摘要 本文通过分析2014-2018年海东市区域自动气象站（以下简称区域站）采集的数据格式、各类传感器性能和数据传输的及时率、缺测率和设备故障，得出自动站数据可用性结论，提出优化站网布局、区域站数据质量提升对策建议，提高区域站数据质量。
引言 随着气象现代化建设步伐的不断推进，全市多个区域站建成投入业务运行，增加了气象数据的时间和空间密度，对提高中、小尺度天气过程的监测预报水平起着决定性作用，为防灾减灾发挥了重要的作用。因此，及时开展区域站数据质量控制对策研究，对提升气象监测设备运行效率和数据可靠性，提高气象监测数据质量和开展气象服务工作意义重大。
1 区域站数据格式
1.1数据格式
X1001 362641 1015807 23320 23328 4
20200113075500 091 031 093 031 091 032 0725 110 029 098 049 0725 0000 0013 0018 0725 0012 0749 039 037 0724 /// //// 07630 07630 0746 07628 0717 //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// //// ///// ///// ///// ////
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1.2 数据格式说明
区站号、响应标识、时间、信息内容与校验码之间以空格分隔，校验码、总校验码、结束标记之间以回车换行分隔。响应最后以回车换行结束。
区域站采集的数据大部分都是这种类型，因采集器不同虽存在差异，但基本信息是相同的，从上传到省气象信息中心的数据来看，不论是DZZ5、CAWS系列还是DZZ4、ZQZ系列的区域站，均能做到数据格式统一，为中心站在自动站数据入库处理、数据质量控制、CIMISS数据分发及终端用户使用提供了及时准确和高效便捷。
2 不同生产厂家设备性能分析
对无锡所和华云公司两个厂家的采集器、传感器和通讯模块以及供电系统分析发现，的采集器都能稳定运行，华云公司生产的个别型号的采集器在运行一段时间后容易死机，需要重新启动，才能恢复正常工作，无锡所生产的采集器死机的情况较少；两个厂家生产的传感器都能满足气象要素采集的精度要求，运行稳定，但是受称重方式的不同，称重式降水传感器无锡所生产的比华云公司生产的更容易维护；两个厂家生产的通讯模快，华云公司的设置较无锡所的设置麻烦一点，但是都能满足通讯需求，运行稳定；供电系统华云公司生产的单雨量站采集箱的设计不合理，操作不方便，无锡所的设计比较合理易于维护操作。
3 2014-2018年全市各类自动站传输及时率、缺测率和数据可用率
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2014-2018年：区域站数据传输及时率平均为96.55%最低为93.64%，最高为97.73%，缺测率平均为3.16%，最高为5.13%，最低为2.27%。从图1和图2中可以看出，区域站数据传输及时率逐年上升，缺测率逐年下降，区域站运行稳定，保证了区域站数据可用性。
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从图3可以看出：自2014年以来，区域站数据可用率逐年提高，从2014年的96.07%达到了2018年的98.09%，基本上满足了各类用户对自动站数据质量的要求，为当地经济社会发展发挥了基础性的科技支撑作用，为各级政府开展防灾减灾工作发挥了消息树和发令枪的前瞻性作用。
2 2014—2018年海东市各类区域站故障情况
2.1电源控制器和太阳能板被盗事件较多，随着保护力度的加大和看护条件的改善，被盗数量随之下降；
2.2主采集器和地温分采集器以及温湿度传感器、风向风速传感器、气压传感器故障率较低；地温和雨量传感器故障较多，包括传感器损坏和连接线路老化、被老鼠咬断等情况，以及翻斗雨量计维护不及时，造成数据采集错误等故障。
2.3 2014—2017年由于移动2G信号的原因，区域站通讯故障较多，2018年通讯模块升级改造后通讯故障明显下降，传输质量显著提高，并且稳定运行。
2.4由于在安装新设备时防雷接地电阻值过大，区域站遭雷击，击毁主采集器、地温采集器、通讯模块和电源控制器等设备。
2.5 2018年新增加的称重降水由于维护不到位，故障较多。
3 区域站故障分析
3.1容易出现故障的气象监测设备是：蓄电池、电源控制器、通讯模块、SL3—1型双翻斗雨量传感器和称重降水仪、连接线缆等。易被盗的设备是太阳能板、蓄电池和电源控制器。各部件之间的连接线路容易老化,埋在地下的各传感器连接线容易被老鼠咬断，盐碱地容易锈蚀断埋入地下未做防护处理的连接线。
3.2受冬季关照条件的限制，蓄电池使用寿命变短海如老鸦峡隧道口的交通站使用的120AH电池，一般使用2年就要更新。
3.3区域站监测设备遭雷击的风险相同，只要防雷设施不完善，接地电阻达不到要求，区域站监测设备均有可能遭雷击毁坏。
