風(fēng)向風(fēng)速儀異�，F(xiàn)象的表現(xiàn)及處理方法
來源： http://www.pfyin.com/ 類別：實(shí)用技術(shù) 更新時間：2013-04-19 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網(wǎng)提供】 由于風(fēng)向風(fēng)速儀投入使用時間還不長，儀器設(shè)備也不夠十分穩(wěn)定，一些特別異常的現(xiàn)象屢有發(fā)生。這些特別異常記錄的處理，只能靠質(zhì)量控制人員依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷，采取合理的處理方法，保持資料序列完整及統(tǒng)計結(jié)果符合實(shí)際。下面筆者以江西省近年來測風(fēng)儀器出現(xiàn)的特別異�，F(xiàn)象及其處理為例進(jìn)行闡述，以期對從事相關(guān)工作的同仁有所借鑒。
1 風(fēng)向風(fēng)速儀測風(fēng)特別異�，F(xiàn)象的表現(xiàn)
1.1 測風(fēng)記錄中從未出現(xiàn)過靜風(fēng)
江西省贛州市贛縣氣象站(區(qū)站號57993)從2004年風(fēng)向風(fēng)速儀安裝運(yùn)行以來，一直沒有出現(xiàn)靜風(fēng)記錄(即PPC000、PPC001、PPC002)。
1.2 風(fēng)向記錄缺少
8個方位江西省東鄉(xiāng)縣氣象站(區(qū)站號58618)2008-02-08—2008-06-03風(fēng)向記錄缺少了從南至北西北方向(即S-NNW方位，角度為180°~360°)，石城縣氣象站(區(qū)站號58814)2008-08-28—2008-11-08風(fēng)向記錄也缺少從南至北西北方向，直接造成東鄉(xiāng)站5個月、石城站4個月2min風(fēng)、10min風(fēng)、最大風(fēng)、極大風(fēng)等多項(xiàng)記錄受影響。
1.3 風(fēng)速系統(tǒng)性偏小
江西省星子縣氣象站(區(qū)站號58514)2008-08-19T2:00—2008-09-10T16:00，自動站1min風(fēng)速、2min風(fēng)速、10min風(fēng)速均在0.5~0.7m/s之間，最大風(fēng)風(fēng)速及極大風(fēng)速均在2.0m/s左右。
1.4 極大風(fēng)速記錄在一個月中連續(xù)19天相同
江西省贛州市氣象局(區(qū)站號58900)2007-12-21—30極大風(fēng)風(fēng)速均為5.2m/s且出現(xiàn)的時間均在20:00-24:00之間，2008-10有19天極大風(fēng)為6.3m/s，時間絕大多數(shù)出現(xiàn)在晚上。
2 風(fēng)向風(fēng)速儀測風(fēng)特別異常現(xiàn)象的原因分析
2.1 測風(fēng)記錄中從未出現(xiàn)過靜風(fēng)的原因分析
通過3條途徑仔細(xì)分析，確認(rèn)了此種情況屬特別異常。一是查閱了全省2005—2007年的月地面數(shù)據(jù)文件(即A文件)的2min風(fēng)、10min風(fēng)以及月分鐘數(shù)據(jù)文件(即J文件)，發(fā)現(xiàn)全省其它臺站均有靜風(fēng)記錄，就連廬山站(30a整編年平均風(fēng)速4.5m/s，年平均大風(fēng)日數(shù)100d)也有靜風(fēng)記錄。二是查閱了該站以前多年以及雙軌、單軌運(yùn)行期間的人工觀測記錄，發(fā)現(xiàn)有靜風(fēng)記錄。三是2008年歷史罕見的雨雪冰凍天氣期間，該站1月26-27日風(fēng)速傳感器被凍結(jié)，按理凍結(jié)期間風(fēng)速應(yīng)為0，但風(fēng)向風(fēng)速儀分鐘風(fēng)記錄顯示從27日04:00—09:06均為0.3m/s。
