Porównanie systemów monitorowania pogody: Który jest odpowiedni dla Ciebie?

Weather monitoring system comparison: Which is right for you?

Porównanie popularnych metod monitorowania pogody, zalety i wady oraz która technologia może mieć zastosowanie do różnych rodzajów badań terenowych.

WSPÓŁTWÓRCY

Jako badacz wiesz, że powody monitorowania parametrów pogodowych w miejscu badań są praktycznie nieograniczone. Niestety, dostępne opcje dokonywania tych pomiarów są również nieograniczone, co może być zniechęcające, gdy chcesz wiedzieć, która stacja pogodowa lub system monitorowania pogody jest odpowiedni dla Twojej wyjątkowej sytuacji.

A researcher installing an ATMOS 41 all-in-one weather station in the field
Rysunek 1. Stacja pogodowa typu "wszystko w jednym" ATMOS 41 jest jedną z dziesiątek opcji dostępnych na rynku

Naukowcy METER spędzili tysiące godzin instalując stacje pogodowe oraz monitorując, interpretując i publikując dane z eksperymentów terenowych. Z biegiem czasu nauczyliśmy się wiele o tym, jak uzyskać wysokiej jakości dane pogodowe. W tym artykule dzielimy się tą wiedzą. Obejrzyj wideo lub przeczytaj poniższy artykuł, aby zapoznać się z porównaniem popularnych metod monitorowania pogody, zaletami i wadami oraz technologiami, które mogą mieć zastosowanie do różnych rodzajów badań terenowych. Dowiedz się również, dlaczego nowoczesne monitorowanie pogody to coś więcej niż tylko stacja pogodowa.

Systemy monitorowania pogody: Wydajność w stosunku do ceny

Rysunek 2 to wykres porównujący wydajność stacji pogodowej z ceną. W idealnym świecie wyższa cena oznaczałaby wyższą jakość, a kontinuum ceny i wydajności byłoby linią prostą. Ale wybór stacji pogodowej nie zależy wyłącznie od ceny w stosunku do wydajności. Na rysunku 2 oś poprzeczna jest osią "wartości". Jeśli stacja pogodowa zapewnia lepszy stosunek ceny do wydajności (co oznacza, że można uzyskać dokładnie odpowiednią wydajność w cenie, na którą można sobie pozwolić), wówczas ta stacja pogodowa zapewni wyższą wartość dla unikalnych potrzeb pomiarowych.

Rysunek 2. Wykres porównujący wydajność stacji pogodowej z ceną i wartością
Czynniki wpływające na wartość systemu monitorowania pogody

Ceny stacji pogodowych pokazanych na osi x na rysunku 2 są ustalone, więc tylko oś y lub wydajność przyrządu w konkretnym zastosowaniu zmienia wartość. Wiele różnych czynników wpływa na względną wydajność systemu monitorowania pogody, takich jak:

  • Solidność
  • Dokładność
  • Wymagania dotyczące instalacji i konserwacji Zestaw pomiarowy
  • Zdalne pozyskiwanie danych
  • Wizualizacja danych w czasie rzeczywistym
  • 4-sezonowe możliwości
  • Wymagania dotyczące zasilania

Wydajność jest definiowana przez unikalne potrzeby pomiarowe. Na przykład, jeśli dokonujesz pomiarów w odległej lokalizacji, do której nie masz rutynowego dostępu, będziesz potrzebować wyjątkowo solidnego oprzyrządowania. Solidny sprzęt do monitorowania pogody jest również potrzebny, jeśli zagrożone jest życie ludzi (np. jeśli czujnik ulegnie uszkodzeniu i powódź błyskawiczna nie zostanie wykryta, życie ludzi może być zagrożone). W takich sytuacjach solidność systemu monitorowania pogody będzie miała wpływ na jego względną wydajność. Inne scenariusze mogą być następujące:

Scenariusz 1: Być może jesteś klimatologiem monitorującym temperaturę powietrza w celu zbadania skutków zmian klimatycznych. W takim przypadku potrzebny jest ciągły, dokładny zapis temperatury powietrza przez kilka dziesięcioleci. W tym przypadku zarówno dokładność, jak i stabilność stacji pogodowej lub rozwiązania do monitorowania pogody jest czynnikiem wpływającym na wydajność w stosunku do potrzeb pomiarowych.

Scenariusz 2: Jeśli prowadzisz ogromną sieć zdalnych stacji pogodowych, a koszt podróży w teren w celu konserwacji i instalacji jest znaczny i faktycznie przyćmiewa koszt zakupu sprzętu w pierwszej kolejności, to prawdopodobnie wymagania konserwacyjne instrumentu są tym, co wpływa na wydajność aplikacji.

Scenariusz 3: Badacze często potrzebują specjalistycznych pomiarów. Aby odpowiedzieć na pytanie badawcze, może być potrzebne więcej niż typowe pomiary pogodowe, takie jak temperatura powietrza, wilgotność i opady deszczu. W tym przypadku typ zestawu pomiarowego zawierającego specjalistyczne pomiary, których potrzebujesz, jest tym, co napędza wydajność stacji pogodowej.

Scenariusz 4: Niektóre systemy mają funkcje trzysezonowe i czterosezonowe. Systemy czterosezonowe są ogrzewane i mogą działać i dawać dokładne wyniki w zimie na dużych szerokościach geograficznych. Jeśli badasz opady w okresie zimowym, będziesz potrzebować podgrzewanego deszczomierza, który może rejestrować opady śniegu. Jeśli jednak prowadzisz badania rolnicze, system czterosezonowy nie będzie dla Ciebie ważny, ponieważ rośliny nie rosną.

