1. Meteoroloģisko staciju definīcija un funkcijas
Meteoroloģiskā stacija ir uz automatizācijas tehnoloģiju balstīta vides monitoringa sistēma, kas var reāllaikā apkopot, apstrādāt un pārraidīt atmosfēras vides datus. Kā mūsdienu meteoroloģisko novērojumu infrastruktūra, tās pamatfunkcijas ietver:
Datu iegūšana: Nepārtraukti reģistrē temperatūru, mitrumu, gaisa spiedienu, vēja ātrumu, vēja virzienu, nokrišņus, gaismas intensitāti un citus galvenos meteoroloģiskos parametrus
Datu apstrāde: datu kalibrēšana un kvalitātes kontrole, izmantojot iebūvētus algoritmus
Informācijas pārraide: Atbalsta 4G/5G, satelīta sakarus un citu daudzrežīmu datu pārraidi
Katastrofu brīdinājums: Ekstrēmi laikapstākļu sliekšņi aktivizē tūlītējus brīdinājumus
Otrkārt, sistēmas tehniskā arhitektūra
Sensorais slānis
Temperatūras sensors: platīna pretestības PT100 (precizitāte ±0,1 ℃)
Mitruma sensors: kapacitatīvā zonde (diapazons 0–100 % relatīvais mitrums)
Anemometrs: ultraskaņas 3D vēja mērīšanas sistēma (izšķirtspēja 0,1 m/s)
Nokrišņu monitorings: kausa apgāšanas lietus mērītājs (izšķirtspēja 0,2 mm)
Radiācijas mērīšana: fotosintētiski aktīvā starojuma (PAR) sensors
Datu slānis
Edge Computing Gateway: Darbina ARM Cortex-A53 procesors
Krātuves sistēma: Atbalsta SD kartes lokālo krātuvi (maksimāli 512 GB)
Laika kalibrēšana: GPS/Beidou divu režīmu laika noteikšana (precizitāte ±10 ms)
Energosistēma
Divkāršs barošanas risinājums: 60 W saules panelis + litija dzelzs fosfāta akumulators (-40 ℃ zemas temperatūras apstākļos)
Enerģijas pārvaldība: Dinamiskā miega tehnoloģija (gaidstāves jauda <0,5 W)
Treškārt, nozares pielietojuma scenāriji
1. Viedās lauksaimniecības prakses (Nīderlandes siltumnīcu klasteris)
Izvietošanas plāns: Izvietot 1 mikrometeoroloģisko staciju uz katriem 500㎡ siltumnīcas
Datu lietojumprogramma:
Rasas brīdinājums: cirkulācijas ventilatora automātiska ieslēgšanās, kad mitrums >85%
Gaismas un siltuma akumulācija: efektīvās akumulētās temperatūras (GDD) aprēķināšana ražas novākšanas vadlīnijām
Precīza apūdeņošana: ūdens un mēslojuma sistēmas kontrole, kuras pamatā ir iztvaikošana (ET)
Ieguvumu dati: Ūdens ietaupījums par 35 %, pūkveida miltrasas sastopamības samazinājums par 62 %
2. Brīdinājums par nelielu vēja nobīdi lidostā (Honkongas Starptautiskā lidosta)
Tīklošanas shēma: 8 slīpa vēja novērošanas torņi ap skrejceļu
Agrīnās brīdināšanas algoritms:
Horizontāla vēja maiņa: vēja ātruma maiņa ≥15 kt 5 sekunžu laikā
Vertikāla vēja griešana: vēja ātruma starpība 30 m augstumā ≥10 m/s
Reaģēšanas mehānisms: Automātiski iedarbina torņa trauksmi un vada apļa darbību
3. Fotoelektriskās elektrostacijas (Ningxia 200 MW elektrostacija) efektivitātes optimizācija
Uzraudzības parametri:
Komponentu temperatūra (aizmugures plates infrasarkanā monitoringa sistēma)
Horizontāla/slīpa plakne starojums
Putekļu nosēdumu indekss
Inteliģenta regulēšana:
Izeja samazinās par 0,45% par katru temperatūras pieaugumu par 1 ℃.
Automātiskā tīrīšana tiek aktivizēta, kad putekļu uzkrāšanās sasniedz 5%.
4. Pilsētu siltuma salu efekta pētījums (Šeņdžeņas pilsētu tīkls)
Novērojumu tīkls: 500 mikrostacijas veido 1 km × 1 km režģi
Datu analīze:
Zaļās zonas dzesēšanas efekts: vidējais samazinājums par 2,8 ℃
Apbūves blīvums ir pozitīvi korelēts ar temperatūras paaugstināšanos (R² = 0,73)
Ceļa materiālu ietekme: asfalta seguma temperatūras starpība dienas laikā sasniedz 12 ℃
4. Tehnoloģiskās evolūcijas virziens
Vairāku avotu datu sapludināšana
Lāzera radara vēja lauka skenēšana
Mikroviļņu radiometra temperatūras un mitruma profils
Satelīta mākoņa attēla korekcija reāllaikā
Ar mākslīgo intelektu uzlabota lietojumprogramma
LSTM neironu tīkla nokrišņu prognoze (uzlabota precizitāte par 23 %)
Trīsdimensiju atmosfēras difūzijas modelis (ķīmiskā parka noplūdes simulācija)
Jauna tipa sensors
Kvantu gravimetrs (spiediena mērīšanas precizitāte 0,01 hPa)
Terahercu viļņu nokrišņu daļiņu spektra analīze
V. Tipisks gadījums: kalnu plūdu brīdināšanas sistēma Jandzi upes vidustecē
Izvietošanas arhitektūra:
83 automātiskās meteoroloģiskās stacijas (kalnu slīpuma izvietošana)
Ūdens līmeņa monitorings 12 hidrogrāfijas stacijās
Radara atbalss asimilācijas sistēma
Agrīnās brīdināšanas modelis:
Pēkšņu plūdu indekss = 0,3 × 1 h lietus intensitāte + 0,2 × augsnes mitruma saturs + 0,5 × topogrāfiskais indekss
Atbildes reakcijas efektivitāte:
Brīdinājuma pārsvars palielināts no 45 minūtēm līdz 2,5 stundām
2022. gadā mēs veiksmīgi brīdinājām par septiņām bīstamām situācijām
Upuru skaits salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu ir samazinājies par 76 procentiem
Secinājums
Mūsdienu meteoroloģiskās stacijas ir attīstījušās no atsevišķām novērošanas iekārtām līdz intelektiskiem lietu interneta mezgliem, un to datu vērtība tiek plaši izplatīta, izmantojot mašīnmācīšanos, digitālo dvīni un citas tehnoloģijas. Līdz ar WMO Globālās novērošanas sistēmas (WIGOS) attīstību augsta blīvuma un augstas precizitātes meteoroloģiskā monitoringa tīkls kļūs par galveno infrastruktūru klimata pārmaiņu problēmu risināšanai un sniegs svarīgu lēmumu atbalstu ilgtspējīgai cilvēka attīstībai.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 17. februāris