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摘要：随着气象观测自动化仪器的普及，自动气象站在运行过程中难免会出现故障，其中地温要素从浅层到深层共9个，是气象要素采集种类最多的一种，出现故障的概率也可能是最大的，因此及时排除自动气象站地温故障是非常重要的。
关键词：自动气象站；地温异常；故障排除
1 引言
随着我国地面气象观测自动化的不断推进，地面气象观测业务将逐步取消常规气象要素的人工观测任务，转变为以自动气象站为主的自动观测业务系统。地温是气象观测项目之一，是十分有用的气象资料，对农、林、牧业的生产发展具有重大意义。气象台站基本实现地温采集自动化，但仪器在运行过程中难免会出现故障，有的故障难以短时间发现及排除，造成资料长时间缺测，必然影响数据使用和统计分析，因此做好自动气象站的地温故障排查是非常重要的。本文通过分析地温故障原因，总结经验，找出快速排除地温故障的解决方法。
2 地温故障及原因
2.1温度常见故障
地温常见故障分为两大类别，为显性故障和隐性故障。显性故障表现为：数据大幅度跳变、数据缺测、数据超气候学界限值等现象，此类故障只要定期监控数据显示界面就能够发现。隐性故障表现为：某层次或几个層次地温间歇性不正常、地温数据小幅度小范围上下来回波动、相邻层次同时异常、地温值偏小或偏大但不明显、某层次或几个层次地温整体漂移。
2.2故障原因
故障原因有很多，主要有以下一些故障类型：传感器故障、采集器或者地温变送器（箱）故障、采集器电源故障，数据线接线不牢固、数据线接线处松动、地温传感器数据线断线，市电电压不稳定，地温接地线松动或不通，地温变送器受到无线电波等干扰，灰尘、蜘蛛网等造成地温变送器内线路短路，地温场地高低不平、地温传感器安装不当、地温套管进水、传感器安装时互相错层，传感器本身的特性漂移。
3.故障排除基本方法
在排除地温故障时，做到先易后难，先用最基本的目测法和替换法，在目测法和替换法都不能排除的，就要用到测量法了，测量法就是逐级测量，逐步排除了，要记住一些常用的电压值和电阻值。针对地温故障，要有清晰的故障排除思路（如图1），地温故障主要由传感器损坏、线路不通和采集器故障三方面原因造成。传感器损坏可以通过测量传感器电阻和用好的传感器替代来判断，传感器电阻通过测量来判断，电阻值用公式t=（R1-R2-100）/0.385计算；线路不通可以通过检查各接头处接触情况和测量各电缆线芯电阻来判断；采集器故障可以通过测量接线排电压和线路互换交替来判断。
4.地温故障的解决方法
排除由于天气原因的影响后，发现地温出现异常，就有可能是地温故障了。发现故障后，不要急于更换仪器和地温变送器等，要分析原因，逐项排查并解决故障。
4.1 地温出现大幅度跳变、缺测、数据超气候学界限值
出现此类情况，如果其他要素也大幅度异常，一般首先怀疑数据采集器故障，如果是所有地温异常，则最可能是地温变送器异常，找出故障后更换相应的仪器就可以了。如果某层次地温大幅度异常，很可能是传感器故障，在更换某层地温传感器前，应做一个对比，把传感器取出来跟一只人工地温表一起放入一盆温水中，如果显示值跟人工值相差大，说明传感器故障，更换即可。
4.2 地温间歇性不正常或小幅波动
此类情况不宜发现，建议每天定期运行“自动站分钟数据质量控制系统”软件，深层地温时间连续性变化标准设置为0.1℃。运行此软件，如发现数据长时间在 0.1-0.2℃范围内上下波动，那么，首先怀疑是市电电压不稳定造成的，其次还可能是接地线松动或不通，地温变送器受到无线电波干扰，灰尘、蜘蛛网等造成地温变送器内线路短路等情况。如市电电压不稳，应在配电房为采集器加一台UPS（不间断电源），一般可解决温度数据小范围来回波动问题。加了UPS 后，要注意每 2-3 个月要放一次电，即断开市电电压，同时采集器的电池也必须定期放电，所以要定期断开ups 电源。如接地线不牢固，可以用万用表二极管档测量接地是否良好，接地良好，会屏蔽静电弱电流对采集器的干扰，从而得到真实数据，所以接地良好与否也非常重要。其他如灰尘、蜘蛛网等造成，清理即可。
4.3 地温值偏大或偏小