Scenariusz 5: Wymagania dotyczące zasilania będą ważne w przypadku monitorowania w odległej lokalizacji. Będziesz potrzebował systemu zasilanego bateryjnie o niskim zapotrzebowaniu na energię, aby skrócić czas podróży i obniżyć koszty. Tak więc na wykresie wydajności w stosunku do wartości wszystkie rozwiązania, które nie spełniająwymagań dotyczących monitorowania pogody, przesuwają się niżej na osi wartości, a wszystkie, które spełniają wymagania, przesuwają się wyżej na osi wartości. Na przykład, jeśli dany system klasy WMO wymaga tak dużo rutynowej konserwacji, że nie można skalować sieci, może on przesunąć się niżej na osi wartości, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. System wysokiej konserwacji przesunął się niżej na osi wartości

Lub jeśli przeprowadzasz badanie bilansu wodnego, będziesz potrzebować precyzyjnego miernika deszczu. Jednak droższa stacja pogodowa typu "wszystko w jednym" może mieć tylko podstawowy miernik deszczu, który mierzy dźwięk generowany przez krople wody uderzające w bęben. Spowodowałoby to obniżenie wydajności i wartości tego konkretnego systemu (rysunek 4).

Rysunek 4. System nieprecyzyjnych deszczomierzy przesunął się niżej na osi wartości

Po określeniu swoich potrzeb pomiarowych i ułożeniu różnych systemów na osi wartości, można zobaczyć, które z nich są dla nas bardziej wartościowe i gdzie znajdują się na kontinuum kosztów. Umożliwia to podejmowanie bardziej świadomych decyzji dotyczących wyboru systemu do danego zastosowania.

Klasy stacji pogodowych

Poniżej znajdują się definicje różnych typów i klas stacji pogodowych, które można spotkać na rynku.

System monitorowania pogody klasy lotniczej

Systemy monitorowania pogody klasy lotniczej różnią się od siebie wyspecjalizowanymi obserwacjami.

Rysunek 5. Artystyczne odtworzenie typowego lotniczego systemu pogodowego

Dlatego na rysunku 2, jeśli spojrzeć na kontinuum wydajności i ceny, systemy lotnicze zajmują prawy górny róg, gdzie zarówno wydajność, jak i cena są bardzo wysokie (tj. 200 000 USD +). Mogą one obejmować, na przykład, czujnik widoczności i aktualnej pogody, który pokazuje odległość, z jakiej pilot może widzieć, sufitomierz, który informuje o wysokości cloud lub przyrząd wskazujący zamarzający deszcz lub gromadzenie się lodu. Tych specjalistycznych pomiarów nie można znaleźć w większości rozwiązań do monitorowania pogody, ale wpływają one na wydajność lotniczych systemów pogodowych. Systemy lotnicze mają również specjalistyczną komunikację z transmisją VHF i redundantnymi systemami telefonicznymi. A ponieważ zdrowie i bezpieczeństwo ludzi zależy od tych systemów, są one niezwykle wytrzymałe i obejmują działanie przez cztery sezony (chyba że znajdują się w tropikach). Ponadto dokładność systemów lotniczych jest bardzo wysoka, ponieważ większość tych danych jest przekazywana do rejestru klimatologicznego.

System monitorowania pogody klasy WMO

Systemy monitorowania pogody zgodne z zaleceniami Światowej Organizacji Meteorologicznej (WMO) są często spotykane w krajowych sieciach meteorologicznych w wielu krajach. Również niektóre mezonety średniej skali są zgodne z zaleceniami i wytycznymi WMO.

Rysunek 6. Przykład stacji pogodowej Campbell Scientific WMO-grade (Źródło: www.campbellsci.asia/weather-climate)

Systemy monitorowania pogody WMO wymagają wieży do pomiarów na wysokości dziesięciu metrów, a inne pomiary są wykonywane niżej w profilu atmosferycznym na wysokości dwóch lub trzech metrów. Systemy zgodne z WMO wymagają możliwości pracy przez cztery sezony i wymagają wysokiej dokładności, ponieważ dane te zasilają również nasz zapis klimatologiczny. Koszt tych systemów jest wysoki: około 20 000-50 000 USD, a ponadto istnieją znaczne wymagania konserwacyjne, które zwiększają roczny koszt eksploatacji. Oznacza to, że koszt jest zaporowy dla gęstych sieci przestrzennych.

Niestandardowe systemy monitorowania pogody

Naukowcy często potrzebują niestandardowych systemów monitorowania pogody z zestawem pomiarowym dostosowanym do pytania badawczego, na które próbują odpowiedzieć. Również niektóre sieci meteorologiczne używają niestandardowych stacji pogodowych z zestawem pomiarowym, który zaspokaja potrzeby ich interesariuszy. Tak więc oprócz pomiaru normalnych parametrów pogodowych, użytkownicy mogą dodawać takie elementy jak:

  • Termometr na podczerwień do pomiaru temperatury powierzchni NDVI
  • Nadmiarowe czujniki deszczu
  • Promieniowanie netto dla badań bilansu energetycznego powierzchni
  • Podwójny system kowariancji wirowej do pomiaru stosunków izotopowych
Rysunek 7. Czujnik NDVI/PRI, który można zintegrować z badawczym systemem monitorowania pogody

Istnieje niemal nieskończona liczba pomiarów, które badacze mogą zintegrować ze szkieletem pozyskiwania danych. Właśnie dlatego w kontinuum ceny w stosunku do wydajności na rysunku 1, te niestandardowe systemy stacji pogodowych są rozproszone wzdłuż obu osi. Często można zobaczyć te systemy monitorowania pogody używane w sieciach innych niż mezonetowe i inne niż krajowe sieci pogodowe.

