CONTRIBUINTES

Estações meteorológicas remotas - questões de configuração

Na METER, instalamos milhares de estações meteorológicas remotas e instrumentos meteorológicos ao longo dos anos, por isso aprendemos muito sobre o que fazer e o que não fazer durante uma instalação.

Este artigo analisa detalhadamente sete etapas básicas que você deve considerar ao configurar sua estação meteorológica para obter dados meteorológicos da mais alta qualidade.

1. Testes pré-campo
2. Escolhendo o site certo
3. Técnicas de instalação de alta qualidade
4. Verificação de campo
5. Solução de problemas
6. Registro de metadados
7. Considerações pós-instalação

Antes de começar: Certifique-se de que está usando os instrumentos meteorológicos corretos

Um aspecto importante a ser lembrado é que, para obter dados de alta qualidade, você precisará instalar a estação meteorológica certa para sua aplicação exclusiva. Neste webinar de 20 minutos, o cientista pesquisador, Dr. Doug Cobos, explora quais tipos de estações meteorológicas se adequam a diferentes tipos de aplicações. Saiba mais:

• Por que você deve considerar a qualidade dos dados versus a manutenção e as combinações de parâmetros de medição em sua análise de custos
• Desempenho de 3 temporadas vs. 4 temporadas
• Quais situações exigem soluções de baixo, médio ou alto nível, e até onde você deve ir?
• Prós e contras de diferentes soluções
• Como a estação meteorológica ATMOS 41 se compara a outros métodos?
• Qual é o ponto ideal para o desempenho dividido pelo preço em seu aplicativo?

Etapa 1: O teste pré-campo evita dores de cabeça

Uma etapa frequentemente negligenciada para uma boa instalação é testar seus instrumentos meteorológicos antes de levá-los para o campo. É importante configurar a instrumentação antes de sair para saber se tudo está funcionando e se você tem todas as ferramentas necessárias. Você pode testar o equipamento no escritório, no seu quintal ou até mesmo em um parque próximo. Reúna todo o hardware de montagem e certifique-se de que todos os instrumentos e sensores meteorológicos estejam funcionando. Se você tiver um sistema alimentado por bateria e um painel solar, verifique se eles estão carregando. Certifique-se de que seu sistema de aquisição de dados esteja funcionando. Se estiver usando um registrador de dados programável, como um registrador da Campbell Scientific, certifique-se de saber como programá-lo. Teste o programa do registrador para garantir que ele esteja funcionando corretamente e registrando. Muitos backbones de aquisição de dados agora têm fornecimento remoto de dados, portanto, verifique se os dados estão fluindo para o servidor e se você pode acessá-los.

A Figura 2 é um exemplo de um local de teste em que a Montana Mesonet instala cada uma de suas estações em um telhado para fazer testes de comparação. Isso os ajuda a verificar se tudo está funcionando e garante que eles tenham todos os equipamentos necessários para a instalação. Se fizer isso, você terá todas as ferramentas corretas, hardware de montagem e vários widgets necessários para a configuração.

Etapa 2: Escolha o local certo para a instalação da estação meteorológica remota

Há regras descritas nos vários padrões de observação meteorológica que listam as práticas recomendadas para a localização de seus instrumentos meteorológicos. Uma prática recomendada padrão é escolher um local com inclinação mínima. Isso pode não ser possível em todas as áreas, mas escolha um local com a menor inclinação possível. Você também deve instalar sua estação meteorológica longe de obstruções: a Organização Meteorológica Mundial (OMM) exige uma distância mínima de 10 vezes a altura da obstrução. Por exemplo, se houver um arbusto de dois metros em seu local, os instrumentos meteorológicos devem estar localizados a 20 metros de distância desse arbusto. O padrão da ASABE exige de 10 a 50 vezes a altura da obstrução.

Outra prática recomendada é posicionar seus instrumentos meteorológicos com um fetch homogêneo (sem mudanças no uso da terra e sem obstruções) de 100 vezes a altura da sua estação meteorológica. Portanto, se você tiver uma estação meteorológica a uma altura de dois metros, é ideal ter um fetch homogêneo de aproximadamente 200 metros. A Figura 3 é um local ideal para obstruções e fetch, o que o torna um local ideal para observações meteorológicas gerais.

