谈地面气象观测业务中的应急判断和处理

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　　摘   要：本文以CAWS600B型自动站气象站和OSSMO2004地面观测业务软件为例，从系统及仪器故障技术保障和新长Z文件的应急处理为出发点，介绍了地面气象观测业务中的应急处理以及仪器故障的判断及维修方法。
　　关键词：地面气象观测  业务  应急  判断  处理
　　中图分类号：P412                                    文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）12（a）-0137-05
　　隨着县级综合业务改革的深入，地面气象观测业务已不再是传统的观测发报。新型自动站的建设和普及，使得自动观测代替了传统的人工观测，那么现在地面观测业务工作，也应该转移重点，那就是从传统的观测发报，转变为技术保障和维修以及对自动站观测数据的质量进行判断和处理。为此本文以CAWS600B型自动站气象站和OSSMO2004地面观测业务软件为例，从系统仪器的技术保障到新长Z文件的质量判断和处理出发，介绍了地面气象观测业务中的应急处理以及仪器故障的判断及维修方法。
　　1  CAWS600B型自动站气象站硬件故障的表现及判断处理
　　1.1 采集器常见故障及判断处理
　　1.1.1 采集器指示灯不亮
　　故障原因：（1）供电不正常;（2）发光二极管损坏;（3）采集器故障。
　　处理方法：（1）用万用表直流20V测量DY01直流输出端电压是否12V左右;（2）若供电正常，检查指示灯发光二极管是否损坏？可更换二极管;（3）若指示灯正常，则为采集器故障;（4）若测量值不正常，则按供电系统故障处理流程检查采集器供电系统是否正常。
　　1.1.2 采集器工作异常或不工作
　　故障原因分析：（1）采集器死机;（2）传感器故障干扰;（3）采集器故障。
　　处理方法：（1）若闪烁间隔不对有可能是采集程序走乱，这时采集数据也不正确，就需要重新启动采集器;（2）若重启采集器后仍不正常，有可能为传感器故障导致，这时可以先拔下采集器上所有传感器插头，只留供电端，重新开启采集器，看采集器工作状态指示灯是否正常;（3）若仍不正常则为采集器故障或程序紊乱，可更换采集器或刷新采集器程序;若正常，再依次插上传感器插头，逐个判断是哪一个传感器引起的故障。
　　1.1.3 如遇停电再来电时可能出现采集器工作不正常
　　故障表现为采集器无数据传送回主机。
　　故障原因分析：（1）供电不正常;（2）采集器损坏;（3）采集器故障。
　　处理方法：（1）首先检查D1灯亮否，若不亮则按上述1.1.1进行处理;（2）然后检查D1灯是否正常闪烁，若不正常则按上述1.1.2进行处理;（3）若D1灯正常，则可能采集器程序走乱，此时应进入超级终端进行处理，看能否使用DT指令将采集器内的定时数据卸载下来，然后再对采集器进行重启或更换、刷新程序操作。
　　1.2 供电系统常见故障及判断处理
　　1.2.1 供电系统交流输入指示灯D4为绿色，应为常亮
　　故障表现及处理方法：若此灯不亮，则无交流电源输入，不能及时给蓄电池充电，当蓄电池放电至11.7V的限度时，采集器将停止工作，从而造成数据缺测。此时先用电表测量输入交流电压，如正常则检查采集箱内空气开关是否处于“ON”的位置、是否断开或接触不良、值班室总开关是否已跳闸。如果全都正常，则为DY01电源板故障。
　　1.2.2 电源系统直流指示灯D2为绿色，应为常亮