Uniwersalne stacje pogodowe klasy naukowej

W ciągu ostatnich dwóch dekad byliśmy świadkami rozprzestrzeniania się stacji pogodowych typu "wszystko w jednym". Oznacza to, że zamiast składać stacje pogodowe z niestandardowymi czujnikami zintegrowanymi ze szkieletem gromadzenia danych, wielu producentów integruje teraz różne czujniki pogodowe w niewielkiej stacji typu "wszystko w jednym".

Rysunek 8. ATMOS 41 uniwersalna stacja pogodowa

Dostępne są różne rodzaje stacji pogodowych typu "wszystko w jednym", co oznacza, że dostępnych jest wiele różnych zestawów pomiarowych i opcji cenowych. Stacje pogodowe typu "wszystko w jednym" kosztują od 1000 do 5000 USD, w zależności od zestawu pomiarowego i tego, czy jest to instrument trzysezonowy czy czterosezonowy. Zaletą stacji pogodowych typu "wszystko w jednym" jest to, że instalacja i konserwacja są znacznie mniej skomplikowane niż niestandardowe lub WMO systemy monitorowania pogody. To sprawia, że są one dobrą opcją dla gęstych sieci stacji pogodowych. Często stacje klasy WMO tworzą szkielet sieci. Następnie stacje pogodowe typu "wszystko w jednym" wypełniają luki przestrzenne między tymi stacjami klasy WMO, tworząc gęstszą sieć ze znacznie bogatszymi informacjami. Wadą stacji pogodowych typu "wszystko w jednym" jest to, że nie mogą one ściśle przestrzegać zaleceń WMO, ponieważ wykonują pomiary tylko na jednej wysokości. Tak więc stacje pogodowe typu "wszystko w jednym" mają swoją niszę, podobnie jak stacje WMO.

System monitorowania pogody klasy hobbystycznej

Stacje pogodowe klasy hobbystycznej do monitorowania pogody są zwykle budowane dla właścicieli domów i budynków komercyjnych. Stacje te nie są szczególnie wytrzymałe i nie nadają się do badań lub długoterminowego monitorowania.

Rysunek 9. Przykład stacji pogodowej klasy hobbystycznej (znaleziony na Amazon)

Jedną z zalet tych stacji jest to, że system gromadzenia danych i komunikacji przekazuje informacje do konsoli w celu zlokalizowania pomiarów pogody w domu lub miejscu prowadzenia działalności. Wyszukiwanie w Amazon przyniesie wiele tego typu stacji pogodowych w wynikach wyszukiwania.

Który system monitorowania pogody wybrać?

Zapoznaj się z poniższymi studiami przypadków, aby dowiedzieć się, w jaki sposób naukowcy i hodowcy wybierają odpowiednią naukową stację pogodową do swoich konkretnych zastosowań.

Studium przypadku: FAO 56 ETo dla rolnictwa nawadnianego

Ewapotranspiracja referencyjna Penmana-Monteitha to pomiar powszechnie stosowany w rolnictwie nawadnianym. Równanie Penmana-Monteitha to równanie oparte na mechanice, które określa ilościowo ewapotranspirację lub utratę wody z powierzchni trawy lub lucerny. Na przykład, jeśli masz dobrze nawodnioną powierzchnię trawy lub lucerny, możesz podłączyć zmienne pogodowe do równania, aby pokazać, ile pary wodnej stracisz do atmosfery.

Pomiar ten jest powszechnie stosowany w wysokodochodowym, nawadnianym rolnictwie, takim jak winnice i drzewa owocowe, ale jest również wykorzystywany w zastosowaniach centralnego obrotu w rolnictwie. Hodowcy muszą znać bilans wodny (ile wody zostało utracone lub pozyskane w systemie), aby mogli uzupełnić straty netto wodą do nawadniania. Dlatego w przypadku tego konkretnego pomiaru hodowcy mogą potrzebować zlokalizowanych pomiarów w wielu różnych lokalizacjach.

Hodowca zazwyczaj nie potrzebuje złożonego systemu monitorowania pogody, aby dokonać takiego pomiaru. Potrzebują czegoś łatwego w konfiguracji, łatwego w instalacji, o niskich wymaganiach konserwacyjnych, zdalnym dostępie do danych i niewielkim zużyciu baterii. Na przykład rejestrator danych na rysunku 10 ma tylko mały panel słoneczny, który będzie zasilał tę stację pogodową przez czas nieokreślony.

Rysunek 10. ATMOS 41 stacja pogodowa i rejestrator danych ZL6 mają bardzo niskie zapotrzebowanie na energię

Kluczowym czynnikiem decydującym o wyborze systemu monitorowania pogody dla ewapotranspiracji referencyjnej FAO 56 jest zapotrzebowanie zarówno na promieniowanie słoneczne, jak i opady. Hodowcy muszą znać ilość opadów uzupełniających wodę w glebie i potrzebują pomiaru promieniowania słonecznego do pomiarów ewapotranspiracji referencyjnej Penman Monteith (FAO 56). Niektóre stacje typu "wszystko w jednym" nie mają zarówno opadów, jak i promieniowania słonecznego. Jednak stacja pogodowa typu "wszystko w jednym" ATMOS 41 mierzy zarówno promieniowanie słoneczne, jak i opady. Jest to więc dobry wybór do tego rodzaju monitorowania pogody w rolnictwie.

Rysunek 11 przedstawia wykres z oprogramowania do zarządzania danymi ZENTRA Cloud , które współpracuje z rejestratorami danych ZL6 .