Outra coisa que deve ser observada são as obstruções acima do piranômetro e do pluviômetro. Se houver uma obstrução sobre o pluviômetro, isso atrapalhará a medição da chuva. Sempre verifique o "fator de visão" do piranômetro. Se observar a Figura 4, há um piranômetro abaixo do registrador de dados e sob a copa de uma árvore. Obstruções como essas confundem os dados do piranômetro.

Além disso, se você tiver um pirgeômetro para radiação de ondas longas ou um radiômetro de rede, esses instrumentos meteorológicos normalmente têm um campo de visão hemisférico ou de 180 graus. Se houver árvores ou prédios obstruindo o campo de visão hemisférico de 180 graus, isso pode ser uma fonte de distorção ou erro. Portanto, é importante que esses tipos de instrumentos meteorológicos sejam expostos ao céu aberto.

A estação meteorológica remota também deve ser instalada longe de qualquer objeto que se aqueça ao sol e aumente a temperatura do ar de forma não natural, como prédios, calçadas, trilhas e até mesmo solo descoberto se estiver em um local com vegetação. E não coloque sua estação meteorológica perto de corpos d'água, como na Figura 4.

Observe que as regras discutidas acima são para observações meteorológicas gerais e não necessariamente para observações especializadas. A Figura 5 ilustra os padrões de um guia para um site de nível 1 da OMM.

As diretrizes da WMO recomendam inclinação mínima, vegetação baixa, localização a 100 metros de fontes de calor e localização a 100 metros de corpos d'água.

Um último aspecto a ser considerado ao instalar instrumentos meteorológicos e estações meteorológicas remotas são os efeitos do microclima. Não instale seus instrumentos em uma depressão local. Em uma depressão local, se houver uma noite clara com condições estáveis e depois uma inversão, isso pode causar uma grande distorção, especialmente na temperatura do ar.

A Figura 6 mostra um diagrama de um local de teste de telhado da METER onde testamos ATMOS 41 estações meteorológicas multifuncionais. Cerca de 220 metros à esquerda, há outro local de teste da METER em um leito de riacho, onde testamos sensores de solo, equipamentos de hidrologia e sensores de profundidade de água. Entre os dois locais, há uma mudança de elevação de aproximadamente 30 metros e cerca de 220 metros de distância horizontal.

Recentemente, verificamos a baixa temperatura desses locais em ZENTRA Cloud e descobrimos que havia uma diferença total de temperatura de 6 ℃ entre o banco de testes do telhado e o banco de testes do fundo do riacho. Isso lhe dá uma ideia da magnitude dos erros que você pode obter ao instalar sua estação meteorológica remota ou instrumentos meteorológicos em uma depressão localizada.

Além disso, preste atenção à vegetação próxima ao local. A vegetação deve ser representativa perto de sua estação meteorológica. E é importante não instalar o sistema de monitoramento meteorológico no topo de uma colina, pois isso causará um viés de medição. Da mesma forma, o telhado é geralmente um local de monitoramento meteorológico ruim. Na verdade, as organizações de padrões não aceitam uma instalação no telhado porque você obtém distorções substanciais na temperatura do ar devido ao aquecimento do telhado. (Na METER, conseguimos nos safar com uma bancada de teste no telhado para procurar problemas de desempenho porque não estamos tentando fazer observações meteorológicas de alta qualidade nesse local. Mas observe que um telhado é normalmente um local ruim).

Se você precisar caracterizar um microclima específico, deverá localizar sua estação meteorológica nesse microclima. Para o gerenciamento integrado de pragas ou qualquer tipo de modelagem de doenças, muitas vezes o monitoramento precisa ser feito no dossel da cultura. Se estiver analisando o conforto dos animais, deverá instalar os instrumentos meteorológicos no recinto onde o animal está localizado, ou as medições não serão representativas. Se estiver medindo o conforto humano em áreas urbanas, como um local de esportes, a estação meteorológica deve estar localizada no local de esportes. Se quiser medir o "conforto da planta" (ou seja, quando regar ou estressar a planta) em uma determinada cultura, não é possível obter os dados meteorológicos da Internet. Você precisará colocar instrumentos meteorológicos nesse microclima, ou suas medições não serão representativas.

Por exemplo, na Figura 8, você pode ver que, para um determinado campo de batata em Idaho, os dados da estação meteorológica do campo e os dados da estação meteorológica regional da Internet não coincidem. Neste vídeo, o Dr. Colin Campbell mostra como isso pode afetar a precisão das previsões de seu modelo de graus-dia de crescimento (GDD).

