Istasyon ng panahon: ang pangunahing kagamitan at kasanayan sa aplikasyon ng pagsubaybay sa kapaligiran

1. Kahulugan at mga tungkulin ng mga istasyon ng panahon
Ang Weather Station ay isang sistema ng pagsubaybay sa kapaligiran batay sa teknolohiya ng automation, na maaaring mangolekta, magproseso, at magpadala ng datos sa kapaligiran sa atmospera sa totoong oras. Bilang imprastraktura ng modernong obserbasyon ng meteorolohiya, ang mga pangunahing tungkulin nito ay kinabibilangan ng:

Pagkuha ng datos: Patuloy na pagtatala ng temperatura, halumigmig, presyon ng hangin, bilis ng hangin, direksyon ng hangin, presipitasyon, tindi ng liwanag at iba pang pangunahing mga parameter ng meteorolohiya

Pagproseso ng datos: Pagkalibrate ng datos at pagkontrol ng kalidad sa pamamagitan ng mga built-in na algorithm

Pagpapadala ng impormasyon: Suportahan ang 4G/5G, komunikasyon sa satellite at iba pang multi-mode na pagpapadala ng data

Babala sa sakuna: Ang mga limitasyon ng matinding lagay ng panahon ay nagti-trigger ng mga agarang alerto

Pangalawa, ang teknikal na arkitektura ng sistema
Patong na pandama
Sensor ng temperatura: Platinum resistance PT100 (katumpakan ±0.1℃)
Sensor ng halumigmig: Capacitive probe (saklaw 0-100%RH)
Anemometer: Sistema ng pagsukat ng hangin na may 3D na ultrasonic (resolusyon na 0.1m/s)
Pagsubaybay sa presipitasyon: Panukat ng ulan na tipping bucket (resolusyon 0.2mm)
Pagsukat ng radyasyon: Sensor ng photosynthetically active radiation (PAR)

Patong ng datos
Edge Computing Gateway: Pinapagana ng ARM Cortex-A53 processor
Sistema ng imbakan: Suportahan ang lokal na imbakan ng SD card (maximum na 512GB)
Pagkalibrate ng oras: GPS/Beidou dual-mode timing (katumpakan ±10ms)

Sistema ng enerhiya
Solusyon sa dalawahang lakas: 60W solar panel + bateryang lithium iron phosphate (mababang temperatura sa -40℃)
Pamamahala ng kuryente: Teknolohiya ng dynamic na pagtulog (standby power <0.5W)

Pangatlo, mga senaryo ng aplikasyon sa industriya
1. Matalinong Pamamaraan sa Pagsasaka (Dutch Greenhouse Cluster)
Plano ng pag-deploy: Mag-deploy ng 1 micro-weather station bawat 500㎡ greenhouse

Aplikasyon ng datos:
Babala ng hamog: awtomatikong pag-andar ng bentilador kapag ang halumigmig ay >85%
Akumulasyon ng liwanag at init: pagkalkula ng epektibong naipon na temperatura (GDD) upang gabayan ang pag-aani
Irigasyong may katumpakan: Pagkontrol sa sistema ng tubig at pataba batay sa evapotranspiration (ET)
Datos ng benepisyo: 35% na pagtitipid sa tubig, 62% na pagbawas sa insidente ng downy mildew

2. Babala sa Mababang Antas ng Wind Shear sa Paliparan (Pandaigdigang Paliparan ng Hong Kong)
Iskemang pang-network: 8 gradient wind observation tower sa paligid ng runway

Algoritmo ng maagang babala:
Pahalang na pagbabago ng hangin: pagbabago ng bilis ng hangin ≥15kt sa loob ng 5 segundo
Patayong pagputol ng hangin: pagkakaiba sa bilis ng hangin sa 30m na ​​altitude ≥10m/s
Mekanismo ng pagtugon: Awtomatikong pinapagana ang alarma sa tore at ginagabayan ang pag-ikot

3. Pag-optimize ng kahusayan ng photovoltaic power station (Ningxia 200MW Power Station)

Mga parametro ng pagsubaybay:
Temperatura ng bahagi (backplane infrared monitoring)
Pahalang/nakakiling na radyasyon
Indeks ng pagdedeposito ng alikabok

Matalinong regulasyon:
Ang output ay bumababa ng 0.45% para sa bawat 1℃ na pagtaas ng temperatura
Awtomatikong naglilinis kapag umabot sa 5% ang naiipong alikabok

4. Pag-aaral sa Epekto ng Urban Heat Island (Shenzhen Urban Grid)

Network ng obserbasyon: 500 micro-station ang bumubuo ng 1km×1km grid

Pagsusuri ng datos:
Epekto ng paglamig ng berdeng espasyo: average na pagbawas ng 2.8℃
Ang densidad ng gusali ay may positibong kaugnayan sa pagtaas ng temperatura (R²=0.73)
Impluwensya ng mga materyales sa kalsada: ang pagkakaiba ng temperatura ng aspalto sa maghapon ay umaabot sa 12℃

4. Direksyon ng ebolusyong teknolohikal
Pagsasama ng datos na maraming pinagmulan

Pag-scan ng wind field gamit ang laser radar

Profile ng temperatura at halumigmig ng microwave radiometer

Pagwawasto ng imahe ng satellite cloud sa totoong oras

Aplikasyon na pinahusay ng Ai

Pagtataya ng presipitasyon sa neural network ng LSTM (pinahusay na katumpakan ng 23%)

Modelo ng Tatlong-Dimensyonal na Diffusion sa Atmospera (Simulasyon ng Pagtagas ng Chemical Park)

Bagong uri ng sensor

Quantum gravimeter (katumpakan ng pagsukat ng presyon na 0.01hPa)

Pagsusuri ng spectrum ng particle ng presipitasyon ng alon ng Terahertz

V. Karaniwang kaso: Sistema ng babala sa baha sa bundok sa gitnang bahagi ng Ilog Yangtze
Arkitektura ng pag-deploy:
83 awtomatikong istasyon ng panahon (pag-deploy ng gradient ng bundok)
Pagsubaybay sa antas ng tubig sa 12 istasyon ng hidrograpiko
Sistema ng asimilasyon ng radar echo

Modelo ng maagang babala:
Indeks ng biglaang pagbaha = 0.3×1 oras na tindi ng ulan + 0.2× nilalaman ng kahalumigmigan ng lupa + 0.5× indeks ng topograpiko

Bisa ng tugon:
Ang lead ng babala ay tumaas mula 45 minuto patungong 2.5 oras
Noong 2022, matagumpay nating nabigyan ng babala ang pitong mapanganib na sitwasyon
Ang mga nasawi ay bumaba ng 76 porsyento taon-taon

Konklusyon
Ang mga modernong istasyon ng panahon ay umunlad mula sa iisang kagamitan sa pagmamasid patungo sa mga intelligent ioT node, at ang kanilang halaga ng datos ay lubos na inilalabas sa pamamagitan ng machine learning, digital twin at iba pang mga teknolohiya. Sa pag-unlad ng WMO Global Observing System (WIGOS), ang high-density at high-precision meteorological monitoring network ang magiging pangunahing imprastraktura upang matugunan ang pagbabago ng klima at magbigay ng mahalagang suporta sa desisyon para sa napapanatiling pag-unlad ng tao.