Rysunek 11. Dzienne dane ewapotranspiracji

ZENTRA Cloud automatycznie dokonuje pomiarów ewapotranspiracji referencyjnej w ujęciu dziennym i skumulowanym. Umożliwia dodawanie współczynników upraw w celu przekształcenia ewapotranspiracji referencyjnej w ewapotranspirację rzeczywistą. Dzięki temu wielofunkcyjna stacja pogodowa ATMOS 41, rejestrator danych ZL6 i oprogramowanie ZENTRA Cloud stanowią wartościowy system "pod klucz" dla hodowców.

Studium przypadku: Monitorowanie pogody na Mt. Everest

W przeciwieństwie do poprzedniego studium przypadku, w którym ważna była łatwość instalacji i konserwacji dla kilku specjalistycznych pomiarów, Campbell Scientific, Inc. jest zaangażowany w projekt inżynierii stacji pogodowych rozmieszczonych na Mount Everest. Jedna z tych stacji jest najwyżej położoną stacją pogodową na świecie. Warunki panujące na Mount Everest są niezwykle trudne, więc solidność tej stacji jest kluczowym czynnikiem, który zwiększa wydajność dla tej konkretnej potrzeby pomiarowej.

Rysunek 12. Przykład stacji pogodowej CSI na Mt. Everest

Te stacje Mount Everest są bardzo wytrzymałymi, czterosezonowymi stacjami, ponieważ stale mierzą warunki zimowe. Obejmują one redundantne, wyspecjalizowane anemometry z powłokami odprowadzającymi lód i śnieg na wypadek zamarznięcia jednego z nich. Można powiedzieć, że istnieje redundancja w niektórych innych pomiarach. Nie jest to więc projekt, który był podyktowany względami cenowymi. Solidność jest kluczowym czynnikiem, ponieważ koszt utrzymania systemu monitorowania pogody jest o rzędy wielkości wyższy niż koszt systemu.

Studium przypadku: AgWeatherNet w stanie Waszyngton

Uniwersytet Stanowy w Waszyngtonie prowadzi sieć Washington State AgWeatherNet. Każda zielona kropka na rysunku 13 oznacza lokalizację stacji pogodowej AgWeatherNet poziomu 1. Stacje te są skoncentrowane głównie w regionach rolniczych stanu Waszyngton w sadach jabłkowych i innych wysokodochodowych uprawach, które (wraz z Kalifornią) zasilają znaczną część Stanów Zjednoczonych.

Rysunek 13. Lokalizacje stacji AgWeatherNet poziomu 1 (oryginalna mapa znajduje się na stronie: weather.wsu.edu)

Stacje pogodowe poziomu 1 AgWeatherNet posiadają zestaw pomiarowy dostosowany do potrzeb hodowców w tym konkretnym regionie. AgWeatherNet pobiera dane z tych stacji i generuje szereg modelowanych parametrów, takich jak modele chorób, modele szkodników, przewidywanie przymrozków i monitorowanie przymrozków. Modele te są niezwykle cenne dla producentów w regionie, którzy faktycznie płacą za system.

Interesujące w AgWeatherNet jest to, że nawet jeśli wygląda na gęstą sieć przestrzenną, stacje te są oddalone od siebie o wiele kilometrów. Tak więc dokładna stacja poziomu 1 znajdująca się w dolinie może mierzyć temperaturę o 2°C różną od tej w sadzie na szczycie wzgórza. Oznacza to, że jeśli stale monitorują temperaturę i wilgotność w dolinie i podają prognozę dla choroby grzybiczej, prognoza ta będzie różnić się od rzeczywistości na szczycie wzgórza.

Aby rozwiązać ten problem, AgWeatherNet umożliwia indywidualnym hodowcom zakup i instalację systemów poziomu 2 (rysunek 14).

Rysunek 14. Uproszczony zarys konfiguracji stacji pogodowej ATMOS 41 tier-2 używanej w AgWeatherNet

Rysunek 14 przedstawia stację pogodową ATMOS 41 all in one używaną w sieci AgWeatherNet. Nie ma ona specyfikacji dokładności stacji poziomu 1, ale brak dokładności w skali punktowej jest prawie nieistotny w porównaniu z przestrzenną różnicą w parametrach pogodowych w miarę oddalania się od lokalizacji poziomu 1. Te stacje poziomu 2 wypełniają luki w obserwacjach poziomu 1, a AWN może następnie wykorzystać sztuczną inteligencję wraz z tymi obserwacjami do wykonywania hiperlokalnych prognoz dla hodowców, którzy umieścili te stacje. Strategia ta okazała się skuteczna w przewidywaniu pleśni, epidemii szkodników lub przymrozków w określonej lokalizacji hodowcy. Łatwo zauważyć, jak każdy typ stacji pogodowej odgrywa kluczową rolę w dostarczaniu interesariuszom krytycznych danych do podejmowania decyzji.

Studium przypadku: Monitorowanie pogody w Afryce

Trudno jest przewidzieć pogodę, jeśli nie można jej nawet obserwować. Poza Republiką Południowej Afryki, na całym kontynencie Afryki Subsaharyjskiej nie ma prawie żadnych systemów monitorowania pogody. Ma to wiele negatywnych konsekwencji dla przewidywania pogody dla ubezpieczenia upraw i dla afrykańskiego rolnika. Jest to jeden z powodów, dla których trudno jest wdrożyć wydajne praktyki rolnicze w Afryce. Aby pomóc rozwiązać ten problem, METER nawiązał współpracę z Trans African Hydro Meteorological Observatory(TAHMO) w celu umieszczenia 20 000 stacji pogodowych w Afryce.