　　若此灯不亮，检查步骤为：（1）检查各电源连接线是否接触良好;（2）在市电供电正常的情况下，拔掉DY01电源板直流输入端子，测量DY01电源板交流输入端是否为交流18V左右，若正常则为DY01电源板故障;若不正常则参照1.2.1进行处理。（3）在无市电供电的情况下，若此灯不亮，测量DY01电源板直流输入端（蓄电池电压）是否在10.8～13.8V范围;若电压范围正常则更换电源板上的保险管，若更换了保险管后D2灯仍不亮，则为DY01电源板故障;若电压值低于10V，则蓄电池已过量放电，需待市电正常供电的时候观察电源板充电灯D3状态是否正常以判断蓄电池能否继续使用。
　　1.2.3 市电突然断了，采集器也跟着没电，造成分钟数据缺测及极值为0
　　该现象为市电停止后，畜电池没及时供电所致，处理方法：（1）更换电源板上的保险管;检查DY01电源板上的红蓝两根直流线接线端子是否紧固;（2）将红蓝两根直流输入根拨出来，用万用表直流20V档测量两线之间的电压是否在11～15V之间，若电池电压过低（8V以下），就应更换蓄电池;（3）若测量值正常，继续测量DY01电源板与蓄电池接入端两脚的电压是否在12V左右，若不正常则判断为DY01电源控制板故障，更换电源控制板。
　　1.3 通讯预处理单元常见故障判断
　　1.3.1 POWER灯为绿色，应常亮
　　检查及处理：（1）如此灯不亮，检查电源端口是否接触良好;（2）确认各连接线接触良好后，检查供电系统给通讯预处理单元的12V供电是否正常，如供电正常则需更换通讯预处理单元。
　　1.3.2 WORK灯为通讯预处理单元工作指示灯，应为红色，每3s闪烁一次。
　　检查及处理：（1）如此灯不亮，则检查电源端口是否接触良好，供电是否正常，若供电正常则更换通讯预处理单元。（2）如此灯不闪烁，重新开关采集器电源，1min后如WORK还未闪烁，则需更换通讯预处理单元。 　　1.3.3 主控机采集通信软件界面无数据或者数据不正常
　　检查及处理：（1）首先检查WORK及POWER灯，如以上两项正常，检查通讯线路是否正常;（2）检查P3、P4灯是否每分钟亮一次，若不正常，则可判断为通讯预处理单元故障;（3）利用自动站采集通讯软件系统工具栏中时钟设置模式对采集器进行时钟设置，此时，P1、P2、P3灯应轮流亮，如不亮则需更换通讯预处理单元。
　　1.4 防雷板常见故障及判断
　　常出现的故障现象为某一项或几项传感器示值异常 处理方法：（1）跳过防雷通道将两端接线直接连接，如果故障消失则可确认是防雷板故障。（2）如果确认故障在防雷板，则检查其各个通道分别有无对地短路或两端开路，及相邻通道间有无短路。（3）如果确认某个通道有问题，则将此通道连接的线缆移至空余通道，或者更换防雷板。
　　1.5 采集监控通讯系统维护及常见故障
　　1.5.1主控机采集通信软件出现“打开自动站失败”或所有示值均异常
　　故障原因分析：（1）采集程序故障;（2）计算机系统或串口问题;（3）采集器程序问题或采集器死机;（4）软件驱动程序与DT系列采集器的数据存储方式不匹配;（5）端口采集设置不正确;（6）通讯电缆问题;（7）串口隔离器损坏。
　　处理方法：（1）重启采集通信软件，若仍不正常，则关闭主控计算机，拨掉电源再重新插上，然后再次打开主控计算机;（2）检查采集监控软件的串口通讯参数设置是否正确，默认参数为COM1 9600 N 8 