簡(jiǎn)要概述
微型梯度氣象站，通常指的是高度在2米或者3米左右，按照高度不同，風(fēng)、溫、濕、壓等常規(guī)氣象要素至少安裝有2層以上的自動(dòng)氣象站。
常規(guī)的氣象要素包括風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度和相對(duì)濕度、大氣壓、降雨等，更復(fù)雜一點(diǎn)的系統(tǒng)還包括輻射、降雪、地表溫度、以及土壤水分、土壤溫度、土壤鹽分等要素，在一些特殊環(huán)境中，還會(huì)對(duì)空氣中的水汽、二氧化碳、甲烷等做分層的梯度測(cè)量。
在實(shí)際使用和測(cè)量中，由于安裝高度對(duì)大氣壓、降雨和風(fēng)向等要素的測(cè)量值影響較小，而且梯度安裝的測(cè)量實(shí)際意義不是很大，所以在設(shè)計(jì)梯度氣象站的時(shí)候，更多的考慮的是對(duì)風(fēng)速、空氣溫度和相對(duì)濕度等做梯度處理。
組成部分
一個(gè)完整的微型梯度氣象站，通常包括以下六大單元：數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)單元、信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、系統(tǒng)供電單元、系統(tǒng)安裝支架單元以及人機(jī)互動(dòng)單元。
數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)單元，通常是整個(gè)系統(tǒng)的核心，需要完成對(duì)整個(gè)大系統(tǒng)的各個(gè)部分的統(tǒng)一協(xié)作，功能化定制和初步數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等功能。能夠把各個(gè)不同的東西集中到一起同步實(shí)現(xiàn)各自的功能和統(tǒng)一的目的，才是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵，也是考驗(yàn)一個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備性能強(qiáng)弱的關(guān)鍵。目前市面上用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，有CR系列數(shù)據(jù)采集器，DT系列數(shù)據(jù)采集器等。
信號(hào)采集轉(zhuǎn)換單元，也就是通常意義上說(shuō)的傳感器變送器等、每個(gè)傳感器都針對(duì)不同的測(cè)量要素進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，并通過(guò)特定的電路設(shè)計(jì)，完成內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換，把自然界中各種抽象的信息，通過(guò)特定的方式，變成人們能夠直觀感受到的具體的數(shù)字等。狹義的傳感器，只是進(jìn)行對(duì)某個(gè)單一要素的感知和測(cè)量，必須要和其它設(shè)備，包括變送器、采集器等協(xié)同工作才能實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的，但隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步和現(xiàn)代化工業(yè)水平的提高，現(xiàn)在一個(gè)功能強(qiáng)大的傳感器，往往自身就可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)甚至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，一個(gè)單個(gè)的傳感器就可以完整的實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的功能。
數(shù)據(jù)傳輸單元，就是為實(shí)現(xiàn)把數(shù)據(jù)采集單元里面已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和其它信息下載和異地采集存儲(chǔ)的單元。數(shù)據(jù)傳輸可以通過(guò)很多方式實(shí)現(xiàn)，比如有線的有RS232、RS485/422、SDI-12、電纜、光纖、網(wǎng)線等，還有無(wú)線方式的比如2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)、電臺(tái)、藍(lán)牙、ZigBee以及衛(wèi)星等。具體采用哪一種通訊方式，就要根據(jù)系統(tǒng)安裝現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)選擇，比如通訊距離、施工難度、工程費(fèi)用、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性等。
系統(tǒng)供電單元，目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電源補(bǔ)給。根據(jù)安裝現(xiàn)場(chǎng)的情況、通?？蛇x擇市電供電、太陽(yáng)能供電、風(fēng)能供電或者單純的電池供電等、如果條件允許，可以選擇多種供電方式并存，以的保證系統(tǒng)電源的可靠和穩(wěn)定。
系統(tǒng)安裝支架單元，顧名思義，就是所有設(shè)備能夠架設(shè)起來(lái)并能夠?qū)崿F(xiàn)其功能的安裝支架，包括主體支架，各個(gè)傳感器單獨(dú)的特制支架及連接件等。因?yàn)槊總€(gè)傳感器的設(shè)計(jì)思路工作原理不同，所以每個(gè)傳感器都有其的特定支架。就微型梯度站而言，其主體支架一般是一個(gè)2米或者3米的三腳架或者獨(dú)立立桿，所有的設(shè)備都通過(guò)特制的連接件和支架集成安裝在主體支架上。
人機(jī)互動(dòng)單元，通常是數(shù)據(jù)采集控制單元或者傳感器等設(shè)備和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)直連和通訊的軟件部分。通過(guò)這個(gè)軟件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集單元的系統(tǒng)功能設(shè)定和優(yōu)化，存儲(chǔ)方式選擇、下載方式自定義等功能，還可以通過(guò)人機(jī)互動(dòng)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、過(guò)程監(jiān)控等。而針對(duì)傳感器的人機(jī)互動(dòng)軟件，可以實(shí)現(xiàn)傳感器使用前后狀態(tài)檢查、性能判定和后期的運(yùn)行模式調(diào)整、參數(shù)標(biāo)定等功能。
測(cè)量要素及各部分功能
以2米的基本氣象六要素和增配土壤要素和輻射要素的微型梯度氣象站為例，其各部分的主要功能以及測(cè)量要素如下表。