Rysunek 15. Stacja pogodowa all-in-one ATMOS 41 została zaprojektowana specjalnie z myślą o projekcie TAHMO

TAHMO miało ważne względy, które wpłynęły na wartość wydajności stacji pogodowych, które chcieli zainstalować. Przede wszystkim potrzebowali prostej instalacji, ponieważ ekipy naziemne nie są szczególnie wykwalifikowane. Potrzebowali również stacji pogodowej wymagającej niewielkiej konserwacji, ponieważ w wielu regionach Afryki niezwykle trudno jest przeprowadzać wizyty w terenie z powodu niepokojów społecznych, niestabilności politycznej i złośliwej działalności. Tak więc rutynowe wyjazdy konserwacyjne na pola w odstępie krótszym niż rok są trudne i bardzo kosztowne.

Stacja pogodowa ATMOS 41 all-in-one została zaprojektowana specjalnie z myślą o projekcie TAHMO, aby była wyjątkowo wytrzymała pomimo trudnych warunków pogodowych, bez ruchomych części, które mogłyby się zepsuć. TAHMO zainstalowało obecnie ponad 500 takich stacji pogodowych w Afryce i w tym momencie jest to największa operacyjna sieć pogodowa na kontynencie afrykańskim. Stacje te mają około 95% czasu sprawności, podczas gdy, co ciekawe, lotnicze systemy pogodowe w Afryce Subsaharyjskiej generalnie działają z około 67% czasem sprawności.

Studium przypadku: Systemy monitorowania pogody Montana Mesonet

Zazwyczaj w Stanach Zjednoczonych Narodowa Służba Pogodowa (oddział NOAA) tworzy sieć systemów monitorowania pogody rozmieszczonych w całym kraju, a dane te są wprowadzane do modeli przyszłościowych, które pomagają przewidywać pogodę. Naukowcy odkryli, że wprowadzenie rzadkiej sieci bardzo drogich systemów monitorowania pogody przyniosło naprawdę dobre rezultaty. Jednak luki przestrzenne w tych sieciach monitorowania pogody stanowią problem, zwłaszcza dla producentów rolnych i hodowców. Muszą oni wiedzieć, co dzieje się tam, gdzie się znajdują.

Rysunek 16. Montana Mesonet wykorzystuje czujniki METER sparowane z rejestratorami danych ZL6 i oprogramowaniem do zarządzania danymi ZENTRA Cloud w celu uzupełnienia luk w danych.

Mezonety stanowią praktyczne rozwiązanie dla potrzeby wypełnienia luk w danych pomiędzy dużymi, złożonymi systemami monitorowania pogody. Montana Mesonet ma obecnie 57 stacji pogodowych rozmieszczonych w całym stanie, a dzięki partnerstwu zarówno z sektorem publicznym, jak i prywatnym, co roku dodaje kolejne stacje. W każdej lokalizacji zespół Montana Mesonet instaluje uniwersalne stacje pogodowe METER, czujniki wilgotności gleby, NDVI

czujniki i rejestratory danych, które integrują się z ZENTRA Cloudłatwym w użyciu oprogramowaniem internetowym, które płynnie integruje się z aplikacjami innych firm za pośrednictwem interfejsu API. Kevin Hyde, koordynator mezonetu stanu Montana, mówi, że system umożliwia lepszą dystrybucję przestrzenną i niezawodność. "Kiedy decydowaliśmy się na sprzęt, zadaliśmy sobie pytanie: Jakiego rodzaju technologii powinniśmy użyć? Musiała ona zapewniać wysoką integralność danych. Musiała być łatwa do wdrożenia i utrzymania. I musiała być efektywna kosztowo. Nie ma zbyt wielu ludzi w tym sektorze. Systemy METER są niskoprofilowe, niedrogie i niezawodne. Patrzę na inne mezonety i nie mogą sobie pozwolić na dalszą rozbudowę, ponieważ polegają na dużych, złożonych i drogich systemach. W tym miejscu do gry wkracza system METER".

Przeczytaj pełne studium przypadku Montana Mesonet->

Pytania dotyczące stacji pogodowej, które powinieneś sobie zadać

Podsumowując, potrzeby pomiarowe i zastosowanie określają wymaganą wydajność i wartość konkretnej stacji pogodowej. Ważne pytania, które należy zadać przed zakupem to:

  • Czy ten system monitorowania pogody musi być bardzo wytrzymały?
  • Czy ten system musi być bardzo dokładny i stabilny?
  • Czy stacja będzie znajdować się na działce, którą mój technik będzie mógł odwiedzać i konserwować raz w tygodniu, czy też będzie to miejsce, które będę mógł odwiedzać tylko raz na dwa lata?
  • Jakich konkretnie wymiarów potrzebuję?
  • Czy stacja pogodowa obsługuje trzy lub cztery pory roku?
  • Jakie są wymagania dotyczące zasilania? Czy może działać w nieskończoność na małych bateriach?

Jeśli weźmie się pod uwagę różne czynniki, które wpływają na wydajność w odniesieniu do potrzeb pomiarowych, znacznie łatwiej będzie zdecydować, co jest ważne i znaleźć najlepszą wartość.

Pytania?

Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące stacji pogodowych
Która stacja pogodowa jest najlepsza do zastosowań w szklarniach?