一般为场地原因，地温场地高低不平、地温场的草生长不均匀，造成部分地方易积水，使地温值异常。或者地温传感器安装不当，安装时与土层贴合不好，有空隙，必要时应重新安装，安装时要用一部分细土填充。最后可能是地温套管进水，台站在雨后，应该用一根头部绑敷棉花的细竹竿插入管内吸干，如发现经常有积水，则须检查是管口进水还是套管破损，必要时换新管后，重新安装。
4.4 相邻层次同时异常
此类情况一般是相邻层次互相接错线了。在校准后、新仪器安装、更换传感器时，要特别注意，只要经过对比，一般在短时间内很容易发现此类问题，换好即可。
5 日常观测应注意的事项
在逐日数据维护中要注意小时数据的异常，要分清楚是故障还是天气原因影响，有时下雨后，特别是夏季，地表层水温高，渗透进温度后，会引起温度缓慢升高，则属于正常现象必要时要重新安装。恶劣天气后，应该及时维护，发现地温套管有进水时，要及时处理。业务人员应注意维护地温场地，注意地温场草面状况是否异常，场地是否平整。有时有的台站的自然土质也会影响地温值，沙石土质空隙大，下雨后引起地温升高或降低一个较大的值，也属正常现象。在排除天气原因和土质等自然因素后，一般温度日变化值不会超过 0.3℃，超过此值就要按疑误值来分析，看数据是否有使用价值，能否保留数据。
6 结语
总之，今后在气象自动站运行的过程中，地温场地和传感器等的日常维护必不可少，同时还会遇到各种各样的故障。地温故障类型多样，原因复杂，有时某个原因会造成不同的故障类型，业务维护保障人员要熟悉自动站的运行环境，掌握一定的维修方法，值班时充分利用已有的工具结合人工检测，及时发现地温故障。处理地温故障时，要分析原因，不可盲目地更换传感器和地温变送器，按照上述的解决方法，一步一步确认故障类型，快速排除故障，确保气象自动站数据采集及传输的正常运行。
参考文献：
[1]中国气象局气象探测中心.新型自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2016.
[2]杨志健，蔡耿华.自动气象站常见故障的判断和维修[J].广东气象，2005，27（1）：32-34.
[3]廖铭超.自动站深层地温故障分析及解决办法[J].气象研究与应用，2015，36（2）：93-95.
[4]黄 杰，仲郭军.新型自动气象站温湿度传感器的维修[J].气象水文海洋仪器，2016，33（4）：88-90.
关键词：自动气象站；地温异常；故障排除
1 引言
随着我国地面气象观测自动化的不断推进，地面气象观测业务将逐步取消常规气象要素的人工观测任务，转变为以自动气象站为主的自动观测业务系统。地温是气象观测项目之一，是十分有用的气象资料，对农、林、牧业的生产发展具有重大意义。气象台站基本实现地温采集自动化，但仪器在运行过程中难免会出现故障，有的故障难以短时间发现及排除，造成资料长时间缺测，必然影响数据使用和统计分析，因此做好自动气象站的地温故障排查是非常重要的。本文通过分析地温故障原因，总结经验，找出快速排除地温故障的解决方法。
2 地温故障及原因
2.1温度常见故障
地温常见故障分为两大类别，为显性故障和隐性故障。显性故障表现为：数据大幅度跳变、数据缺测、数据超气候学界限值等现象，此类故障只要定期监控数据显示界面就能够发现。隐性故障表现为：某层次或几个層次地温间歇性不正常、地温数据小幅度小范围上下来回波动、相邻层次同时异常、地温值偏小或偏大但不明显、某层次或几个层次地温整体漂移。
2.2故障原因
故障原因有很多，主要有以下一些故障类型：传感器故障、采集器或者地温变送器（箱）故障、采集器电源故障，数据线接线不牢固、数据线接线处松动、地温传感器数据线断线，市电电压不稳定，地温接地线松动或不通，地温变送器受到无线电波等干扰，灰尘、蜘蛛网等造成地温变送器内线路短路，地温场地高低不平、地温传感器安装不当、地温套管进水、传感器安装时互相错层，传感器本身的特性漂移。
3.故障排除基本方法
在排除地温故障时，做到先易后难，先用最基本的目测法和替换法，在目测法和替换法都不能排除的，就要用到测量法了，测量法就是逐级测量，逐步排除了，要记住一些常用的电压值和电阻值。针对地温故障，要有清晰的故障排除思路（如图1），地温故障主要由传感器损坏、线路不通和采集器故障三方面原因造成。传感器损坏可以通过测量传感器电阻和用好的传感器替代来判断，传感器电阻通过测量来判断，电阻值用公式t=（R1-R2-100）/0.385计算；线路不通可以通过检查各接头处接触情况和测量各电缆线芯电阻来判断；采集器故障可以通过测量接线排电压和线路互换交替来判断。
