邢 鈞 ，劉振宏 ，王若男 ，馬 林 ，郭宗凱 ，王 一 ，郭 海

（1.丹東市氣象局，遼寧丹東118000；2.遼寧省裝備保障中心，遼寧沈陽110000）

為了確保海洋作業(yè)的安全及在可能的條件下提高海洋作業(yè)的效率并減少費(fèi)用開支，世界氣象組織（WMO）規(guī)定了海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)是向海上或岸上的用戶提供其所需的海洋氣象和海洋水文情報(bào)。海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)主要包括，強(qiáng)對(duì)流天氣和海洋氣象要素監(jiān)測，海區(qū)、航線、港口、碼頭未來72小時(shí)、24小時(shí)間隔的強(qiáng)對(duì)流、天氣現(xiàn)象、風(fēng)向、風(fēng)力、能見度預(yù)報(bào)，海上強(qiáng)對(duì)流天氣和海上大風(fēng)、海霧等海洋氣象災(zāi)害預(yù)警業(yè)務(wù)。海洋觀測資料庫作為海洋預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)包括常規(guī)觀測資料、風(fēng)浪資料、船舶觀測資料、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)拼圖、浮標(biāo)資料及海溫資料等。目前、船舶、浮標(biāo)自動(dòng)氣象觀測建設(shè)項(xiàng)目是國家氣象局為環(huán)渤海藍(lán)色區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)保駕護(hù)航，提高對(duì)環(huán)渤海地區(qū)的氣象服務(wù)質(zhì)量而投資建設(shè)的重要內(nèi)容[1]。船舶、浮標(biāo)自動(dòng)氣象觀測站中的氣象觀測數(shù)據(jù)對(duì)提高周邊區(qū)域氣象服務(wù)質(zhì)量占有極其重要的作用，在惡劣天氣條件下獲取的氣象數(shù)據(jù)尤為重要，為本地防災(zāi)減災(zāi)工作提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，也為海洋氣候研究積累了可靠的原始觀測資料。

遼寧省為規(guī)范全省海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，提高海洋氣象預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)效益，根據(jù)中國氣象局《海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)規(guī)定》（中氣函〔2010〕262號(hào)）結(jié)合本省實(shí)際需求，制定了《遼寧省海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)規(guī)定》。規(guī)定中明確了遼寧省海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)是由遼寧省海洋氣象臺(tái)和大連、丹東、錦州、營口、盤錦、葫蘆島市海洋氣象臺(tái)以及沿海地區(qū)各縣氣象局聯(lián)合組織開展。秉承“以人為本、無微不至、無所不在”的服務(wù)理念，將全面監(jiān)測預(yù)報(bào)本省海域海上強(qiáng)對(duì)流天氣和海上大風(fēng)、海霧等海洋氣象災(zāi)害為重點(diǎn)工作，加強(qiáng)推進(jìn)海洋觀測資料和預(yù)報(bào)信息的互通共享、交流合作，共同促進(jìn)海洋氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)出一套符合本地海洋觀測系統(tǒng)需要的維修維護(hù)指南尤為重要。

1 國內(nèi)外研究進(jìn)展

1.1 國外研究進(jìn)展

20世紀(jì)70年代，美國有專職的研究機(jī)構(gòu)MMAB和MDL發(fā)展專業(yè)化的海洋氣象數(shù)值預(yù)報(bào)[2]，逐步將模式產(chǎn)品轉(zhuǎn)化到實(shí)際應(yīng)用到業(yè)務(wù)中，經(jīng)過長期的業(yè)務(wù)應(yīng)用評(píng)估與檢驗(yàn)，不斷反饋給研究機(jī)構(gòu)對(duì)模式加以改進(jìn)，形成研發(fā)→業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用→再研發(fā)的循環(huán)機(jī)制[3]。1990年，借助模式和資料同化的理論設(shè)計(jì)大氣與海洋觀測系統(tǒng)已取得了一定進(jìn)展[4]。2007年，佘軍等人利用高分辨率模式及資料同化方法來評(píng)估羅的海和北海的海表溫度觀測網(wǎng)[5]。