Szklarnia to interesujące środowisko do pomiarów. Niektóre stacje typu "wszystko w jednym" są dobrze przystosowane do pracy w szklarni. Sztuczka polega na znalezieniu zestawu pomiarowego, który nie obejmuje opadów, dzięki czemu nie trzeba płacić dodatkowo za ten pomiar. Jednym z wyzwań w szklarni jest sztuczne oświetlenie. Jeśli próbujesz mierzyć aktywne promieniowanie fotosyntetyczne, musisz zwrócić uwagę na czujnik kwantowy, ponieważ większość szklarni korzysta z oświetlenia LED, które emituje w dyskretnych pasmach. Jeśli czujnik kwantowy nie mierzy w tym paśmie, otrzymasz złą odpowiedź. Istnieje jednak wiele opcji, jeśli szukasz tylko temperatury i wilgotności. Czasami ważny jest nawet wiatr. Ale sugerowałbym jedną z uniwersalnych stacji pogodowych do tego zastosowania.

Jakie byłoby najczęstsze i najrzadsze rejestrowanie danych dla konwencjonalnych parametrów meteorologicznych dla interakcji gleba-roślina-atmosfera?

Jest to złożone pytanie, ponieważ większość wydatków na energię w systemach monitorowania pogody jest związana z transmisją danych z powrotem do cloud. Jeśli potrzebujesz obserwacji w czasie zbliżonym do rzeczywistego, większość stacji pogodowych może rejestrować dane co 5 do 15 minut. Jednak większość osób prowadzących badania terenowe w kontinuum gleba-roślina-atmosfera zbiera dane co 30-60 minut. Możesz zaprogramować swój rejestrator, a niektóre stacje pogodowe są wstępnie zaprogramowane tak, aby podawać maksymalne i minimalne prędkości podmuchów wiatru, dzięki czemu nie musisz pobierać zbyt dużej liczby próbek.

Jaki rodzaj systemu monitorowania pogody poleciłbyś do monitorowania wysoce ziarnistego, takiego jak winorośl na wzgórzu?

Stacje typu "wszystko w jednym" są dostosowane do tego zastosowania. Można znaleźć stacje typu "wszystko w jednym" w przedziale 2000 USD, które wykonają dokładne pomiary. Możesz umieścić kilka takich stacji w winnicy, w zależności od topografii, aby zrozumieć różnice przestrzenne, które będą wpływać na decyzje dotyczące nawadniania w danej winnicy.

Jak sprawdzić wydajność czujnika stacji pogodowej i potrzebę jego ponownej kalibracji?

Możesz kupić czujnik poziomu 1, taki jak czujnik pogodowy pyranometru poziomu 1, który ma identyfikowalność z powrotem do Davos, i porównać swoje pomiary promieniowania słonecznego z tym standardem. Można również kupić dobrze skalibrowany platynowy termometr oporowy z osłoną antyradiacyjną do pomiaru temperatury powietrza. Następnie można porównać z nim pomiary temperatury powietrza. Jeśli przeprowadzisz te badania w dłuższej perspektywie, możesz określić dryft konkretnego czujnika i opracować rozsądne zalecenia dotyczące ponownej kalibracji. W METER spędziliśmy dużo czasu robiąc to z naszą stacją pogodową ATMOS 41. Określamy ilościowo zaobserwowany dryft i opracowujemy zalecenia dotyczące ponownej kalibracji lub renowacji, które mają sens.

Jak można uwzględnić koszty utrzymania i wsparcia ze strony różnych firm produkujących te stacje pogodowe?

Koszty utrzymania mogą być znaczne. Wysyłanie ludzi do utrzymania stacji pogodowych w dużych sieciach jest kosztowne. Większość producentów stacji pogodowych zapewnia dobre wsparcie. Więc jeśli masz problem, będziesz w stanie znaleźć odpowiedź. Jeśli jednak weźmiesz udział w spotkaniach Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego i przyjrzysz się nowemu oprzyrządowaniu, pojawi się wiele nowych firm z ofertą, która wygląda podobnie do oprzyrządowania renomowanych firm z długą historią. Te nowe stacje mogą nie mieć takiej samej wydajności. Należy więc upewnić się, że kupuje się od renomowanej firmy.

Jak ważne są metadane dla reprezentatywności serii danych i obliczeń modelu?

Wiedza o tym, kiedy różne czujniki zostały wyprodukowane i skalibrowane, a także zrozumienie wysokości i lokalizacji czujnika jest niezwykle ważne. Zalecenia WMO zapewniają, że masz odpowiednie metadane pomocnicze, ale nawet w zastosowaniach badawczych metadane mogą spowodować lub przerwać badanie. Może się zdarzyć, że kolega odejdzie i nagle jego notatnik laboratoryjny zniknie. Otrzymujesz dane, ale nie wiesz, co one oznaczają, ponieważ straciłeś wszystkie informacje pomocnicze. W METER poświęciliśmy wiele czasu na udostępnianie metadanych na całej drodze od czujnika przez rejestrator danych ZL6 do ZENTRA cloud . Dzięki temu metadane są dostępne we wszystkich stałych rejestrach

Jakie są osiągi ATMOS 41 w zimowych, ekstremalnych warunkach?

Stacja pogodowa ATMOS 41 all-in-one jest urządzeniem trzysezonowym, więc nie jest ogrzewana. Zimą główną wadą jest to, że lejek wypełni się śniegiem i nie będzie można uzyskać żadnych pomiarów opadów podczas mroźnej części roku. Istnieje również możliwość, że śnieg i lód mogą zatkać otwór anemometru dźwiękowego i osłabić prędkość wiatru oraz temperaturę powietrza. Dobry zimowy pomiar opadów jest dość intensywnym procesem. Zwykle wymaga podgrzewanego miernika wagowego, na który nakłada się trochę oleju i płynu niezamarzającego, aby upewnić się, że nie zamarznie ani nie wyparuje. Jest to więc energochłonne i dość trudne do wykonania.