4.地温故障的解决方法
排除由于天气原因的影响后，发现地温出现异常，就有可能是地温故障了。发现故障后，不要急于更换仪器和地温变送器等，要分析原因，逐项排查并解决故障。
4.1 地温出现大幅度跳变、缺测、数据超气候学界限值
出现此类情况，如果其他要素也大幅度异常，一般首先怀疑数据采集器故障，如果是所有地温异常，则最可能是地温变送器异常，找出故障后更换相应的仪器就可以了。如果某层次地温大幅度异常，很可能是传感器故障，在更换某层地温传感器前，应做一个对比，把传感器取出来跟一只人工地温表一起放入一盆温水中，如果显示值跟人工值相差大，说明传感器故障，更换即可。
4.2 地温间歇性不正常或小幅波动
此类情况不宜发现，建议每天定期运行“自动站分钟数据质量控制系统”软件，深层地温时间连续性变化标准设置为0.1℃。运行此软件，如发现数据长时间在 0.1-0.2℃范围内上下波动，那么，首先怀疑是市电电压不稳定造成的，其次还可能是接地线松动或不通，地温变送器受到无线电波干扰，灰尘、蜘蛛网等造成地温变送器内线路短路等情况。如市电电压不稳，应在配电房为采集器加一台UPS（不间断电源），一般可解决温度数据小范围来回波动问题。加了UPS 后，要注意每 2-3 个月要放一次电，即断开市电电压，同时采集器的电池也必须定期放电，所以要定期断开ups 电源。如接地线不牢固，可以用万用表二极管档测量接地是否良好，接地良好，会屏蔽静电弱电流对采集器的干扰，从而得到真实数据，所以接地良好与否也非常重要。其他如灰尘、蜘蛛网等造成，清理即可。
4.3 地温值偏大或偏小
一般为场地原因，地温场地高低不平、地温场的草生长不均匀，造成部分地方易积水，使地温值异常。或者地温传感器安装不当，安装时与土层贴合不好，有空隙，必要时应重新安装，安装时要用一部分细土填充。最后可能是地温套管进水，台站在雨后，应该用一根头部绑敷棉花的细竹竿插入管内吸干，如发现经常有积水，则须检查是管口进水还是套管破损，必要时换新管后，重新安装。
4.4 相邻层次同时异常
此类情况一般是相邻层次互相接错线了。在校准后、新仪器安装、更换传感器时，要特别注意，只要经过对比，一般在短时间内很容易发现此类问题，换好即可。
5 日常观测应注意的事项
在逐日数据维护中要注意小时数据的异常，要分清楚是故障还是天气原因影响，有时下雨后，特别是夏季，地表层水温高，渗透进温度后，会引起温度缓慢升高，则属于正常现象必要时要重新安装。恶劣天气后，应该及时维护，发现地温套管有进水时，要及时处理。业务人员应注意维护地温场地，注意地温场草面状况是否异常，场地是否平整。有时有的台站的自然土质也会影响地温值，沙石土质空隙大，下雨后引起地温升高或降低一个较大的值，也属正常现象。在排除天气原因和土质等自然因素后，一般温度日变化值不会超过 0.3℃，超过此值就要按疑误值来分析，看数据是否有使用价值，能否保留数据。
6 结语
总之，今后在气象自动站运行的过程中，地温场地和传感器等的日常维护必不可少，同时还会遇到各种各样的故障。地温故障类型多样，原因复杂，有时某个原因会造成不同的故障类型，业务维护保障人员要熟悉自动站的运行环境，掌握一定的维修方法，值班时充分利用已有的工具结合人工检测，及时发现地温故障。处理地温故障时，要分析原因，不可盲目地更换传感器和地温变送器，按照上述的解决方法，一步一步确认故障类型，快速排除故障，确保气象自动站数据采集及传输的正常运行。
参考文献：
[1]中国气象局气象探测中心.新型自动气象站实用手册[M].北京：气象出版社，2016.
[2]杨志健，蔡耿华.自动气象站常见故障的判断和维修[J].广东气象，2005，27（1）：32-34.
[3]廖铭超.自动站深层地温故障分析及解决办法[J].气象研究与应用，2015，36（2）：93-95.
[4]黄 杰，仲郭军.新型自动气象站温湿度传感器的维修[J].气象水文海洋仪器，2016，33（4）：88-90.