1.2 國內(nèi)研究進(jìn)展

近些年，我國海洋氣象防災(zāi)減災(zāi)預(yù)警監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)不斷加強(qiáng)。渤海是我國海洋災(zāi)害和海上事故的高發(fā)區(qū)域，遼寧西部地區(qū)渤海沿岸為狹長的海濱平原，稱“遼西走廊”，隨著沿海經(jīng)濟(jì)帶的快速發(fā)展，轄區(qū)超過10海里至200海里以內(nèi)甚至更遠(yuǎn)的海上航行作業(yè)氣象服務(wù)、防災(zāi)減災(zāi)的需求日益提升，需要更為有力的海洋氣象觀測能力。為提升遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶海洋氣象災(zāi)害監(jiān)測能力，實(shí)時(shí)觀測溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、雨量等氣象要素，提供區(qū)域內(nèi)高時(shí)空分辨率的中小尺度災(zāi)害性天氣、局部環(huán)境和區(qū)域氣候等觀測數(shù)據(jù)，在遼寧沿海地區(qū)進(jìn)行綜合觀測系統(tǒng)建設(shè)。船舶氣象觀測是遼寧省海洋氣象預(yù)報(bào)和海事救援安全的重要數(shù)據(jù)支持。2013年遼寧省沿海地區(qū)建設(shè)58個(gè)能見度監(jiān)測站，承擔(dān)實(shí)時(shí)觀測業(yè)務(wù)，提供區(qū)域內(nèi)高時(shí)空分辨率的中小尺度災(zāi)害性天氣、局部環(huán)境和區(qū)域氣候等觀測數(shù)據(jù)和近海地區(qū)大霧分布信息。獲取沿海地區(qū)的能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫、雨量、氣壓等要素資料，彌補(bǔ)觀測資料的不足，提高沿海地區(qū)的實(shí)況監(jiān)測能力和預(yù)報(bào)、預(yù)警的精細(xì)化水平。同時(shí)，能見度監(jiān)測站能夠用于提供近海地區(qū)大霧分布信息，以降低能見度過低而造成事故帶來的損失。具體建設(shè)內(nèi)容中包括在固定航線的客（貨）船上建設(shè)9個(gè)海洋移動(dòng)氣象觀測站，獲取氣溫、風(fēng)向、風(fēng)速、能見度等4要素觀測數(shù)據(jù)，監(jiān)測海上發(fā)生的大風(fēng)、大霧等災(zāi)害性天氣，為研究其開始、發(fā)展、消亡的物理機(jī)制及預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)工作提供基礎(chǔ)資料，為滿足海洋應(yīng)急氣象服務(wù)、重要航線氣象服務(wù)保障工作提供依據(jù)，詳見圖1。

圖1 遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶綜合觀測系統(tǒng)分布圖

2 遼寧海洋移動(dòng)氣象觀測站簡介

2.1 海洋移動(dòng)氣象觀測站

海洋移動(dòng)氣象觀測站系統(tǒng)構(gòu)建主要由硬件、軟件、外圍設(shè)備三部分組成，其中硬件包括采集器硬件和傳感器等，軟件包括采集器軟件、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)軟件，外圍設(shè)備包括通訊模塊、電源系統(tǒng)等。海洋移動(dòng)氣象觀測站系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在海上實(shí)時(shí)觀測，具體觀測要素包括風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫和相對(duì)濕度。氣象要素采集數(shù)據(jù)通過傳感器轉(zhuǎn)換成模擬或數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)由采集器將各傳感器提供的信號(hào)收集、處理、編碼后經(jīng)通信模塊發(fā)送到海洋移動(dòng)氣象站的中心站，中心站主要功能為完成接收、解碼、處理后匯入數(shù)據(jù)庫，提升海上氣象災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警能力[7]。

2.2 海洋移動(dòng)氣象觀測站的性能指標(biāo)

2.2.1 能見度 測量1分鐘，10分鐘的平均能見度。

測量范圍：10米～30千米；

分辨率：1米；

最大允許誤差：±10%（≤1.5千米）；±20%（＞1.5千米）

2.2.2 風(fēng)向 測量3秒鐘，1分鐘，2分鐘，10分鐘平均風(fēng)向。

測量范圍：0°～360°；

起動(dòng)風(fēng)速：1.0米/秒；

分辨率：3°；

準(zhǔn)確度：±5°；

2.2.3 風(fēng)速 測量3秒鐘，10分鐘滑動(dòng)平均風(fēng)速。1分鐘，2分鐘平均風(fēng)速。

測量范圍：0米/秒～90米/秒；

起動(dòng)風(fēng)速：1.0米/秒；

分辨率：0.1米/秒；

準(zhǔn)確度：±10%；

2.2.4 氣溫 測量1分鐘平均氣溫。

測量范圍：－25℃～＋50℃；

分辨率：0.1℃；

準(zhǔn)確度：±0.2℃。

2.2.5 供電 采用太陽能供電方式，太陽能蓄電池的容量能保證當(dāng)?shù)剡B續(xù)陰雨天自動(dòng)氣象站正常工作。

2.2.6 觀測數(shù)據(jù)傳送 通過北斗衛(wèi)星和GPRS通信方式建立海洋移動(dòng)氣象站到市級(jí)數(shù)據(jù)收集處理中心站的通信傳輸鏈路，具有探測資料定時(shí)傳送功能。

