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远程气象站设置事项

多年来，我们在 METER 安装了数千个远程气象站和气象仪器，因此我们学到了很多关于安装过程中该做什么和不该做什么的知识。

本文将深入探讨您在建立气象站时需要考虑的七个基本步骤，以便获得最高质量的气象数据。

1. 实地测试前
2. 选择合适的网站
3. 高质量的安装技术
4. 实地检查
5. 故障排除
6. 元数据记录
7. 安装后的注意事项

开始之前确保使用正确的气象仪器

需要记住的重要一点是，要获得高质量的数据，您需要为自己的独特应用安装正确的气象站。在这个 20 分钟的网络研讨会上，研究科学家 Doug Cobos 博士将探讨哪些类型的气象站适合不同类型的应用。了解更多

• 为什么要在成本分析中考虑数据质量与维护和测量参数组合的关系？
• 三季性能与四季性能
• 哪些情况需要低级、中级或高级解决方案？
• 不同解决方案的利弊
• ATMOS 41气象站与其他方法相比如何？
• 在您的应用中，性能与价格的最佳平衡点在哪里？

步骤 1：实地测试前避免头疼问题

要做好安装工作，一个经常被忽视的步骤是在将气象仪器带到现场之前对其进行测试。在出发前安装好仪器非常重要，这样您就能知道所有仪器是否正常工作，并准备好所需的所有工具。您可以在办公室、自家院子甚至附近的公园测试设备。准备好所有的安装硬件，确保所有气象仪器和传感器都能正常工作。如果您有电池供电系统和太阳能电池板，请检查它们是否正在充电。确保数据采集系统正常工作。如果使用坎贝尔科学记录仪等可编程数据记录仪，请确保您了解如何编程。测试记录仪程序，确保其正常运行并进行记录。许多数据采集主干网现在都有远程数据传输功能，因此请检查数据是否流入服务器，并且您能够访问这些数据。

图 2 是蒙大拿 Mesonet 在屋顶上设置每个站点进行对比测试的测试站点示例。这有助于他们检查是否一切正常，并确保他们拥有安装所需的所有设备。如果您这样做，您将拥有安装所需的所有工具、安装硬件和各种小部件。

步骤 2：为远程气象站的设置选择合适的地点

各种气象观测标准中都有规定，列出了气象仪器选址的最佳做法。一个标准的最佳做法是选择坡度最小的地点。并非所有地区都能做到这一点，但应尽可能选择坡度最小的地点。您还应将气象站选址在远离障碍物的地方：世界气象组织（WMO）要求最小距离为障碍物高度的 10 倍。例如，如果您的地点有一棵两米高的灌木，您的气象仪器就应该设在离灌木 20 米远的地方。ASABE 标准则要求距离障碍物高度的 10 至 50 倍。

另一个最佳做法是在气象站高度的 100 倍范围内（没有土地使用的变化，也没有障碍物）放置气象仪器。因此，如果气象站的高度为 2 米，那么最佳的同质风向约为 200 米。图 3 是一个理想的障碍物和风速观测站，因此也是一般气象观测的理想地点。

另一个需要注意的问题是高温计和雨量计上方的障碍物。如果雨量计上方有障碍物，就会影响雨量的测量。一定要检查高温计的 "视角系数"。请看图 4，数据记录器下方和树冠下有一个高温计。这样的障碍物会干扰高温计的数据。

此外，如果您使用长波辐射计或净辐射计，这些气象仪器通常具有半球形或 180 度视场。如果有任何树木或建筑物遮挡 180 度半球形视场，就会造成偏差或误差。因此，这类气象仪器必须暴露在开阔的天空中。

您还需要将远程气象站设在远离任何会在阳光下发热并使空气温度不自然升高的物体的地方，例如建筑物、人行道、小径，如果您在植被丰富的地方，甚至还要远离裸露的土壤。也不要将气象站设在靠近水体的地方，如图 4 所示。