3.4通讯设备（包括SIM卡），由于各类区域站气象资料的传输依赖于电信、移动、联通无线网络覆盖情况和网络质量的好坏。当初建设区域站依赖的无线网络还是2G信号，已经明显不适应网络发展的新形势和气象资料传输时效的新要求。随着通讯技术的快速发展和5G网络的普及，区域站通讯系统也要紧跟时代发展，提级换挡，适应网络环境。
3.5区域站大部分建设在广大的农村地区和人员稀疏的山区草原等地，交通不便，看护条件较差，维护难度大，故障响应时间长，降低了区域站资料的传输时效。
4 区域站故障与外部环境的关系
4.1温度：环境温度对区域站感应元件的影响主要是地温传感器、风向风速传感器、称重降水仪和串口服务器，夏秋季温度高，地表温和草温传感器连接线容易老化出现故障，冬春季温度低，连接线容易出现故障。季节由冷变热时，土壤解冻快，土壤结构发生变化，容易引发地温传感器连接线缆断裂。
4.2降水：春秋季遇阴雨雪天气，容易出现风向传感器被湿雪冻住的现象。
4.3供电电压：太阳能供电系统，主要受光照时间的影响，充电时间短，易造成蓄电池因长时间放电而损坏或设备不能正常工作，影响资料传输质量。
4.4海拔高度：全市范围内建设的各类区域站不论在山区还是在川水地区，出现故障的几率相差不大。
4.5防雷击性能：只要防雷设施不完善，接地电阻不符合要求，气象监测设备均有遭雷击的风险。
5 区域站故障对数据质量的影响
从2014—2018年各类自动站传输平均及时率和设备年平均故障率来看：五年年平均传输及时率无人站、区域站和交通站分别达到97.1%、96.55%、94.38%，最高的是无人站，最低的是交通站。从出现的区域站故障情况来看，各类自动站均能适应海东全市各地的环境条件，运行稳定，采集传输的气象数据可用率逐年提高。近几年，通过专兼职保障人员密切监视区域自动站运行情况，发现故障后想方设法及时排除故障，缩短故障响应时间，使区域自动站运行正常，由于对各类故障的响应时间短，对气象资料的传输及时率影响较小，区域站恢复正常后，资料补传完整，资料可用率都在97%以上，对数据质量的影响不大，较好的满足了气象数据传输和用户使用的需求。
6 优化区域站站网布局
6.1全市区域站站网建设情况
从图4看出，海东市有国家级天气站18个，区域站94个（其中：交通站4个、设施农业站4个、单雨量站41个，两要素站5个，六要素站40个），有称重降水的区域站22个。已建成的区域站总共112个，加上6个国家级站，气象观测站网密度达到90.77个/万平方千米，覆盖了全市所有的乡镇。
6.2建设自动气象站必须满足的条件
一是建设自动站观测场周围环境符合自动气象站对探测环境要求；二是满足看护条件，减少设备被盗；三是站址选在道路通畅的地点，方便维护；四是具有良好的移动或者联通、电信信号的地方，保证气象资料无线传输，在网络信号不通畅的地区，资料传输的通讯方式可选择北斗通讯。
6.3积极开展区域站备件库建设
海东全市国土面积为1.32万平方千米，全市各乡镇政府所在地大部分在海拔3000米以下，设备在低海拔地区故障率较低，站与站之间和站与市级保障分中心之间比较近，距离省级保障中心也不远，交通便利，因此将区域站采集器、通讯模块、电源控制器、温湿度传感器、风向风速传感器、气压传感器、SL3—1型双翻斗雨量传感器、称重降水仪主要部件、太阳能板和充放电控制器等备件放在市级保障分中心保存，对易损的区域站电池、温度传感器等设备，放在县局保存使用，有利于缩短故障响应时间和维护维修，对于大件的和关键核心备件放在省级大探中心，不会造成资金积压和浪费。
6.4优化站网布局建议
随着气象现代化的不断深入，气象服务经济社会的前瞻性基础性地位会更加突出，对气象服务的需求也会精细化和多元化，在事业的发展过程中，应保持整体布局服务于当地经济社会发展的需求，在适当增加站点密度的同时，以升级改造单雨量站和2要素站为6要素站，在升级改造时每个县根据地理布局和交通情况，在原有6要素区域站的基础上加装3个称重降水观测，全市加装18个称重式降水观测仪，满足冬季对降雪量和道路积雪覆盖的服务需求，为开展道路结冰等专项气象服务工作提供科技支撑，更好地服务于当地经济社会发展。
7 提高区域站数据质量的对策
7.1加强气象探测环境和设施的保护
区域站气象探测环境必须符合规定，站址堪选时应考虑看护条件和交通情况，便于维护，使设备稳定运行，提高数据质量。
7.2重视设备防雷
在建设区域站时，做好防雷接地，接地阻值达到低于4欧姆的要求，避免区域站器件遭受雷击，保证数据质量不受影响。
7.3强化设备维护
从气象探测环境保护和气象探测设备稳定运行两个方面开展维护。探测环境保护主要是做好观测场杂草割除和工程建设或者树木生长造成的探测环境破坏，设备稳定运行方面主要是定期对各类传感器开展校准或检定，使之符合观测精度的要求，保证数据质量准确。
7.4加强运行监控
通过青海省综合气象观测运行监控软件（ASOM），密切监视自动站运行情况，发现故障及时维护排除，提高数据质量。
7.5加强数据质量控制
通过ASOM监控软件和MPOS数据质量控制系统，发现设备故障和疑误数据，及时排除故障、处理疑误数据和差错，提高区域站数据质量。
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