2.2 風(fēng)向缺少8個方向的原因分析
石城、東鄉(xiāng)兩站的風(fēng)儀器均為EL15型風(fēng)傳感器。根據(jù)風(fēng)向傳感器工作原理[2]，EL15-2D風(fēng)向傳感器由風(fēng)向標(biāo)部件、內(nèi)裝風(fēng)向碼信號發(fā)生器的殼體及信號輸出插座組成，風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)軸連接一個由7位格雷碼盤和紅外發(fā)光二極管、光敏管組成的風(fēng)向信號發(fā)生器。一組紅外發(fā)光二極管和光敏管對正1個格雷碼的碼道，7組紅外發(fā)光二極管和光敏管對正7個格雷碼盤的碼道產(chǎn)生代表風(fēng)向的7位格雷碼，轉(zhuǎn)換成摸擬電壓輸出。風(fēng)向角度的大小與輸出電壓的大小成遞增對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過對故障期間及之前一段時間資料的分析，發(fā)現(xiàn)東鄉(xiāng)站2月1-3日有雨雪冰凍天氣，風(fēng)傳感器有凍結(jié)情況;石城站8月27日下午13:00及17:00—18:00有雷陣雨天氣。判斷可能的原因是:東鄉(xiāng)站冰凍天氣后，線路滲水或接頭原因造成輸出電壓偏小，風(fēng)向角度只能達(dá)到0°~175°，故相應(yīng)的輸出電壓對應(yīng)為0~1.071V;石城站風(fēng)感應(yīng)器遭雷擊或電磁干擾，風(fēng)向角度只能達(dá)到0°~175°。
2.3 風(fēng)速系統(tǒng)性偏小的原因分析
經(jīng)對比，發(fā)現(xiàn)異常時段之前的8月1—18日的2min和10min日平均風(fēng)速分別為2.2m/s和2.3m/s;異常時段之后的9月11—30日的2min和10min日平均風(fēng)速均為3.9m/s。該站30a整編資料中8月和9月平均風(fēng)速分別為3.3m/s和3.8m/s。因此，異常時段的風(fēng)速記錄比正常風(fēng)速偏小2/3以上，而且隨著風(fēng)速增大，偏差也加大。
根據(jù)風(fēng)速傳感器原理可知，風(fēng)速傳感器由3個鋁材輕質(zhì)風(fēng)杯、內(nèi)裝隨風(fēng)杯軸旋轉(zhuǎn)的截光盤和光電轉(zhuǎn)換器的殼體及信號插座組成，風(fēng)杯帶動截光盤旋轉(zhuǎn)而切割光電轉(zhuǎn)換器的光路產(chǎn)生電脈沖串。風(fēng)杯轉(zhuǎn)速在風(fēng)速測量范圍內(nèi)與風(fēng)速有良好的線性關(guān)系，使輸出的脈沖速率與風(fēng)速成正比。星子站風(fēng)速脈沖頻率上不去，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換出來相應(yīng)的風(fēng)速就偏小。判定異常的原因可能是截光盤旋轉(zhuǎn)而切割光電轉(zhuǎn)換器的光路不正常。
2.4 極大風(fēng)速超長時間相同的原因分析
根據(jù)前述風(fēng)速與脈沖頻率成正比關(guān)系來分析，可能是系統(tǒng)性干擾造成，不管極大風(fēng)速小于或大于6.3m/s，發(fā)出的光電脈沖頻率均為相同。
但是，具體的原因還未找到。
3 測風(fēng)記錄特別異常的處理方法
省級質(zhì)量控制審核員發(fā)現(xiàn)異�，F(xiàn)象后，通過業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程在向省、市氣象局相關(guān)管理部門及測站反映情況。對于測風(fēng)記錄特別異常的處理分兩個層面進(jìn)行:一是對測風(fēng)儀器進(jìn)行故障排查及修理，二是對特別異常記錄進(jìn)行處理。