Etapa 3: Técnicas e práticas recomendadas de instalação de estações meteorológicas remotas

Quando for para o campo, leve mais ferramentas do que você acha que precisa. Ter uma pá de instalação dedicada e uma caixa de ferramentas dedicada cheia de ferramentas importantes, como abraçadeiras, alicates, marcadores, lanternas e baterias, pode economizar horas de idas e vindas ao local.

Além disso, pense em usar um cercado para manter os animais e as pessoas afastados (Figura 9).

A METER tem parceria com a TAHMO, que agora opera a maior rede meteorológica operacional da África, com cerca de 600 estações meteorológicas remotas. Eles colocam cercas ao redor de todas as suas ATMOS 41 estações para manter os animais e as pessoas afastados, pois deixar os instrumentos meteorológicos expostos na África geralmente resulta no desaparecimento de objetos. Além disso, os animais podem ser destrutivos para a instrumentação. Um pesquisador no leste da África teve problemas com hienas que arrancaram os cabos e até mesmo com um elefante que fugiu com toda a sua estação meteorológica. Portanto, pense em colocar uma cerca ao redor de seu local.

Também é importante apertar o hardware de montagem antes de sair. A METER tem um banco de testes de precipitação na Texas A&M University, onde estudamos a precipitação de alta intensidade das tempestades do Texas. Recentemente, acessamos os dados desse banco de testes e observamos algumas anomalias de precipitação. Quando verificamos os dados do acelerômetro, vimos que todas as estações meteorológicas estavam desniveladas. A Figura 10 é uma recriação artística do que o nosso técnico de pesquisa viu quando foi verificar as estações meteorológicas. Os encaixes haviam se soltado, e ele teve que refazer completamente esse banco de testes.

Você também deve instalar cabos de sustentação para manter tudo estável no caso de um evento climático severo. Se você não colocar os cabos de sustentação, acabará com a instrumentação orientada horizontalmente em vez de verticalmente.

Lembre-se de orientar o sensor de direção do vento para o norte ou sul verdadeiro (em vez de magnético) para levar em conta a declinação magnética. Certifique-se também de proteger seus sensores de temperatura da radiação. Isso pode ser resolvido quando você escolhe sua instrumentação, mas é algo que pode ser negligenciado. Para saber por que isso é importante, assista ao webinar a seguir, no qual o Dr. Doug Cobos analisa o balanço de energia dos sensores de radiação expostos à radiação, discutindo os erros que isso pode causar.

É importante manter os pássaros longe de sua estação meteorológica remota. Os pássaros adoram se empoleirar em coisas altas em áreas abertas, de modo que os instrumentos meteorológicos que ficam no meio de uma área aberta podem correr o risco de serem danificados (ou seja, os pluviômetros podem ficar entupidos ou os piranômetros podem ficar cobertos quando um pássaro defeca). A maioria dos pesquisadores instala um anel de fixação de pássaros para mantê-los afastados.

Além disso, preste atenção ao gerenciamento de cabos. As conexões e os cabos elétricos são a principal fonte de problemas em qualquer instrumentação ambiental. Essas conexões são essenciais, mas são fáceis de serem comprometidas. Portanto, se os cabos estiverem passando pelo chão, certifique-se de protegê-los com conduítes flexíveis ou pequenos animais os roerão.

A Figura 13 é um exemplo de mau gerenciamento de cabos para uma estação meteorológica remota. Você não quer que os cabos fiquem pendurados sem segurança.

A Figura 14 é um exemplo de bom gerenciamento de cabos. Essa configuração usa um sistema de gerenciamento de cabos com uma gaiola que mantém todos os cabos organizados e protegidos. Eles não ficarão presos por animais e será difícil para os animais acessá-los ou mastigá-los.

Etapa 4: Verificação de campo

Antes de sair do campo, lembre-se de nivelar seus instrumentos meteorológicos. Se não o fizer, o pluviômetro apresentará erros óbvios porque sua trava ou abertura está alterada. O anemômetro, o piranômetro ou o sensor de radiação de onda longa também estarão sujeitos a erros se você não se certificar de que estão nivelados. A Figura 15 mostra o que pode acontecer com os dados de sensores de radiação desnivelados.

O gráfico superior da Figura 15 mostra dados de dois piranômetros. Um dos sensores está apontado para o leste e um deles está nivelado. O que está apontado para o leste fica on-line mais cedo e atinge o pico mais cedo, portanto, há uma compensação por ter um sensor desnivelado.