请注意，以上讨论的规则适用于一般气象观测，不一定适用于特殊观测。图 5 展示了世界气象组织一级站点指南中的标准。

世界气象组织的指导方针建议尽量减少坡度、低植被、选址远离热源 100 米、选址远离水体 100 米。

气象仪器和远程气象站选址时需要考虑的最后一点是小气候影响。不要将仪器安装在局部低气压地区。在局部低气压地区，如果夜间天气晴朗，条件稳定，但随后出现反转，就会造成很大的偏差，尤其是气温偏差。

图 6 显示了 METER 屋顶测试平台的示意图，我们在这里测试ATMOS 41 一体式气象站。左侧约 220 米处是另一个位于溪床的 METER 测试点，我们在此测试土壤传感器、水文设备和水深传感器。两个测试点之间的海拔高度变化约为 30 米，水平距离约为 220 米。

最近，我们在 ZENTRA Cloud发现屋顶试验台和溪底试验台之间有整整 6 ℃ 的温差。由此可见，将远程气象站或气象仪器安装在局部洼地可能会产生多大的误差。

此外，还要注意站点附近的植被。气象站附近的植被应具有代表性。重要的是，不要将气象监测系统设在山脊顶上，因为这会导致测量偏差。同样，屋顶通常也不是气象监测站点。事实上，标准组织不会接受屋顶安装，因为屋顶升温会产生很大的气温偏差。(在 METER，我们可以使用屋顶测试平台来寻找性能问题，因为我们并不打算在该地点进行高质量的气象观测）。但要注意的是，屋顶通常是一个较差的位置）。

如果需要确定特定小气候的特征，则应将气象站设在该小气候中。对于病虫害综合防治或任何类型的疾病建模，通常需要在作物冠层中进行监测。如果要测量动物的舒适度，则应将气象仪器安装在动物所处的围栏内，否则测量结果将不具代表性。如果要测量城市地区（如体育场馆）的人体舒适度，则应将气象站设在体育场馆内。如果要测量某种作物的 "植物舒适度"（即何时浇水或植物压力），就不能从互联网上获取气象数据。您需要在该小气候中放置气象仪器，否则您的测量结果将不具代表性。

例如，在图8中您可以看到，对于爱达荷州的某块马铃薯田来说，田间气象站数据和互联网上的区域气象站数据并不一致。在这段视频中，科林-坎贝尔（Colin Campbell）博士向您展示了这将如何影响生长度日（GDD）模型预测的准确性。

步骤 3：远程气象站安装技术和最佳做法

去现场时，带的工具要比你认为需要的多。准备一把专门的安装铲和一个专门的工具箱，里面装满拉链、钳子、记号笔、手电筒和电池等重要工具，可以省去往返现场的时间。

此外，还可以考虑使用围栏将动物和人挡在外面（图 9）。

METER 与 TAHMO 合作，后者目前正在运营非洲最大的气象网络，拥有近 600 个远程气象站。他们在所有ATMOS 41 个站点周围都设置了围栏，以防止动物和人进入，因为在非洲让气象仪器暴露在外往往会导致仪器丢失。此外，动物也会对仪器造成破坏。东非的一位研究人员就遇到过鬣狗扯断电线的问题，甚至还有一头大象带着整个气象站到处乱跑。因此，请考虑在站点周围设置栅栏。

同样重要的是，在您离开之前要拧紧安装硬件。METER 在德克萨斯农工大学有一个降雨试验台，我们在那里研究德克萨斯雷暴带来的高强度降雨。最近，我们调出了试验台的数据，发现了一些降雨异常现象。当我们检查加速度计数据时，发现所有气象站都偏离了水平面。图 10 是我们的研究技术人员去检查气象站时看到的情景的艺术再现。他不得不重新制作这个测试平台。