Czy strony ATMOS 41 i ZL6 są zgodne z wytycznymi ASABE dotyczącymi automatycznych rolniczych stacji pogodowych?

Z Tabeli 1 "Praktyki pomiaru i raportowania dla automatycznych rolniczych stacji pogodowych", wewnętrzna sekwencja pomiarowa ATMOS 41 spełnia wytyczne dotyczące interwałów próbkowania dla wymienionych zmiennych pogodowych. Rejestrator danych ZL6 można skonfigurować tak, aby raportował wartości co godzinę, jak podano w tabeli 1; jednak niektóre wartości chwilowe min/max nie są dostępne podczas korzystania z ZL6 do gromadzenia i dostarczania danych. Szczegółowe informacje na temat wartości wyjściowych przetwarzanych przez rejestratory danych METER można znaleźć w instrukcji obsługi ATMOS 41.

Jaki jest ślad na stronie ATMOS 41?

Czujnik ATMOS 41 jest czujnikiem mikroklimatu, więc należy ustawić go tak, aby był reprezentatywny dla klimatu istotnego dla zadawanych pytań badawczych. FAO56 podaje wytyczne dotyczące pozycjonowania i wielkości pola czujników, więc jeśli zamierzasz używać czujnika do odniesienia ET, postępuj zgodnie z tymi wytycznymi. Ślad pomiaru mikrometeorologicznego zależy od wysokości czujnika (czujników), prędkości wiatru i strumienia ciepła jawnego i nie jest prostym obliczeniem.

Jak często stacja pogodowa ATMOS 41 all-in-one wykonuje pomiary?

Urządzenie ZL6 wykonuje pomiar z każdego z używanych portów czujnika co 60 s. Minimalny odstęp między pomiarami wynosi jednak pięć minut w przypadku przesyłania danych do ZENTRA Cloud . Jednominutowy interwał pomiarowy jest możliwy, jeśli wyłączy się przesyłanie danych do ZENTRA Cloud , a instrukcje te są dostępne na żądanie.

Urządzenie ATMOS 41 mierzy promieniowanie słoneczne i temperaturę raz na 10 s i rejestruje wartości chwilowe. Po wysłaniu zapytania, ATMOS 41 wyświetla średnią chwilowych pomiarów od ostatniego zapytania.

Urządzenie ATMOS 41 mierzy prędkość i kierunek wiatru raz na 10 s i rejestruje chwilowe składowe wektora wiatru. Po wysłaniu zapytania urządzenie ATMOS 41 wyświetla średnią chwilowych pomiarów prędkości i kierunku wiatru od ostatniego zapytania oraz maksymalną chwilową wartość prędkości wiatru dla podmuchu wiatru.

Jeśli używany jest rejestrator inny niż METER, wówczas ATMOS 41 może być skanowany co trzy sekundy, ale nie jest konieczne nadmierne próbkowanie ATMOS 41 i obliczanie średnich, akumulacji i maksimów w zewnętrznych systemach danych, ponieważ ATMOS 41 ma wewnętrzną sekwencję pomiarową [więcej informacji można znaleźć w przewodniku integratora ]. Rzadsze próbkowanie ma dodatkową zaletę w postaci zmniejszenia zużycia energii przez systemy akwizycji danych i ATMOS 41.

Czy urządzenie ATMOS 41 musi być zasilane w sposób ciągły?

Tak. Nie ma sposobu na uzyskanie znaczących danych z ATMOS 41 bez ciągłego zasilania i umożliwienia działania wewnętrznej sekwencji pomiarowej. Miernik ATMOS 41 mógłby być włączany w ustalonych odstępach czasu, pozwalając na wykonanie pierwszego zestawu pomiarów, a następnie można by je wyprowadzić. Ale ten schemat pomijałby prawie wszystkie opady, prawie wszystkie wyładowania atmosferyczne i pobierałby pojedynczą, chwilową wartość prędkości i kierunku wiatru, co jest prawie bez znaczenia, biorąc pod uwagę nieodłączną zmienność wiatru. Należy zauważyć, że ATMOS 41 został zaprojektowany specjalnie z myślą o jak najmniejszym zużyciu energii w normalnym trybie zasilania ciągłego. Średni pobór prądu jest rzędu 200 mikroamperów. Nawet jeśli urządzenie do akwizycji danych inne niż METER działa na zaledwie kilku ogniwach AA, powinno być w stanie utrzymać ten pobór mocy przez bardzo długi czas.

Jak anemometr ATMOS 41 wypada na tle innych anemometrów sonicznych?

Zobacz testy porównawcze ATMOS 41 i dane dotyczące zmienności między czujnikami tutaj.

Jaka jest praktyczna dolna granica pomiaru prędkości wiatru dla ATMOS 41?

Praktyczna dolna granica prędkości wiatru wynosi około 0,03 m/s dla naszego anemometru sonicznego. Jest to znacznie lepszy wynik niż na przykład w przypadku anemometrów kubkowych, które z trudem wykonują pomiary poniżej 0,5 m/s ze względu na trudności z uruchomieniem i zatrzymaniem. Anemometry soniczne mogą odczytywać pięciokrotnie niższe wartości, ale niekoniecznie odczytują zero absolutne.

W jaki sposób urządzenie ATMOS 41 rejestruje dokładną temperaturę powietrza bez osłony przed promieniowaniem?