1;（3）检查采集器工作状态指示灯是否正常;采集器供电是否正常;（4）确保采集器至主控机之间的通讯线完好无破损、断线;（5）排除采集器RS232串口故障：测量串口3、1脚之间电压是否为直流9V左右;（6）检查通讯链路上（从采集器串口至计算机串口）所有接插部件是否牢固、经常插拔处有无接触不良或断开;并检查数据采集器机箱以及计算机是否有良好的接地;（7）观测场周围是否有强干扰源，如通信或电视广播发射塔等;若有，必须把通信电缆线穿到带屏蔽的PVC管中并埋在地沟中走线;（8）排除串口隔离器故障：去掉串口隔离器若恢复正常，则需更换串口隔离器;（9）排除计算机串口问题：更换一个计算机串口或换一台计算机看是否恢复正常;（10）在确保以上各项正常的情况下，仍然不恢复正常，进入超级终端对采集器进行终端维护：①首先键入“/R”指令，看能否返回每3s一组的采集器实时数据，若正常则防雷板通讯端口至主控机之间的通讯链路无故障;②在超级终端键入“T”指令，看能否返回正确的时间，格式为：时：分：秒;若正确则说明采集器程序正确;③键入“U”指令，卸载采集器中存储的定时数据以避免定时数据缺测;④键入“RESET”指令，对采集器进行重启复位处理。以上关于超级终端的维护操作详见“超级终端维护”部分。（11）若不行，可重启采集器，再测试。（12）若以上均无异常，则可判断为采集器故障，更换采集器。
　　1.5.2 采集监控软件的“实时数据与状态”界面有时数据全无
　　处理方法：（1）在软件里进行采集器校时，然后重启采集监控软件;（2）若仍不能恢复正常，则按“1.5.1”部分进行判断。
　　（注意：（1）采集器的时间和计算机的时间一定要保持一致，计算机才能正确接收采集器的数据，所以必须每天进行采集器校时，同时重新启动采集通讯软件;（2）至少每隔2天重新对主控计算机进行一次开关机操作，以保证操作系统可以充分释放程序的长时间运行而占用的缓存。）
　　1.6 传感器常见故障判断
　　1.6.1 雨量传感器
　　（1）雨量观测值超差。
　　处理方法：①检查防雷板上雨量接线13、14是否接触紧固;检查雨量信号电缆是否导通无破损;②检查雨量筒翻斗放置位置是否紧靠干簧管一侧;③用量杯量取10mL水缓慢注入雨量筒承水器，查看显示的雨量值是否为15.7mm，若是则可判断雨量传感器无故障，超差的雨量值可能是电气干扰造成的;④若显示的雨量值与人工倒入的水量不一致，直接用手翻动雨量筒计数翻斗，用万用表电阻导通档直接量取输出信号导通次数与翻动次数是否一致，若不一致则更换干簧管;⑤取下防雷板12、13端口的雨量线，取下从防雷板接入采集器C2端口的雨量信号线，用万用表直流电压档测量采集器C2端口的对地电压是否+5V，若异常则为采集器C2通道故障，更换至C3通道后按上述第3项进行处理;⑥若第5项正常，则接上防雷板至采集器C2端口的雨量信号线，测量防雷板12端口的对地电压是否+5V，若异常则可判断为防雷板雨量通道损坏，更换防雷板。
　　（2）无降水但实时界面有雨量值。
　　处理方法：①检查雨量筒内是否有积水、污垢、堵塞，清洗雨量筒;②检查雨量信号电缆接头和防雷板12、13端口处是否有松动、接触不良现象;③检查采集器C2与GND之间的滤波电容（型号105）是否损坏，若损坏则将该电容去掉，该电容只起到抗干扰的作用，去掉不会影响雨量计數;④检查干簧管是否损坏。
　　1.6.2 温湿度传感器常见故障
　　（1）空气温度示值超差。
　　处理方法：①将防雷板上地温传感器的18、19、20、21线与气温传感器的1、2、3、4线进行互换，看显示的气温是否正常;若正常则可排除采集器通道故障，若不正常则为空气温度接入的采集器CH1通道故障;②取下温度传感器在防雷板上的插头（防雷板1、2、3、4号线），用万用表电阻200Ω档量取温度传感器标号1、2任一端与3、4任一端之间的电阻值是否在80～120Ω之间;③用万用表电阻200Ω档量取温度传感器标号1、2端之间及3、4端之间的电阻值是否都在1～8Ω之间;④若以上2、3项测量中有一项指标超出范围，应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量，且注意观察接头是否有接触不良的现象，如果测量结果不能满足2、3项测量中的要求，则应更换温度传感器;⑤进入超级终端，键入测试空气温度传感器工程量的DT指令“30CV”、测试气温传感器物理量的DT指令“1R（4W，II）”，根据当前气温及当前气温对应的电阻值，也可以判断温度传感器是否正常;⑥用标准表与温湿度传感器共置于同一相对稳定环境中，对比其观测值是否一致。 　　（2）空气温度缺测、空气温度示值为-24.6℃，且长时间不变。
