ、降雨量の異常がいくつか確認されました。加速度計のデータを確認したところ、すべての気象観測所が水平からずれていることがわかりました。図10は、当社の研究技術者が気象観測所の点検に行った際に目撃した状況を再現したものです。取り付け金具がずれていたため、この試験場は完全に作り直さなければなりませんでした。
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ります。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います。
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。
遠隔気象観測所に鳥が近寄らないようにすることが重要です。鳥は開けた場所の高いところに止まるのが好きなので、開けた場所の真ん中に設置された気象観測機器は損傷を受ける危険性があります（例えば、雨量計が詰まったり、鳥の排泄物で日射計が覆われたりする可能性があります）。多くの研究者は、鳥よけのために鳥よけ用のスパイクリングを取り付けています。
さらに、ケーブル管理にも注意してください。電気接続とケーブルは、あらゆる環境計測機器におけるトラブルの最大の原因です。ケーブルの接続は非常に重要ですが、損傷を受けやすいものです。ケーブルが地面に沿って配線されている場合は、フレキシブルコンジットで保護してください。そうしないと、小動物に噛まれてしまう可能性があります。
図13は、遠隔地の気象観測所における不適切なケーブル管理の例です。ケーブルが固定されていない状態で垂れ下がっているのは避けるべきです。
図14は、ケーブルマネジメントの優れた例です。このシステムでは、ケージ付きのケーブルマネジメントシステムを採用しており、ケーブルを整理して保護しています。動物に引っかかることがなく、動物がケーブルにアクセスしたり、かじったりすることも困難です。
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ます。センサーの1つは東を向いており、もう1つは水平です。東を向いているセンサーはより早くオンラインになり、より早くピークに達するため、片方のセンサーが水平からずれていることによるオフセットが生じています。
図 15 の下のグラフは、晴天日に太陽放射センサーの 1 つの較正にエラーが発生したように見えるオフセットがあることを示しています。ただし、最終日は曇りで、両方のセンサーがほぼ完全に一致しています。したがって、エラーは実際には 1 つのセンサーがわずかに南を向いており、レベル センサーよりも多くの放射を検出していることに起因しています。拡散空の日にはエラーは表示されませんが、晴天の日には確認できます。これらの種類のエラーは、サイトにある 1 つのセンサーから特定することは難しいため、これらの気象計を水平に調整することが重要です。ほぼすべてのリモート気象ステーションには、センサーを水平にするための水準器が含まれています。ATMOS 41 気象ステーションには、データ ストリームで X および Y の傾斜を提供する加速度計が備わっているため、現場のセンサーまで行かなくても、リモートで水平かどうかを確認できます。
また、現場を離れる前に、各測定データを確認し、妥当性を確認してください。暖かく感じる日に気温データが低いと表示されている場合、明らかに問題があります。日射センサーの測定値が妥当な値であることを確認してください。日射計のキャップを付けたままにして、ずっと後になってからそれに気付く人がいます。データを確認していたら、1平方メートルあたり最大1000ワットではなく、0ワットに近い値を示していたはずです。
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
リモート気象観測ステーション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一つは、データの意義を高める関連メタデータを書き留めておくことです。「最短の鉛筆は最長の記憶よりも長い」という有名な格言を思い出してください。書き留めておかないと、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います。記録すべき重要なメタデータには、GPS位置情報、サイトの標高、気象観測機器の高さ、そして土壌や水中で測定している場合は水深などがあります。さらに、サイトの傾斜や方位、植生の特徴、障害物、日陰の問題、建物、歩道、水域への露出状況も記録する必要があります。
WMO規格には、現場に持参してメモを取るのに役立つテンプレートが用意されています。また、必ず写真を撮ることも忘れないでください。計測機器のセットアップの写真、特に現場のパノラマ写真は、後々非常に役立ちます。
ワシントン州立大学のAG WeatherNetウェブポータルにアクセスすると、数百ある観測所すべてのパノラマ写真を見ることができます。いくつかの写真を見ると、気象観測所の設置場所として最適な場所ではないことがわかります。WMOの基準に違反している木もありますが、それを知っておくと、測定結果に意味が出てきます。
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、早めに頻繁にデータを確認してください。遠隔地の気象観測所へのリモートデータアクセスは非常に役立ちます。ZENTRA Cloudなどのリモートデータアクセスプログラムを使えば、データは既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点を簡単に確認できます。ZENTRA Cloudには、問題が発生した場合に通知するアラート機能があります。
例えば、バッテリーの充電レベルを確認することで、現場に出向いてバッテリーを交換するタイミングを把握できます。データを定期的に確認することで、高品質なデータセットを構築できます。
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。
水平であればあるほど良いです。x軸とy軸が0度に正確でなければ、放射量に誤差が生じてしまいます。ランバートの余弦法則を調べれば、晴天日の太陽放射測定で予想される誤差が分かります。雨量計、特に転倒マス式や滴数式雨量計は特に問題になりやすいです。水平から大きくずれると、雨量測定値を収集できません。最良の測定結果を得るには、x軸とy軸の両方向で2度以内の水平を保つことをお勧めします。水平から4度や5度ずれると、データに問題が生じる可能性があります。
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。
都市部のミクロ環境は自然地域よりも厳しいものです。そのため、気象観測所は、2ブロック離れた場所や、日陰ではなく日向にある建物の反対側ではなく、関心のある場所に設置してください。ミクロ気候の影響を考慮する必要があります。多くの都市部では、ミクロ気候の影響を特徴づけ、利害関係者のためにより局所的な観測結果を得るために、気象観測機器の密集したネットワークを構築しています。
遠隔気象観測ステーションの設置に関して、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、気象観測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？
ほとんどの計測機器は、測定に多少のドリフトがあり、時間の経過とともに精度が低下します。気象計測機器は定期的に再校正を行うのが一般的です。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、センサーの再校正頻度に関する推奨事項を提供しています。ATMOS 41太陽放射センサーは2年ごとに交換することをお勧めします。気圧および相対湿度センサーのドーターボードについても同様の推奨事項があります。当社はセンサーの精度維持に注力しており、これらのコンポーネントは現場で交換可能であり、ユーザーにとって容易な交換を実現しています。
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ステーションを設置する場合、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、気象観測所をしっかりと固定するために、支柱を氷河のかなり深いところまで打ち込む必要があります。地表からの高度は時間とともに変化するため、これは難しい状況です。また、気象観測所の存在によって、氷河の融解などの微気候効果が引き起こされる可能性もあります。問題が発生した場合に設置を修正できるよう、遠隔データアクセスと流域内の写真があれば、ほぼリアルタイムで状況を把握しやすくなります。
ATMOS 41気象観測ステーションと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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