近几年,传感器和无线通信的快速进步推动了无线传感器网络在越来越多领域的普及。传感器节点除了拥有通信能力外,还包括计算及存储能力,它们可以自发形成一个拓扑网络,完成节点间的通信任务。在传统的气象观测中,监测环境的复杂性给观测方式增加了约束,且传统设备的成本昂贵,要提供完备的气象服务代价较高。因此,在气象领域使用无线传感器网络技术有益于获取更多的兴趣气象数据,提供更好的气象服务。本文就围绕提高节点能量利用率、均衡能量负载以及延长气象观测系统的寿命这些宗旨,做了以下研究:1)提出了一个簇密度自适应的层次路由协议——DAHC协议。该协议改进了之前单一使用分布式或集中式分簇的算法,提出了混合使用的思想。在集中式分簇时,采用LEACH-C协议的原理选出当前最优的簇头集合,之后分布式选举时基于上一轮簇头计算的相关信息选出下一轮簇头。同时,为了均衡网络簇头间的能量负载,针对分布式成簇簇的大小不均匀的情况,提出了一个调整机制,使簇密度能够自适应簇的平均大小。最后通过实验证明该方法可以有效均衡节点的能量消耗,延长系统观测气象数据的时间,提高了能量的有效性。2)由于在实际应用中,节点各方面的能力有所差异,所以应用于同构网络的协议可能不适合异构网络。因此,本文在网络中引入了一部分高级节点,构成二级能量异构的传感器网络。同时,改进了簇头选择策略,集中式选举时让初始能量更多的高级节点担任簇头的概率比普通节点大,采用分布式策略分簇时考虑能量和位置因素,并使用簇密度调整机制来均衡簇头间的负载。最终,实验结果证明该算法可以充分利用高级节点的能量,延长生命周期的同时提高了基站的吞吐量。