杨帅 余震涛 顾成明 杨绪岭
中国卫星海上测控部 江苏江阴 214400
摘要：自动气象站和船舶气象仪作为船舶气象要素观测的两套设备，观测员在长期实践中发现两套设备测得的风向风速数据有时存在不一致的现象。本文研究了两套设备测风数据存在的差异，对差异进行分析并选取更接近实际风速的数据，结果表明，当船舶在海浪2.5米以上海域时，船舶气象仪的数据更加准确；当船舶航向与风向夹角较大时，自动气象站的数据更加准确。
关键词：自动气象站；船舶气象仪；风速
中图分类号 P412.27 文献标识码 A
0引言
目前，气象数据的实时获取设备主要有自动气象站和船舶气象仪。气象观测员在长期业务工作中发现，船舶走航状态下，与自动气象站的观测数据相比，船舶气象仪有时获取的风速明显偏小。针对这一现象，本文对自动气象站及船舶气象仪测得的风速数据进行比对及订正，得出更为接近实际风力的数据。
1仪器介绍
2.1自动气象站
自动气象站是自动化测量系统，主要由室外、室内两部分组成。室外部分安装在甲板上，包括数据采集器、温度、湿度、风向、风速、海温、能见度仪等传感器。室内部分安装在船仓内，主要包括主计算机系统等。它主要为海上平台以及大型船舶提供及时、准确的观测资料。
2.2 船舶气象仪
船舶气象仪是安装在船舶上实时测量所在海域气象要素的工具。对于一般的船舶，船舶气象仪观察现场的风、温度、气压等气象水文要素主要为航行服务。对于一些有海测任务的特殊船舶，不仅需要船舶气象仪测得的数据来为航行服务，还要利用其数据进行海洋气象方面的调查工作，积累气象水文要素的历史资料，并应用于工业、环保等领域。船舶气象仪采用工控主机作为系统核心，配置相应传感器，对各气象要素进行测量，系统通过RS422接口与综合导航显示控制台进行通讯，接收航速和航向信号，解算出真风速和真风向，并推算出风级。
3数据比对与差异分析
3.1数据比对
本文分别选取2017年12月22日、12月24日以及2018年2月1日自动气象站与船舶气象仪的风速数据进行对比分析。
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如图2所示，对比2017年12月24日自动气象站与船舶气象仪全天的分钟数据，自动气象站风速比船舶气象仪大5m/s左右。
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如图3所示，对比2018年2月1日自动气象站与船舶气象仪全天的各分钟数据，自动气象站风速比船舶气象仪大5m/s左右。
3.2 差异分析
上文选取了部分存在差异的数据进行了比对，证明了两套设备测得风速数据存在不一致的现象，此处主要分析数据不一致的原因，为观测员选取测风数据进行记录提供有效判据。
3.2.1 船舶摇晃的影响
因仪器高度不同的原因，在风浪较大时，船舶容易产生摆动，在相同的摇晃角度下，这种瞬时的摇晃会使位于较高处的自动气象站风速风向传感器测得的风速明显偏大。自动气象站二维风传感器通过遥感的方式测风速，船舶气象仪小飞机通过机械转动获取风速，所以自动气象站更容易受影响。
3.2.2 船舶结构与传感器位置关系
位于主桅一层平台左右两侧的船舶气象仪风速传感器距离主桅的主体部分较近，容易受其遮挡。当风速较大，特别是风从左右两舷吹来时，气流很容易受主桅主体的反弹接触到传感器，从而干扰风速传感器的转动速度，影响测得的风速。自动气象站的风速传感器位于主桅最顶端，视野开阔，周围没有遮挡物，不存在绕流的干扰。
4 数据选取判据
船舶气象仪与自动气象站测得风速主要受船舶摇晃以及风向航向夹角两方面的影响，下面对这两方面的因素进行分析，以选取合适的风速数据作为观测记录数据。
4.1船舶摇晃下的判据选取
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图4是2017年12月11日08时至20时两套设备的观测数据，地点在西北太平洋海域，实际观测海浪为2.5-3.0米，属于大浪级别。在这12小时内，船舶气象仪测得的平均风速为10.3 m/s，自动气象站平均风速为18.0 m/s，比船舶气象仪大了8 m/s。当天的风场分析场数据显示白天的风速在11m/s左右，因此船舶气象仪风速数据更为可信。这是因为当时海浪较大，船舶摇晃明显，自动气象站测风传感器安装位置比船舶气象仪风向风速仪高10米左右，同样的晃动角度下，自动气象站传感器的线速度较快，因此偏转更明显，产生较大的相对风速，导致测得的风速偏大。由此给出判据：当船舶遇到的涌浪较大（2.5米以上）时，船舶气象仪测得的风速更准确。
4.2 风向与航向不同夹角下的判据选取
4.2.1 风向与航向夹角接近90度
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图5是2018年2月1日00时至2月2日00时两套设备的观测数据，地点在西北太平洋热带海域，当天航向为西北，风向为东北，两者夹角接近90度。在这24小时内，船舶气象仪测得的平均风速约为8m/s，自动气象站平均风速约为10.0m/s。当天的风场分析场数据显示白天的风速在10.7m/s左右，因此自动气象站风速数据更为可信。这是因为当船的航向与风向成90度夹角时，从左舷来的风很容易撞上主桅并产生绕流与回流，从而对船舶气象仪的小飞机产生干扰，降低其测得风速大小。由此给出判据：当船的航向与风向接近90度时，自动气象站测得的风速更准确。
4.2.2 风向与航向夹角接近0度
2017年12月20日08时至20时两套设备的观测数据，地点在太平洋中部低纬海域，航向与风向都为东南。由图可见，自动气象站与船舶气象仪的风速具有较好的一致性，这是由于当航向与风向保持一致时，船舶气象仪不受到绕流的影响，船舶气象仪与自动气象站测得的风速都接近于真实的风速。
5结论
船舶气象仪与自动气象站作为测量船的两套实时气象要素采集装备，两套系统相互
独立，其数据互为备份。在风力较小，风从船头或者船尾而来且大气层结稳定时，两者测得的的风力数据趋于一致；当风向与航向接近垂直时，船舶气象仪受到绕流影响，测得的风速数据偏小，此时应选取自动气象站数据；当船舶在2.5m以上海域，船体摇晃较大时，应采用船舶气象仪的数据。
参考文献
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