您还应该安装固定线，以便在恶劣天气情况下稳固所有设备。如果不安装缆绳，仪表就会水平而不是垂直放置。

切记将风向传感器朝向真正的北方或南方（而不是磁性方向），以考虑磁偏角。还要确保温度传感器不受辐射影响。这一点在您选择仪器时可能已经考虑到了，但还是有可能被忽视。要了解这一点的重要性，请观看以下网络研讨会，Doug Cobos 博士将探讨暴露在辐射中的辐射传感器的能量平衡，并讨论其可能导致的误差。

让鸟类远离远程气象站非常重要。鸟类喜欢栖息在空旷地带的高处，因此放在空旷地带中间的气象仪器可能会受到损坏（例如，雨量计可能会被堵塞，或高温计可能会被鸟类排泄物遮住）。大多数研究人员会在仪器上安装一个防鸟钉环来防止鸟类进入。

此外，还要注意电缆管理。电气连接和电缆是任何环境仪表出现问题的首要原因。这些连接非常重要，但也很容易损坏。因此，如果电缆沿着地面铺设，一定要用柔性导管保护这些电缆，否则小动物会咬断它们。

图 13 是一个远程气象站电缆管理不善的例子。您不希望电缆悬空。

图 14 是一个良好电缆管理的例子。这种设置使用了带笼子的电缆管理系统，可使所有电缆保持整洁和受到保护。它们不会被动物卡住，动物也很难接近或啃咬它们。

步骤 4：实地检查

在离开田野之前，请记得调平气象仪器。如果不这样做，雨量计就会因为卡口或开口被改变而出现明显的误差。风速计、高温计或长波辐射传感器如果不确保水平，也会出现误差。图 15 显示了未调平的辐射传感器可能产生的数据。

图 15 的上图显示了两个高温计的数据。其中一个传感器偏向东方，另一个传感器处于水平状态。向东的传感器较早联机，峰值也较早出现，因此一个传感器偏离水平面会产生偏移。

图 15 的下图显示，在晴天时，其中一个太阳辐射传感器的校准会出现偏差。然而，最后一天是个阴天，两个传感器几乎完全一致。因此，误差实际上是一个传感器略微向南，比水平传感器接收到更多的辐射。在漫反射天看不到误差，但在晴天可以看到。这类误差很难从一个站点的单个传感器上识别出来，因此将这些气象仪器调平非常重要。几乎所有的远程气象站都有一个气泡水平仪，用于调平传感器。ATMOS 41气象站有一个加速度计，可以在数据流中提供 X 和 Y 倾斜，这样您就可以远程检查仪器是否水平，而不必到现场查看传感器。

另外，在离开现场之前，请检查每次测量的数据，确保它们是可信的。如果温度数据显示天气很冷，而实际感觉却很热，那显然是有问题的。检查辐射传感器，确保其读数合理。我们曾见过有人把盖子留在温度计上，直到很久以后才发现。如果他们检查了数据，就会发现读数接近零瓦特/米平方，而不是高达 1000 瓦特/米平方。

ZENTRA utility mobile 可让您使用蓝牙在智能手机或平板电脑上检查数值。如果现场有蜂窝数据，还可以在智能手机或平板电脑上使用ZENTRA Cloud 现场应用程序，确保数据流传输到cloud 。

此外，在离开之前，还可以使用这些工具来确认系统电源是否正在充电并运行良好。这样，您就可以完全放心，回到办公室后就能获得所需的数据。

步骤 5：故障排除

确保您能获得所使用的不同气象仪器的支持文件，为远程气象站设置可能出现的问题做好准备。携带用户手册（电子版或硬拷贝）、集成商指南、技术资料或任何您在排除故障时可能需要的资料。别忘了带上仪器支持部门的联系信息。如果遇到问题，他们会很有帮助。

步骤 6：记录元数据

研究人员经常忽略的一件事就是写下相关的元数据，使他们的数据更有意义。请记住这句名言"最短的铅笔比最长的记忆还长"。如果你不写下来，你就会忘记了解数据所需的关键信息。需要记录的重要元数据包括 GPS 位置、站点海拔、气象仪器高度以及土壤或水中的测量深度。您还需要记录场地的坡度和坡向、植被特征、任何障碍物、遮阳问题以及任何与建筑物、人行道或水体的接触情况。