O gráfico inferior da Figura 15 mostra que, em dias de céu claro, há um deslocamento que parece ser um erro na calibração de um dos sensores de radiação solar. Entretanto, o último dia é um dia nublado em que ambos os sensores concordam quase perfeitamente. Portanto, o erro é, na verdade, um sensor apontado ligeiramente para o sul e que capta mais radiação do que o sensor de nível. Você não vê o erro nos dias de céu difuso, mas pode vê-lo nos dias de céu claro. Esses tipos de erros são difíceis de identificar em um único sensor em um local, por isso é importante nivelar esses instrumentos meteorológicos. Quase todas as estações meteorológicas remotas incluem um nível de bolha para nivelar os sensores. A estação meteorológica ATMOS 41 tem um acelerômetro que fornece a inclinação X e Y no seu fluxo de dados para que você possa verificar se as coisas estão niveladas remotamente sem precisar visitar os sensores no campo.

Além disso, antes de deixar o local, verifique os dados de cada medição e certifique-se de que sejam plausíveis. Se os dados de temperatura indicarem que está frio em um dia que parece quente, obviamente há um problema. Verifique o sensor de radiação para garantir que ele esteja lendo algo razoável. Já vimos pessoas deixarem a tampa do piranômetro e só perceberem isso muito mais tarde. Se tivessem verificado os dados, teriam percebido que ele estava lendo algo próximo a zero watts por metro quadrado em vez de até 1.000 watts por metro quadrado.

ZENTRA O utilitário móvel permite usar o bluetooth para verificar seus valores em um smartphone ou tablet. Se houver dados de celular em seu local, você também poderá usar o aplicativo de campo ZENTRA Cloud em um smartphone ou tablet para garantir que os dados estejam sendo transmitidos para o cloud.

Além disso, use essas ferramentas para confirmar se a fonte de alimentação do sistema está carregando e funcionando bem antes de sair. Assim, você poderá ter total confiança de que terá os dados de que precisa quando voltar ao escritório.

Etapa 5: Solução de problemas

Prepare-se para possíveis problemas com a configuração da estação meteorológica remota, garantindo que você possa acessar a documentação de suporte dos diferentes instrumentos meteorológicos que estiver usando. Leve manuais do usuário (uma cópia eletrônica ou impressa), guias de integradores, fichas técnicas ou qualquer coisa que possa ser necessária para a solução de problemas. E não se esqueça de levar as informações de contato dos departamentos de suporte de instrumentação. Eles podem ser úteis se você tiver problemas.

Etapa 6: Registre os metadados

Uma coisa que os pesquisadores geralmente negligenciam é anotar os metadados relevantes que tornam seus dados mais significativos. Lembre-se da famosa citação: "O lápis mais curto é mais longo do que a memória mais longa". Se não anotar, você esquecerá informações cruciais necessárias para entender seus dados. Os metadados importantes a serem registrados são a localização do GPS, a elevação do local, as alturas dos instrumentos meteorológicos e as profundidades, se estiver medindo no solo ou na água. Também será necessário registrar a inclinação e o aspecto do local, as características da vegetação, quaisquer obstruções, problemas de sombreamento e qualquer exposição a edifícios, calçadas ou corpos d'água.

O padrão da OMM fornece um modelo que pode ser útil para levar para o campo e fazer algumas anotações. Mas também não se esqueça de tirar fotos. As fotos da configuração de sua instrumentação serão de grande valia posteriormente, especialmente as fotos panorâmicas do local.

Se você visitar o portal AG WeatherNet da Washington State University, verá fotos panorâmicas de cada uma de suas centenas de estações. Em algumas das fotos, você pode ver que não é um local perfeito para uma estação meteorológica. Há algumas árvores que violam alguns dos padrões da WMO, mas se você souber disso, suas medições terão mais significado.

Certifique-se de coletar também os metadados de sua instrumentação. A Figura 19 é um arquivo Excel baixado de ZENTRA cloud . Ao baixar seus dados de ZENTRA Cloud , você obtém todos os metadados relevantes: informações sobre seu registrador: o cartão SIM e o sinal de celular, a localização do GPS, além dos números de série do sensor e os nomes de toda a instrumentação. Você também pode adicionar campos extras que dão ainda mais significado a esses metadados, como versões de firmware etc. A METER está aprimorando continuamente a função de metadados do ZENTRA cloud , portanto, aguarde mais recursos no futuro.