　　此故障一般为温度传感器断线或防雷板上气温接线接触不好所致，应按故障1.4所列方法处理。
　　（3）相对湿度持续为100%或缺测。
　　处理方法：①湿度传感器信号线接在防雷板5号端口，取下5号线，注意该插头不要与其他插头短路，用万用表电压20VDC档测量5号线的对地电压应为0～1V;②用万用表电压20VDC档测量防雷板6、7脚之间电压应为12VDC左右;③若第1项测量中，指标超出范围，则应在百叶箱内传感器与接线的接头处继续测量，且注意观察接头是否有接触不良的现象。如果测量结果不能满足第1项测量中的要求，则应更换湿度传感器。④进入超级终端，键入测试湿度传感器工程量的DT指令“36CV”、测试湿度传感器物理量的DT指令“2+V”，根据当前湿度及当前湿度对应的电压值，也可以判断温度传感器是否正常;⑤若以上各项均正常，则可按采集器故障处理流程判断湿度接入的采集器CH2的2+通道是否正常。⑥需要注意的是若湿度传感器信号线没有接入防雷板5、6、7端口或接触不良，其显示值也为100%。
　　（4）相对湿度示值与实际的相对湿度值不符。
　　处理方法：①用清水漂洗湿度滤纸，自然晾干后可重复使用，但如果清洗后过一段时间又出现观测值不符的情况，考虑更换滤纸。②若更换了滤纸后观测值仍与实际值有偏差，则更换湿度传感器。
　　1.6.3 地温传感器常见故障
　　（1）出现地温观测值间歇性的不正常。
　　现象：间歇性的不正常情况包括：某层地温观测值为-24.6℃、各层地温观测值出现错位等，这种现象由于影响的因素较多因而一般比较难以进行处理判断。解决方法：①如果地温观测值间歇性异常的情况只是偶尔出现，很有可能是地温变送器受到干扰造成的;②若是经常出现，则首先检查变送器箱内各接地线是否接触紧固，再检查地温信号控制电缆有无破损、断线;检查地温变送箱内是否有雨水渗入、是否有蛛网;③出现地温观测值不正常时观察地温采集控制灯是否有规律地每分钟灭一次，若控制灯正常则更换相应或全部的4066芯片;④若控制灯不亮则用万用表直流电压档测量地温变送器端的23、24两线之间的电压是否+12V，若电压测量值正常则更换地温变送板;⑤若控制灯长亮则有可能是地温变送板信号控制线两端采集器防雷板及地温变送板22、23、24端口的接线有松动，请检查并拧紧;⑥若控制灯仍然长亮，则可换一根线接入防雷板22号端口，另一端接入地温变送板对应的22号端口，以确定是否因为信号控制线破损造成的地温观测异常;若确定信号线无破损但故障依旧，则更换地温变送板;⑦若控制燈正常，但地温观测值仍出现间歇性的不正常，则在地温观测值出现异常的时候将防雷板端口的地温信号端口18、19、20、21以及空气温度信号端口1、2、3、4互换，观察采集监控软件界面的空气温度和地温观测值是否正常;⑧若互换后气温观测值及地温观测值均正常，则可判断地温变送板无故障;⑨若互换后气温观测值出现异常而地温观测值正常，则可判断为地温传感器或地温变送板故障;⑩若互换后地温观测值仍异常而气温观测值正常，则可判断地温传感器接入的采集器CH4通道故障。
　　（2）地温输出值均为-24.6℃。