世界气象组织的标准提供了一个模板，带去实地并记下一些笔记可能会有所帮助。但也一定要拍照。仪器设置的照片，尤其是现场的全景照片，在以后的工作中将非常有价值。

如果您访问华盛顿州立大学的 AG WeatherNet门户网站，就会看到数百个气象站的全景照片。在一些照片中，您可以看到气象站的选址并不完美。有一些树木违反了世界气象组织的一些标准，但如果您知道这一点，您的测量就会更有意义。

确保同时收集仪器的元数据。图 19 是从ZENTRA cloud 下载的 Excel 文件。从ZENTRA Cloud 下载数据时，您将获得所有相关元数据：记录仪信息：SIM 卡、手机信号、GPS 位置，以及传感器序列号和所有仪器的名称。您还可以添加额外字段，为这些元数据赋予更多意义，如固件版本等。METER 正在不断改进ZENTRA cloud 的元数据功能，因此将来会有更多的功能。

步骤 7：安装后

最后，当您回到办公室时，要尽早并经常检查数据。远程气象站的远程数据访问非常有用。通过ZENTRA Cloud 和其他远程数据访问程序，您的数据已经绘制成图表，因此您可以查找数据异常或站点问题。ZENTRA Cloud 中的警报会告诉您是否存在问题。

例如，您可以检查电池的电量，以确定何时到现场更换电池。如果您定期查看数据，将有助于获得高质量的数据集。

远程气象站常见问题

在调整气象仪器的水平和方向时，您应该追求怎样的精确度？

水平越高越好。x 和 y 的值最好保持在 00，否则会导致辐射误差。如果您查找兰伯特余弦定律，它将告诉您在晴朗天气下太阳辐射测量可能出现的误差。雨量计尤其容易出问题，特别是使用倾倒桶或滴数雨量计时。如果雨量计偏离水平面，就无法收集雨量测量值。我们建议您将测站水平度保持在 x 和 y 两度以内，以获得最佳测量结果，因为如果水平度偏差达到四五度，就会对数据造成影响。

测量城市地区天气变量的最佳做法是什么？对这种安装有什么建议？

城市地区的微环境比自然地区更为恶劣。因此，请将气象站放在您感兴趣的地点，而不是两个街区之外或建筑物的另一侧，那里有阳光而不是树荫。你必须考虑到小气候的影响。许多城市地区都会布设密集的气象仪器网络，以试图确定小气候效应的特征，并为利益相关者获取更多本地化观测数据。

在安装远程气象站时，您有具体的检查清单要遵循吗？

我们强烈建议使用核对表。我们在此处提供了一般安装清单，在此处提供了气象站安装注意事项。

您对气象仪器的校准或维护有什么建议？

大多数仪器在测量过程中都会出现一定程度的漂移，并随着时间的推移而失去准确性。对气象仪器进行例行重新校准是标准做法。每个辐射传感器、湿度传感器、温度传感器或气压传感器的制造商都会规定一个漂移值，并建议多久重新校准一次传感器。我们建议每两年更换一次ATMOS 41 太阳辐射传感器。我们对气压和相对湿度子板也有同样的建议。我们非常重视保持传感器的准确性，因此这些组件都可以现场更换，我们也尽量为用户提供方便。

如果要在冰川表面等不太稳定的地方安装远程气象站，您有什么建议？ 

在冰川中，你应该把一根柱子打入冰川深处，以确保有足够的稳定性来固定气象站。这是个棘手的问题，因为冰川表面的高度会随着时间的推移而变化。而且气象站的存在可能会引起一些小气候效应，比如融化。如果您能远程访问数据，并在数据流中拍摄照片，以近乎实时地查看正在发生的情况，这将是一个好主意，这样您就可以在出现问题时修复安装。

了解ATMOS 41气象站和ZL6 数据记录器。

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