2.2.7 觀測設(shè)備和附屬構(gòu)件 均應(yīng)具備優(yōu)異的耐水性、耐氣候性和耐腐蝕性，具備在艦船甲板安裝條件。

3 遼寧海洋移動(dòng)氣象觀測站的維護(hù)與維修

3.1 日常維護(hù)

潮濕的天氣和雷電對(duì)通信設(shè)備的影響比較嚴(yán)重[8]。當(dāng)空氣相對(duì)濕度較高時(shí)，空調(diào)停機(jī)后，易在設(shè)備元器件表面形成冷凝水汽。冷凝水汽可能會(huì)引起短路進(jìn)而損壞設(shè)備。對(duì)此，可用電扇對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行一定時(shí)間的吹風(fēng)烘干后，再開機(jī)通電加熱干燥。對(duì)于設(shè)備防雷，主要是檢查接地線是否接地良好，電臺(tái)使用完畢記住要讓天線接地；船舶搖晃和劇烈振動(dòng)時(shí)，通信設(shè)備的線路板、接線和插頭容易產(chǎn)生松動(dòng)而導(dǎo)致接觸不良，致使設(shè)備出現(xiàn)故障。因此，在船舶進(jìn)入惡劣海區(qū)航行之前，應(yīng)做好必要的穩(wěn)固措施，減少設(shè)備的震動(dòng)；塵埃吸收水分后容易使電路產(chǎn)生短路，帶靜電的塵埃則會(huì)對(duì)高頻電路產(chǎn)生干擾，使電路工作混亂。塵埃落在麥克風(fēng)上，吸收空氣中的水分后會(huì)結(jié)塊，造成麥克風(fēng)靈敏度降低或失效。

3.2 常見故障

海洋移動(dòng)氣象觀測站常見故障有硬件故障和軟件故障。硬件故障主要有：一是電源故障，例如船舶氣象觀測站線路問題使得供電不穩(wěn)或者UPS電源故障引起的；二是采集器故障，如采集器主板、風(fēng)雨板損壞；三是通信故障，（通訊隔離盒或者串口損壞，通信線路斷線等都屬于通信故障）；四是傳感器故障（各要素傳感器引起的故障各不相同則更換傳感器）。軟件故障主要由參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤造成。

3.2.1 系統(tǒng)開機(jī)故障 對(duì)設(shè)備的檢測首先從檢查電源開始，使用萬用表測試直流12V供電系統(tǒng)是否正常，包括：220V交流電是否正常；充電電源控制器是否正常；蓄電池是否正常，是否有短路現(xiàn)象等；電源正常方可進(jìn)行其他方面的檢測，例如更換采集器等措施。

3.2.2 風(fēng)向風(fēng)速無數(shù)據(jù) 測試風(fēng)速。具體操作規(guī)程：首先使用萬用表測量輸出端和接地端兩者間的電壓，如果風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)正常，應(yīng)該在工作電壓的一半左右；如果風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)異?；蛲＾D(zhuǎn)，說明該傳感器故障，做更換處理即可。再者若輸出電壓正常，亦可能是采集器通道故障或其他原因。

測試風(fēng)向。由于新型站配用的風(fēng)向傳感器是格雷碼輸出的信號(hào)輸出的，單獨(dú)對(duì)其做出好壞判斷比較繁瑣，直接更換備件測試，如果更換后正常，說明是傳感器故障。如不正常，可能是采集器通道故障或其他原因造成。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)海洋移動(dòng)氣象觀測站維修與維護(hù)的方法進(jìn)行淺析，自動(dòng)站出現(xiàn)問題時(shí)，主要做兩方面的工作：排除故障和數(shù)據(jù)處理。故障分析和判斷的基本方法是替代及測量，結(jié)合海洋移動(dòng)氣象觀測站的特殊性，為日常維護(hù)和故障處理提供了一套系統(tǒng)的操作手冊(cè)。隨著今后海洋氣象觀測事業(yè)發(fā)展的大力推進(jìn)，氣象現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，技術(shù)保障工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)對(duì)故障快速診斷和解決，海上故障遠(yuǎn)程處理流程進(jìn)一步完善，確保自動(dòng)站良好狀態(tài)，以保障海洋氣象綜合觀測系統(tǒng)正常運(yùn)行。

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