The ATMOS 41 collects all of the information necessary to correct for absorbed radiation in a biophysical model. Because the ATMOS 41 also measures wind speed and solar radiation, it is possible to use a simple energy balance calculation to correct the Tair measurement. After correction, error decreases to < 0.5 °C and yields better accuracy than commonly used passive ventilation radiation shields.

Równanie i wyniki eksperymentów są dostępne w naszej nocie aplikacyjnej i na poniższym filmie.

Jakie są najlepsze praktyki instalacji stacji pogodowych?

1. Lokalizacja: Upewnij się, że lokalizacja wybrana dla dowolnego systemu monitorowania pogody zapewni odpowiedzi na pytania, na które chcesz uzyskać odpowiedź. Jeśli szukasz ogólnego monitorowania pogody, upewnij się, że lokalizacja znajduje się daleko (co najmniej 3-krotność wysokości najwyższej przeszkody) od wszelkich przeszkód dla wiatru. Upewnij się, że roślinność jest reprezentatywna i upewnij się, że lokalizacja topograficzna jest reprezentatywna. Dachy są ogólnie dość złe, podobnie jak głębokie doliny lub wzgórza. Jeśli szukasz referencyjnego ET, będziesz chciał wdrożyć na polu z co najmniej kilkoma metrami upraw po wszystkich stronach instalacji. Upewnij się również, że nic nie zasłoni czujnika promieniowania słonecznego.

2. Wysokość: Wiele grup montuje czujnik ATMOS 41 na wysokości 2 m, ponieważ jest to norma dla ewapotranspiracji referencyjnej. Inne stosują wyższe wysokości do obserwacji meteorologicznych. Niektóre z nich montują nawet w baldachimie w celu prowadzenia specjalistycznych badań. Urządzenie można z łatwością zamontować na dowolnej wysokości, o ile posiada się odpowiednią aparaturę montażową.

3. Urządzenie do montażu: Urządzenie ATMOS 41 jest przeznaczone do montażu na pionowym drążku (dokładne wymiary znajdują się w instrukcji obsługi i skróconej instrukcji obsługi ). Często montuje się ją na pionowym słupie zakotwiczonym za pomocą odciągów lub dobrej jakości statywu. Niektórzy montują go nawet na słupach w kształcie litery T, najlepiej z kilkoma odciągami, aby zwiększyć stabilność.

4. Poziom: Jest to ważne w przypadku modelu ATMOS 41. Musisz wypoziomować go z dokładnością do 2 stopni zarówno w X, jak i Y. Pod lejem deszczowym znajduje się poziomica bąbelkowa, którą można zobaczyć od dołu i użyć do wypoziomowania. Model ATMOS 41 wysyła również poziom x i y jako standardowe dane wyjściowe, dzięki czemu można upewnić się, że poziom mieści się w zakresie 2 stopni od zera. Aby uzyskać prawidłowy poziom, należy użyć drutów odciągowych do wypoziomowania urządzenia montażowego lub dodać podkładki regulacyjne.

5. Sprawdź przepływ danych przed opuszczeniem terenu: Weź ze sobą laptopa (lub urządzenie przenośne, jeśli korzystasz z rejestratora danych ZL6 ) i odpowiednie oprogramowanie, aby upewnić się, że wszystkie połączenia są dobre, a system akwizycji danych prawidłowo rejestruje i/lub przesyła dane. Dobrą praktyką jest najpierw skonfigurowanie wszystkiego w laboratorium lub biurze, rozwiązanie wszelkich problemów, a następnie udanie się w teren.

6. Zawsze zabieraj kompletny zestaw narzędzi: Nigdy tak naprawdę nie wiadomo, co będzie potrzebne podczas rozwiązywania wyjątkowych sytuacji.

7. Uporządkuj przewody: Największą awarią czujników środowiskowych w systemie monitorowania pogody jest okablowanie. Przywiązanie dodatkowego przewodu do masztu montażowego może uchronić go przed przytrzaśnięciem przez zwierzęta lub porwaniem przez wiatr i odłączeniem od rejestratora danych. Ochrona okablowania w klatce lub innym pojemniku jest świetnym rozwiązaniem, jeśli masz taką możliwość. Każda z tych rzeczy sprawia, że instalacja wygląda bardziej profesjonalnie, co jest dodatkowym atutem.

8. Więcej informacji: Obejrzyj webinarium poniżej-7 błędów instalacji stacji pogodowych, których należy unikać

Dowiedz się więcej

Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.

Wgląd w pomiary

Naukowe dane dotyczące wydajności stacji pogodowych i porównania czujników pogodowych

Przeprowadziliśmy testy porównawcze dla ATMOS 41 w porównaniu z wysokiej jakości czujnikami innej klasy niż METER i przeprowadziliśmy testy szeregów czasowych pod kątem zmienności między czujnikami. Oto wyniki.

PRZECZYTAJ INFORMACJE O POMIARACH

Porównanie systemów monitorowania pogody: Który jest odpowiedni dla Ciebie?

Porównanie popularnych metod monitorowania pogody, zalet i wad oraz technologii, które mogą mieć zastosowanie do różnych rodzajów badań terenowych.

PRZECZYTAJ INFORMACJE O POMIARACH

Przyrządy laboratoryjne a terenowe - dlaczego warto korzystać z jednych i drugich

Instrumenty laboratoryjne i terenowe używane razem mogą zapewnić badaczom symfonię informacji i mogą być wykorzystywane jako potężne narzędzia do zrozumienia danych i przewidywania zachowania gleby w czasie.

PRZECZYTAJ INFORMACJE O POMIARACH

Studia przypadków, webinaria i artykuły, które pokochasz

Regularne otrzymywanie najnowszych treści.

icon-angle paski ikon ikona-czasu