[科普中國(guó)]-船舶氣象站

定義

船舶氣象站（ship meteorological station）是利用船舶為載體的氣象觀測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)船舶航行過(guò)程中的海面以上、海氣界面以及與海洋氣象災(zāi)害相關(guān)的海面以下氣象、水文和環(huán)境等要素進(jìn)行長(zhǎng)期、穩(wěn)定、持續(xù)的觀測(cè)，為海上氣象預(yù)報(bào)和氣候變化監(jiān)測(cè)研究提供高時(shí)空密度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，為海上航運(yùn)、航空、海洋生產(chǎn)作業(yè)安全、海防安全、軍事活動(dòng)等提供氣象保障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為衛(wèi)星、雷達(dá)等遙感信息驗(yàn)證和訂正提供依據(jù)。1

氣象觀測(cè)船舶氣象觀測(cè)一般以定時(shí)觀測(cè)為主，每天進(jìn)行4次或8次。2

船舶氣象站的觀測(cè)項(xiàng)目備海洋上空各層次的大氣壓力、溫度、露點(diǎn)、風(fēng)向、風(fēng)速，海平面上的大氣壓力、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、海面能見度、海面天氣狀況、海面蒸發(fā)、表層水溫、波浪和其他特定的水文氣象要素等。按觀測(cè)規(guī)范初發(fā)報(bào)規(guī)定，每天定時(shí)將觀測(cè)結(jié)果編成電碼拍發(fā)給有關(guān)水文氣象部門和使用單位。這些資料也被稱為船舶天氣情報(bào)，它是海洋水文氣象預(yù)報(bào)和科學(xué)研究等的重要資料。2

船舶氣象站一般是在固定船舶上進(jìn)行，有時(shí)根據(jù)需要也在商船和軍艦上設(shè)立觀測(cè)站，一般都配有整套先進(jìn)的觀測(cè)儀器和有一定觀測(cè)水平的技術(shù)人員，它的觀測(cè)資料是水文氣象預(yù)報(bào)和科學(xué)研究等的重要依據(jù)。2

船舶站構(gòu)成船舶站由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括數(shù)據(jù)采集器、傳感器和外圍設(shè)備，其中外圍設(shè)備包括通信設(shè)備、電源系統(tǒng)、航向航速測(cè)量?jī)x、本地終端（微機(jī)）等。軟件部分包括嵌入式軟件（數(shù)據(jù)采集器內(nèi)）和業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件（微機(jī)內(nèi)）。1

硬件系統(tǒng)船舶自動(dòng)氣象站基于CAN總線技術(shù)，在硬件上采用“積木式”架構(gòu)，主采集器可以支持常規(guī)的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓、雨量和航向航速測(cè)量?jī)x。能見度和其他可能掛接的傳感器則通過(guò)分采集器實(shí)現(xiàn)。1

通訊系統(tǒng)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)有GPRS，CDMA，DCP衛(wèi)星通訊三種方式。需要根據(jù)船只的運(yùn)行路線、通信狀況選擇適合的通訊方式。其中DCP衛(wèi)星通訊適用于GPRS和CDMA無(wú)信號(hào)或者信號(hào)不穩(wěn)定的環(huán)境。1

供電系統(tǒng)船舶自動(dòng)氣象站現(xiàn)有的供電系統(tǒng)分為船用直流電源供電、船用220V交流供電和太陽(yáng)能供電三種。船用直流電源供電一般適合于小型的漁船，對(duì)于較大的船只，可視具體情況采用船用220V交流供電或太陽(yáng)能供電。1

軟件系統(tǒng)嵌入式軟件在UCOS嵌入式操作系統(tǒng)上進(jìn)行編程，完成各個(gè)采集器的功能，主采集器和分采集器之間采用CAN通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其特點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，抗電磁干擾能力強(qiáng)，能較好適應(yīng)船舶航行時(shí)的復(fù)雜環(huán)境。業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件可處理氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和處理。1