Etapa 7: Pós-instalação

Por fim, quando voltar ao escritório, verifique os dados com antecedência e com frequência. O acesso remoto aos dados de estações meteorológicas remotas é de grande ajuda. Com o ZENTRA Cloud e outros programas de acesso remoto a dados, seus dados já estão representados graficamente para que você possa procurar anomalias nos dados ou problemas com o seu site. Há alertas em ZENTRA Cloud que o informarão se houver algum problema.

Por exemplo, você pode verificar o nível de carga da bateria para saber quando deve ir ao campo para substituir as baterias. Se você examinar seus dados rotineiramente, isso o ajudará a obter um conjunto de dados de alta qualidade.

Perguntas frequentes sobre a estação meteorológica remota

Ao nivelar e orientar seus instrumentos meteorológicos, qual é o nível de precisão que você deve buscar?

Quanto mais nivelado, melhor. A melhor opção é o 00 em ponto morto para x e y, caso contrário, você acabará com erros na radiação. Se você pesquisar a lei do cosseno de Lambert, ela informará os erros que você pode esperar em dias de céu limpo a partir da medição da radiação solar. Os pluviômetros são especialmente problemáticos, principalmente com um balde basculante ou um pluviômetro de contagem de gotas. Se estiver desnivelado o suficiente, ele não coletará a medição da chuva. Recomendamos que você mantenha o nível da estação dentro de dois graus em x e y para obter as melhores medições possíveis, pois se você ficar quatro ou cinco graus desnivelado, isso será problemático para seus dados.

Quais são as práticas recomendadas para medir variáveis meteorológicas em áreas urbanas? Alguma recomendação para esse tipo de instalação?

Os microambientes em áreas urbanas são mais severos do que em áreas naturais. Portanto, coloque sua estação meteorológica no local de seu interesse, não a duas quadras de distância ou do outro lado do prédio, onde há sol em vez de sombra. É preciso levar em conta os efeitos do microclima. Muitas áreas urbanas instalarão redes densas de instrumentação meteorológica para tentar caracterizar os efeitos do microclima e obter observações mais localizadas para as partes interessadas.

Você tem uma lista de verificação específica a seguir quando se trata da instalação de uma estação meteorológica remota?

É altamente recomendável usar uma lista de verificação. Temos uma lista de verificação geral de instalação aqui e considerações sobre a instalação da estação meteorológica aqui.

Você tem alguma recomendação para calibração ou manutenção de seus instrumentos meteorológicos?

A maioria dos instrumentos apresenta algum grau de desvio na medição e perde a precisão com o tempo. A recalibração de rotina dos instrumentos meteorológicos é uma prática padrão. Cada fabricante de sensores de radiação, sensores de umidade, sensores de temperatura ou sensores de pressão barométrica especificará um desvio e dará recomendações sobre a frequência de recalibração dos sensores. Recomendamos a substituição do sensor de radiação solar ATMOS 41 a cada dois anos. E temos a mesma recomendação para a placa filha de pressão barométrica e umidade relativa. Estamos muito empenhados em manter a precisão dos sensores, portanto, esses componentes podem ser trocados em campo e tentamos facilitar isso para o usuário.

Se estiver lidando com a instalação remota de uma estação meteorológica em um local que pode não ser muito estável, como a superfície de uma geleira, o que você sugere para uma situação como essa? 

Em uma geleira, você deve inserir um poste bem fundo na geleira para garantir que haja estabilidade suficiente para manter a estação meteorológica no lugar. É uma situação difícil porque as alturas acima da superfície mudarão com o tempo. E a presença da estação meteorológica pode induzir alguns efeitos microclimáticos, como o derretimento. Seria uma boa ideia se você tivesse acesso remoto aos dados e fotos em seu fluxo para ver o que está acontecendo quase em tempo real, de modo que possa corrigir a instalação se houver problemas.

Descubra a estação meteorológica ATMOS 41 e oregistrador de dados ZL6 .

Dúvidas?

Deseja saber como as estações meteorológicas podem ser usadas em sua aplicação? Nossos cientistas têm décadas de experiência ajudando pesquisadores e produtores a medir o contínuo solo-planta-atmosfera.

• Fale com um especialista
• Solicite uma cotação
• Explore qual estação meteorológica científica é a ideal para você