　　解决方法：①这种情况很有可能是地温变送板故障所致，检查时可将防雷板18、19、20、21端口的地温传感器信号线取下，与防雷板1、2、3、4端口的空气温度传感器信号线互换，如果地温显示值仍为-24.6℃，则可判断为采集器地温通道故障，维修或更换采集器;②若互换后空气温度一栏也是-24.6℃，而地温观测值为空气温度的值，可判断采集器地温通道无故障，则按1.6.3.1对地温变送器进行排查，以确认是地温变送板的故障或地温传感器的故障。③同时，注意若22线断裂或松动，也会出现该情况。
　　1.6.4 风向风速常见故障
　　（1）风速示值超差或缺测。
　　处理方法：①确保风速传感器电缆无破损;②用万用表电阻20VDC电压档量取防雷板15、16端子之间的电压值是否在12V左右，逐级量值至横臂接线盒处;③用万用表电阻20VDC电压档量取防雷板14、16端子之间的电压值是否在6V左右，逐级量值至横臂接线盒处;④进入超级终端，键入测试风速传感器工程量的DT指令“3CV”、测试风速传感器物理量的DT指令“1HSC”，根据当前风速及当前风速对应的频率值，判断风速传感器是否正常;⑤若以上几项出现某项异常，可判断为风速传感器故障;否则转入“采集器故障处理”以判断是否风速传感器接入的采集器C1通道故障。
　　（2）风向示值超差或缺测。
　　处理方法：①确保风速传感器电缆无破损;②用万用表电阻20VDC电压档量取防雷板15、16端子之间的电压值是否在12V左右，逐级量值至横臂接线盒处;③用万用表电阻20VDC电压档量取防雷板17、16端子之间的电压值是否在0～2.5V之间，逐级量值至横臂接线盒处;④进入超级终端，键入测试风向传感器工程量的DT指令“4CV”、测试风向传感器物理量的DT指令“2-V”，根据当前风向及当前风向对应的电压值，判断风速传感器是否正常;⑤若以上几项出现某项异常，可判断为风向传感器故障;否则转入“采集器故障处理”以判断是否风向传感器接入的采集器CH2的2-模拟通道故障。
　　（3）有风的时候风杯不转动，风速观测值为零。
　　这是因为灰尘、污垢堵塞了转动部件与静止部件之间的缝隙，导致风速转动轴承不能正常转动，启动风速增大，必须放倒风杆将风杯拆下对风速转动轴承进行清洁、滑润。
　　（4）风速观测值与人工站自记对比偏小。
　　处理方法：①观察风速传感器工作时的状态，如果没有出现转动异常情况，则说明传感器工作正常。自动站观测与人工站观测是两种不同的观测仪器和不同的观测方式，所以观测数据不符是正常的。②如果出现风速传感器转动异常，则说明风速传感器出现了问题，需要对风速传感器进行除污清洁处理或更换风速传感器。 　　1.6.5 气压传感器常见故障
　　（1）气压示值超差和缺测。
　　处理方法：①取下气压传感器一端的接头，用万用表电压20VDC档测量气压传感器信号线接头的供电是否正常，若第7脚与第9脚之间的电压不在12VDC左右，则可判断为信号线故障;②进入超级终端，键入测试气压传感器工程量的DT指令“84CV”、测试气压传感器物理量的DT指令“3V（U）”，根据当前气压及当前气压对应的电压值，以判断气压传感器是否正常;③用万用表电压20VDC档量取气压传感器信号端：对CAWS600-S、SE型机，防雷板8、9脚之间电压应为0～2.5VDC;对CAWS600-B型机，接在DT50模拟通道3+、3- 端口之间电压应为0～2.5VDC;④用标准表与其共置于同一高度的环境中，对比是否一致。⑤若以上2、3、4项中某项异常，则可判断为气压传感器故障;否则转入采集器故障处理以判断是否气压传感器接入的采集器CH3的3+、3-通道故障。
　　（2）气压输出值为400～500mb之间，且长时间不变。
　　处理方法：①此故障一般为气压传感器信号线断线所至，重新接好气压传感器信号线则可;②若确认信号线无破损，按（1）的步骤进行判断。
　　（3）气压值不稳定，有风时气压值会偏大2～3百帕。