3.1 測風(fēng)記錄從未出現(xiàn)靜風(fēng)的處理
測站于2008-03更換了風(fēng)速傳感器。但是此后至今，仍然沒有出現(xiàn)靜風(fēng)記錄。是否風(fēng)向風(fēng)速傳感器均有問題，或者是傳感器與采集器之間的傳輸出現(xiàn)異常?有待設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)一步檢查確認(rèn)。
對于異常記錄的處理，暫時在每月的數(shù)據(jù)文件和年報數(shù)據(jù)文件(即Y文件)的附加信息作備注:因風(fēng)傳感器原因本月(年)無靜風(fēng)。為了保證資料準(zhǔn)確性、連續(xù)性，比較性，當(dāng)確認(rèn)是儀器設(shè)備的原因?qū)е嘛L(fēng)速系統(tǒng)性偏大，那么就應(yīng)當(dāng)及時對該站全部的記錄進(jìn)行均一性訂正。
3.2 風(fēng)向缺少8個方位的處理
東鄉(xiāng)站于2008-06-03，石城站于2008-11-07分別更換了風(fēng)向傳感器，故障隨即消除。
根據(jù)風(fēng)向故障記錄處理規(guī)定，10min風(fēng)向與人工站相差較大的用人工EL自記10min風(fēng)記錄代替。為了給異常記錄的處理找到妥善方法，盡最大可能利用資料，經(jīng)過對石城站替代風(fēng)向與自動站原始風(fēng)向?qū)Ρ确治�，發(fā)現(xiàn)二者之間存在著以N-S為軸的對應(yīng)關(guān)系，NNW未出現(xiàn)時有95%以上是與NE-NNE相對應(yīng)，SSW未出現(xiàn)時有98%以上是與SE-SSE相對應(yīng);即偏西南風(fēng)相對應(yīng)偏東南風(fēng)，偏西北風(fēng)相對偏東北風(fēng)。考慮到還未找到這種對應(yīng)關(guān)系的理論根據(jù)，因此除10min風(fēng)向之外，2min風(fēng)風(fēng)向、最大風(fēng)風(fēng)向及極大風(fēng)風(fēng)向暫維持原記錄，以上記錄均在附加信息備注欄中注明。
3.3 風(fēng)速系統(tǒng)性偏小的處理
測站于2008-09-10更換了風(fēng)速傳感器，異�，F(xiàn)象消失。此種情況下的記錄沒有代表性，不可用，按常規(guī)處理方法應(yīng)該作缺測處理并在備注欄注明。但考慮到隨著自動站儀器的硬件、軟件的不斷完善，將來找到此問題的原因并對相應(yīng)的異常記錄作更合理的訂正，供科研、預(yù)報服務(wù)等領(lǐng)域使用，所以暫維持原記錄并在附加信息備注欄中注明。
3.4 極大風(fēng)速記錄在1個月中連續(xù)19天相同的處理
由于月平均風(fēng)速與歷年相當(dāng)，在目前沒找清楚問題原因之前，暫維持原記錄，儀器也暫時不予更換，并在備注注明：本月極大風(fēng)風(fēng)速6.3m/s，并連續(xù)19天出現(xiàn)相同極值。
4 結(jié)論
對風(fēng)向風(fēng)速儀測風(fēng)特別異常記錄，只能依靠數(shù)據(jù)質(zhì)量審核員結(jié)合儀器設(shè)備原理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制原則方法和工作經(jīng)驗(yàn)，具體情況具體分析處理。對于最小風(fēng)速不為零的現(xiàn)象，更換風(fēng)速傳感器，保留測風(fēng)記錄并備注；對于風(fēng)向缺少方位的現(xiàn)象，更換風(fēng)向傳感器，盡管在測風(fēng)記錄中找到了一些規(guī)律，但由于缺少理論依據(jù)，繼續(xù)保留測風(fēng)記錄并備注;對于風(fēng)速嚴(yán)重偏小的現(xiàn)象，更換風(fēng)速傳感器，測風(fēng)記錄按常規(guī)應(yīng)作缺測處理，但考慮到隨著軟硬件的不斷完善，該記錄可能還有利用價值，所以暫時維持并備注;對于極大風(fēng)速連續(xù)19天相同的現(xiàn)象，由于還沒有找到原因，故暫時不換儀器，記錄也保留，備注欄說明。
