Meteorologinė stotis: pagrindinė aplinkos monitoringo priemonė ir taikymo praktika

1. Meteorologinių stočių apibrėžimas ir funkcijos
Meteorologinė stotis yra aplinkos stebėjimo sistema, pagrįsta automatizavimo technologijomis, galinti rinkti, apdoroti ir perduoti atmosferos aplinkos duomenis realiuoju laiku. Kaip šiuolaikinės meteorologinės stebėsenos infrastruktūra, jos pagrindinės funkcijos apima:

Duomenų rinkimas: Nuolat registruoja temperatūrą, drėgmę, oro slėgį, vėjo greitį, kryptį, kritulius, šviesos intensyvumą ir kitus pagrindinius meteorologinius parametrus

Duomenų apdorojimas: duomenų kalibravimas ir kokybės kontrolė naudojant integruotus algoritmus

Informacijos perdavimas: Palaiko 4G/5G, palydovinį ryšį ir kitą daugiarežimį duomenų perdavimą

Įspėjimas apie nelaimę: ekstremalių oro sąlygų slenksčiai suaktyvina momentinius įspėjimus

Antra, sistemos techninė architektūra
Jutimo sluoksnis
Temperatūros jutiklis: platininis PT100 (tikslumas ±0,1 ℃)
Drėgmės jutiklis: talpinis zondas (diapazonas 0–100 % santykinės drėgmės)
Anemometras: ultragarsinė 3D vėjo matavimo sistema (0,1 m/s skiriamoji geba)
Kritulių stebėjimas: apverčiamo kibiro lietaus matuoklis (0,2 mm skiriamoji geba)
Spinduliuotės matavimas: fotosintetiškai aktyvios spinduliuotės (PAR) jutiklis

Duomenų sluoksnis
Kraštinių skaičiavimų šliuzas: maitinamas ARM Cortex-A53 procesoriumi
Saugojimo sistema: Palaiko SD kortelės vietinę saugyklą (daugiausia 512 GB)
Laiko kalibravimas: GPS / Beidou dviejų režimų laiko nustatymas (tikslumas ±10 ms)

Energetikos sistema
Dvigubo maitinimo sprendimas: 60 W saulės baterija + ličio geležies fosfato akumuliatorius (-40 ℃ žemos temperatūros sąlygomis)
Energijos valdymas: dinaminio miego technologija (budėjimo režimo energijos suvartojimas <0,5 W)

Trečia, pramonės taikymo scenarijai
1. Išmanioji ūkininkavimo praktika (Nyderlandų šiltnamių klasteris)
Diegimo planas: kiekvienam 500 m² ploto šiltnamiui įrengti po 1 mikrometeorologinę stotelę.

Duomenų taikymas:
Rasos įspėjimas: automatinis cirkuliacinio ventiliatoriaus įsijungimas, kai drėgmė >85%
Šviesos ir šilumos kaupimasis: efektyviosios sukauptos temperatūros (GDD) apskaičiavimas derliaus nuėmimui
Tikslus drėkinimas: vandens ir trąšų sistemos valdymas, pagrįstas evapotranspiracija (ET)
Naudos duomenys: sutaupyta 35 % vandens, miltligės atvejų sumažėjo 62 %

2. Oro uosto žemo lygio vėjo poslinkio įspėjimas (Honkongo tarptautinis oro uostas)
Tinklo schema: 8 gradientinio vėjo stebėjimo bokštai aplink kilimo ir tūpimo taką

Ankstyvojo perspėjimo algoritmas:
Horizontalus vėjo pokytis: vėjo greičio pokytis ≥15 mazgų per 5 sekundes
Vertikalus vėjo pjovimas: vėjo greičio skirtumas 30 m aukštyje ≥10 m/s
Reagavimo mechanizmas: automatiškai įjungia bokšto signalizaciją ir vadovauja skrydžio pradžiai.

3. Fotovoltinės elektrinės (Ningxia 200 MW elektrinės) efektyvumo optimizavimas

Stebėjimo parametrai:
Komponento temperatūra (užpakalinės plokštės infraraudonųjų spindulių stebėjimas)
Horizontalios / pasvirusios plokštumos spinduliuotė
Dulkių nusėdimo indeksas

Pažangus reguliavimas:
Padidėjus temperatūrai 1 ℃, našumas sumažėja 0,45 %.
Automatinis valymas įsijungia, kai dulkių susikaupimas pasiekia 5 %

4. Miesto šilumos salų efekto tyrimas (Šendženo miesto tinklas)

Stebėjimo tinklas: 500 mikrostočių sudaro 1 km × 1 km tinklelį

Duomenų analizė:
Žaliosios erdvės vėsinamasis poveikis: vidutinis sumažėjimas 2,8 ℃
Pastatų tankumas teigiamai koreliuoja su temperatūros kilimu (R² = 0,73)
Kelio medžiagų įtaka: asfalto dangos temperatūros skirtumas dienos metu siekia 12 ℃

4. Technologinės evoliucijos kryptis
Kelių šaltinių duomenų sintezė

Lazerinio radaro vėjo lauko skenavimas

Mikrobangų radiometro temperatūros ir drėgmės profilis

Palydovinio debesies vaizdo korekcija realiuoju laiku

Dirbtiniu intelektu patobulinta programa

LSTM neuroninio tinklo kritulių prognozė (padidintas tikslumas 23 %)

Trimatis atmosferos difuzijos modelis (cheminių medžiagų parko nuotėkio modeliavimas)

Naujo tipo jutiklis

Kvantinis gravimetras (slėgio matavimo tikslumas 0,01 hPa)

Terahercų bangų kritulių dalelių spektro analizė

V. Tipinis atvejis: kalnų potvynių įspėjimo sistema Jangdzės upės vidurupyje
Diegimo architektūra:
83 automatinės meteorologijos stotys (kalnų nuolydžio įrengimas)
Vandens lygio stebėjimas 12 hidrografinių stočių
Radaro aido asimiliacijos sistema

Ankstyvojo perspėjimo modelis:
Staigių potvynių indeksas = 0,3 × 1 val. lietaus intensyvumas + 0,2 × dirvožemio drėgmės kiekis + 0,5 × topografinis indeksas

Atsako efektyvumas:
Įspėjimo laikas padidintas nuo 45 minučių iki 2,5 valandos
2022 m. sėkmingai perspėjome apie septynias pavojingas situacijas
Aukų skaičius, palyginti su praėjusiais metais, sumažėjo 76 proc.

Išvada
Šiuolaikinės meteorologijos stotys išsivystė iš vienos stebėjimo įrangos į išmaniuosius daiktų interneto mazgus, o jų duomenų vertė yra plačiai prieinama pasitelkiant mašininį mokymąsi, skaitmeninį dvynį ir kitas technologijas. Sukūrus WMO pasaulinę stebėjimo sistemą (WIGOS), didelio tankio ir didelio tikslumo meteorologinio stebėjimo tinklas taps pagrindine infrastruktūra, skirta spręsti klimato kaitos problemas ir teikti svarbią paramą priimant sprendimus dėl tvaraus žmogaus vystymosi.