儀器布設(shè)原則布設(shè)原則由于船舶頂甲板一般很狹小，且船舶自身需要安裝各種設(shè)備、天線，可以利用的空間很小，因此，船舶站儀器布設(shè)應(yīng)盡量保證各儀器之間距離，保證各儀器和傳感器的代表性。1

風(fēng)傳感器盡量靠近船首部并高于最高的艙室，可考慮前主桅桿或頂甲板前部。溫濕傳感器盡量避免煙囪及其他熱源的影響，四周不應(yīng)有特別潮濕和反射率較強(qiáng)的物體，下墊面應(yīng)裝木質(zhì)甲板并涂敷綠色的油漆。氣壓傳感器安裝在避開熱源、不直接通風(fēng)、沒(méi)有陽(yáng)光直接照射且搖擺震動(dòng)較輕的部位，可在進(jìn)氣口增加靜壓裝置，保證氣壓的觀測(cè)精度。精密GPS定位儀安裝在風(fēng)桿附近，定向設(shè)備安裝方向應(yīng)與船舶的中心軸方向保持一致。所有設(shè)備、管線必須連接牢固，不得有松動(dòng)、晃動(dòng)現(xiàn)象，使傳感器能在海上高鹽霧環(huán)境和船舶搖晃狀態(tài)下保持正常工作。1

安裝位置選擇理想情況下，傳感器測(cè)量的是未經(jīng)過(guò)船上甲板及船上障礙物的大氣狀況。在圖1中，A位置通常是安裝氣象傳感器的最佳位置，也可以在前甲板的B處安裝支架以安裝傳感器。如果A，B兩種情況都不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，最后的選擇是位于駕駛室上部的C處。若只安裝一套觀測(cè)設(shè)備，A，B，C都是比較好的安裝位置，如果需要安裝兩套觀測(cè)設(shè)備，則宜安裝在船舶的兩側(cè)，D，E是比較好的安裝位置。1

（1）輻射觀測(cè)儀器

適合安裝在不受其他陰影影響的位置，圖1中F是最佳的安裝位置，其次G位置可以作為一個(gè)選擇。如果不考慮風(fēng)、氣溫等要素，H位置也可以安裝輻射觀測(cè)設(shè)備，安裝高度應(yīng)不受煙囪的影響。1

（2）風(fēng)傳感器

應(yīng)盡量安裝到船的最高部位，傳感器距船上天線、桅桿的距離不少于它們直徑的10倍，安裝高度距甲板不低于2m，對(duì)于大型船只不能滿足此要求時(shí)，可在桅桿兩側(cè)各安裝一傳感器，觀測(cè)時(shí)使用迎風(fēng)一側(cè)的傳感器。1

（3）溫濕傳感器

盡量避免熱源和強(qiáng)反射體影響，可借助風(fēng)桿上伸出橫臂，用于安裝溫濕度傳感器，儀器的感應(yīng)部分與甲板的垂直距離應(yīng)在1.5～2.0m之間。1

（4）氣壓傳感器

要避開熱源和迎風(fēng)面，避免太陽(yáng)直射，可以安裝在船舶橫梁、船上實(shí)驗(yàn)室或與其他傳感器一起安裝在桅桿上，但氣壓進(jìn)氣口應(yīng)不受外部風(fēng)和內(nèi)部空調(diào)等氣流擾動(dòng)的影響，也不要直接安裝到甲板上。1

（5）降水傳感器

由于受風(fēng)及船舶搖擺的影響，需進(jìn)行相對(duì)風(fēng)訂正，其安裝位置最好和風(fēng)傳感器安裝在同一位置。1

（6）精密GPS定位儀

要安裝在風(fēng)桿附近，盡量避開四周金屬物，應(yīng)保持GPS定位天線上方無(wú)遮擋。1

（7）能見度儀

要盡量安裝到船的中軸線附近，安裝高度距離安裝位置處下方甲板位置應(yīng)不低于2m，并盡量避免熱源和強(qiáng)反射體影響。1