1 風(fēng)向風(fēng)速儀測風(fēng)特別異�，F(xiàn)象的表現(xiàn)
1.1 測風(fēng)記錄中從未出現(xiàn)過靜風(fēng)
江西省贛州市贛縣氣象站(區(qū)站號57993)從2004年風(fēng)向風(fēng)速儀安裝運(yùn)行以來，一直沒有出現(xiàn)靜風(fēng)記錄(即PPC000、PPC001、PPC002)。
1.2 風(fēng)向記錄缺少
8個方位江西省東鄉(xiāng)縣氣象站(區(qū)站號58618)2008-02-08—2008-06-03風(fēng)向記錄缺少了從南至北西北方向(即S-NNW方位，角度為180°~360°)，石城縣氣象站(區(qū)站號58814)2008-08-28—2008-11-08風(fēng)向記錄也缺少從南至北西北方向，直接造成東鄉(xiāng)站5個月、石城站4個月2min風(fēng)、10min風(fēng)、最大風(fēng)、極大風(fēng)等多項(xiàng)記錄受影響。
1.3 風(fēng)速系統(tǒng)性偏小
江西省星子縣氣象站(區(qū)站號58514)2008-08-19T2:00—2008-09-10T16:00，自動站1min風(fēng)速、2min風(fēng)速、10min風(fēng)速均在0.5~0.7m/s之間，最大風(fēng)風(fēng)速及極大風(fēng)速均在2.0m/s左右。
1.4 極大風(fēng)速記錄在一個月中連續(xù)19天相同
江西省贛州市氣象局(區(qū)站號58900)2007-12-21—30極大風(fēng)風(fēng)速均為5.2m/s且出現(xiàn)的時間均在20:00-24:00之間，2008-10有19天極大風(fēng)為6.3m/s，時間絕大多數(shù)出現(xiàn)在晚上。
2 風(fēng)向風(fēng)速儀測風(fēng)特別異常現(xiàn)象的原因分析
2.1 測風(fēng)記錄中從未出現(xiàn)過靜風(fēng)的原因分析
通過3條途徑仔細(xì)分析，確認(rèn)了此種情況屬特別異常。一是查閱了全省2005—2007年的月地面數(shù)據(jù)文件(即A文件)的2min風(fēng)、10min風(fēng)以及月分鐘數(shù)據(jù)文件(即J文件)，發(fā)現(xiàn)全省其它臺站均有靜風(fēng)記錄，就連廬山站(30a整編年平均風(fēng)速4.5m/s，年平均大風(fēng)日數(shù)100d)也有靜風(fēng)記錄。二是查閱了該站以前多年以及雙軌、單軌運(yùn)行期間的人工觀測記錄，發(fā)現(xiàn)有靜風(fēng)記錄。三是2008年歷史罕見的雨雪冰凍天氣期間，該站1月26-27日風(fēng)速傳感器被凍結(jié)，按理凍結(jié)期間風(fēng)速應(yīng)為0，但風(fēng)向風(fēng)速儀分鐘風(fēng)記錄顯示從27日04:00—09:06均為0.3m/s。
2.2 風(fēng)向缺少8個方向的原因分析