　　处理方法：①检查无风时气压观测值是否正常，若正常则说明气压传感器正常;②检查一下静压管及其导管是否正常，有无堵塞。③若以上1、2两项无异常，则在出现气压示值偏高的时段按（1）步骤进行判断。
　　2  新长Z文件的应急判断与处理
　　2.1 仪器校准期间的长Z文件处理
　　仪器鉴定及校准期间应先关闭通讯组网软件，期间的气压、气温、湿度、风等的分钟数据均应在正点数据维护时做删除处理，期间产生的所有极值及出现时间均按缺测处理，若影响了某个定时的气压、气温、相对湿度、风、地温等数据数据，应按照正点后10min数据代替→内插→备份自动站数据代替→人工观测值代替→缺测的原则对数据进行处理（其中风的数据不能用内插法，地温极值不用人工补测）等数据数据，待数据处理正确后，打开通讯组网软件，将处理正确的长Z文件传出。在气薄-1备注栏中备注，并录入报表A文件中。雨量传感器的校准应选在无降水现象时进行。
　　2.2 仪器故障时Z文件的处理
　　2.2.1 采集器故障致使自动站数据全部缺测
　　有降水时该时段降水分钟及正点数据均按缺测处理，无降水时该时段降水数据按正常处理，其余要素的处理方法与2.1相同。
　　2.2.2 通讯线路故障造成定时数据读取失败
　　处理方法：待通讯线路畅通后，卸载期间的分钟、定时及上传数据文件。
　　2.2.3 传感器故障导致的要素数据缺测或失真
　　处理方法：关闭通讯组网软件，打开质量控制软件查看当时的RTD文件，查出故障时段，期间的气压、气温、相对湿度、风、地温等数据处理方法与2.1相同，雨量传感器故障时按2.2.1方法处理。
　　2.2.4 供电原因导致极值为0
　　处理方法：此种现象多是由于市电突然断电，蓄电池不能及时供电造成的分钟到数分钟记录缺测，若缺测时段较少应从该定时分钟实有数据中挑取极值，若分钟数据缺测较多，该定时极值及出现时间按缺测处理。
　　2.3 滞后降水的处理
　　此现象多为降水现象结束后，自动站有降水量记录，从而造成有降水量而无天气现象对应的情况。
　　處理方法：（1）降水量出现在降水现象停止后2h内的，应加在降水现象停止的最后1min。（2）降水量出现在降水现象停止2h以后的，应做删除处理。（3）若此现象出现在夜间不收班时段，若不影响天气现象编码则做降水处理，若影响天气现象编码则做删除处理。
　　2.4 天气现象的人工干扰
　　2.4.1 夜间天气现象的人工干预
　　夜间不守班时段在软件操作中只加“（）”，没有时间记录，所以在形成正点长Z文件时，现在和过去天气现象均会出现错误，1、现在天气现象已在观测前一小时停止，观测时已无该现象，软件无法识别，故可能现在天气现象正点编码出现错误，应进行人工干预。2、过去天气现象的人工干预，软件无法判断过去12小时内天气现象是否持续占满，若夜间只有一种现象，软件自动按不占满处理，不重复编码，如为占满需进行人工干预。
　　2.4.2白天天气现象的人工干预
　　由于软件不能判断降水现象的强度和是否连续，故在白天守班时段软件自动选择该类现象中的最小码编报，若强度不够或降水为连续需在正点质控时进行人工干预。
　　3  总结
　　随着县级综合业务改革的深入进行，地面观测人员业务素质参差不齐，一是各基础台站应根据本站实际，制定较完整的业务学习计划，加强业务学习，同时制定完整和实用的地面观测业务应急预案，以保证地面观测业务质量稳健提高。二是要做好自动气象站系统软件和硬件的日常维护工作，确保不出现因维护不当而造成仪器故障，从而影响地面观测业务质量。最后业务人员应加强MOPS平台登录和监测，及时发现省中心反馈的疑误信息，及时处理及时反馈。
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