石城、東鄉(xiāng)兩站的風(fēng)儀器均為EL15型風(fēng)傳感器。根據(jù)風(fēng)向傳感器工作原理[2]，EL15-2D風(fēng)向傳感器由風(fēng)向標(biāo)部件、內(nèi)裝風(fēng)向碼信號發(fā)生器的殼體及信號輸出插座組成，風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)軸連接一個由7位格雷碼盤和紅外發(fā)光二極管、光敏管組成的風(fēng)向信號發(fā)生器。一組紅外發(fā)光二極管和光敏管對正1個格雷碼的碼道，7組紅外發(fā)光二極管和光敏管對正7個格雷碼盤的碼道產(chǎn)生代表風(fēng)向的7位格雷碼，轉(zhuǎn)換成摸擬電壓輸出。風(fēng)向角度的大小與輸出電壓的大小成遞增對應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過對故障期間及之前一段時間資料的分析，發(fā)現(xiàn)東鄉(xiāng)站2月1-3日有雨雪冰凍天氣，風(fēng)傳感器有凍結(jié)情況;石城站8月27日下午13:00及17:00—18:00有雷陣雨天氣。判斷可能的原因是:東鄉(xiāng)站冰凍天氣后，線路滲水或接頭原因造成輸出電壓偏小，風(fēng)向角度只能達(dá)到0°~175°，故相應(yīng)的輸出電壓對應(yīng)為0~1.071V;石城站風(fēng)感應(yīng)器遭雷擊或電磁干擾，風(fēng)向角度只能達(dá)到0°~175°。
2.3 風(fēng)速系統(tǒng)性偏小的原因分析
經(jīng)對比，發(fā)現(xiàn)異常時段之前的8月1—18日的2min和10min日平均風(fēng)速分別為2.2m/s和2.3m/s;異常時段之后的9月11—30日的2min和10min日平均風(fēng)速均為3.9m/s。該站30a整編資料中8月和9月平均風(fēng)速分別為3.3m/s和3.8m/s。因此，異常時段的風(fēng)速記錄比正常風(fēng)速偏小2/3以上，而且隨著風(fēng)速增大，偏差也加大。
根據(jù)風(fēng)速傳感器原理可知，風(fēng)速傳感器由3個鋁材輕質(zhì)風(fēng)杯、內(nèi)裝隨風(fēng)杯軸旋轉(zhuǎn)的截光盤和光電轉(zhuǎn)換器的殼體及信號插座組成，風(fēng)杯帶動截光盤旋轉(zhuǎn)而切割光電轉(zhuǎn)換器的光路產(chǎn)生電脈沖串。風(fēng)杯轉(zhuǎn)速在風(fēng)速測量范圍內(nèi)與風(fēng)速有良好的線性關(guān)系，使輸出的脈沖速率與風(fēng)速成正比。星子站風(fēng)速脈沖頻率上不去，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換出來相應(yīng)的風(fēng)速就偏小。判定異常的原因可能是截光盤旋轉(zhuǎn)而切割光電轉(zhuǎn)換器的光路不正常。
2.4 極大風(fēng)速超長時間相同的原因分析
根據(jù)前述風(fēng)速與脈沖頻率成正比關(guān)系來分析，可能是系統(tǒng)性干擾造成，不管極大風(fēng)速小于或大于6.3m/s，發(fā)出的光電脈沖頻率均為相同。
但是，具體的原因還未找到。
3 測風(fēng)記錄特別異常的處理方法
省級質(zhì)量控制審核員發(fā)現(xiàn)異�，F(xiàn)象后，通過業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制流程在向省、市氣象局相關(guān)管理部門及測站反映情況。對于測風(fēng)記錄特別異常的處理分兩個層面進(jìn)行:一是對測風(fēng)儀器進(jìn)行故障排查及修理，二是對特別異常記錄進(jìn)行處理。
3.1 測風(fēng)記錄從未出現(xiàn)靜風(fēng)的處理
測站于2008-03更換了風(fēng)速傳感器。但是此后至今，仍然沒有出現(xiàn)靜風(fēng)記錄。是否風(fēng)向風(fēng)速傳感器均有問題，或者是傳感器與采集器之間的傳輸出現(xiàn)異常?有待設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)一步檢查確認(rèn)。
對于異常記錄的處理，暫時在每月的數(shù)據(jù)文件和年報數(shù)據(jù)文件(即Y文件)的附加信息作備注:因風(fēng)傳感器原因本月(年)無靜風(fēng)。為了保證資料準(zhǔn)確性、連續(xù)性，比較性，當(dāng)確認(rèn)是儀器設(shè)備的原因?qū)е嘛L(fēng)速系統(tǒng)性偏大，那么就應(yīng)當(dāng)及時對該站全部的記錄進(jìn)行均一性訂正。
3.2 風(fēng)向缺少8個方位的處理
東鄉(xiāng)站于2008-06-03，石城站于2008-11-07分別更換了風(fēng)向傳感器，故障隨即消除。
根據(jù)風(fēng)向故障記錄處理規(guī)定，10min風(fēng)向與人工站相差較大的用人工EL自記10min風(fēng)記錄代替。為了給異常記錄的處理找到妥善方法，盡最大可能利用資料，經(jīng)過對石城站替代風(fēng)向與自動站原始風(fēng)向?qū)Ρ确治�，發(fā)現(xiàn)二者之間存在著以N-S為軸的對應(yīng)關(guān)系，NNW未出現(xiàn)時有95%以上是與NE-NNE相對應(yīng)，SSW未出現(xiàn)時有98%以上是與SE-SSE相對應(yīng);即偏西南風(fēng)相對應(yīng)偏東南風(fēng)，偏西北風(fēng)相對偏東北風(fēng)。考慮到還未找到這種對應(yīng)關(guān)系的理論根據(jù)，因此除10min風(fēng)向之外，2min風(fēng)風(fēng)向、最大風(fēng)風(fēng)向及極大風(fēng)風(fēng)向暫維持原記錄，以上記錄均在附加信息備注欄中注明。
3.3 風(fēng)速系統(tǒng)性偏小的處理
測站于2008-09-10更換了風(fēng)速傳感器，異�，F(xiàn)象消失。此種情況下的記錄沒有代表性，不可用，按常規(guī)處理方法應(yīng)該作缺測處理并在備注欄注明。但考慮到隨著自動站儀器的硬件、軟件的不斷完善，將來找到此問題的原因并對相應(yīng)的異常記錄作更合理的訂正，供科研、預(yù)報服務(wù)等領(lǐng)域使用，所以暫維持原記錄并在附加信息備注欄中注明。
3.4 極大風(fēng)速記錄在1個月中連續(xù)19天相同的處理
由于月平均風(fēng)速與歷年相當(dāng)，在目前沒找清楚問題原因之前，暫維持原記錄，儀器也暫時不予更換，并在備注注明：本月極大風(fēng)風(fēng)速6.3m/s，并連續(xù)19天出現(xiàn)相同極值。
4 結(jié)論
對風(fēng)向風(fēng)速儀測風(fēng)特別異常記錄，只能依靠數(shù)據(jù)質(zhì)量審核員結(jié)合儀器設(shè)備原理、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制原則方法和工作經(jīng)驗(yàn)，具體情況具體分析處理。對于最小風(fēng)速不為零的現(xiàn)象，更換風(fēng)速傳感器，保留測風(fēng)記錄并備注；對于風(fēng)向缺少方位的現(xiàn)象，更換風(fēng)向傳感器，盡管在測風(fēng)記錄中找到了一些規(guī)律，但由于缺少理論依據(jù)，繼續(xù)保留測風(fēng)記錄并備注;對于風(fēng)速嚴(yán)重偏小的現(xiàn)象，更換風(fēng)速傳感器，測風(fēng)記錄按常規(guī)應(yīng)作缺測處理，但考慮到隨著軟硬件的不斷完善，該記錄可能還有利用價值，所以暫時維持并備注;對于極大風(fēng)速連續(xù)19天相同的現(xiàn)象，由于還沒有找到原因，故暫時不換儀器，記錄也保留，備注欄說明。
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