Автоматизированная метеостанция аэропорта - Automated airport weather station

Платформа сбора данных ASOS

Метеостанции в аэропортах автоматизированы датчик люксы, которые предназначены для обслуживания авиация и метеорологический операции, прогноз погоды и климатология. Автоматизированный аэропорт метеостанции стали частью хребта Погода наблюдение в Соединенные Штаты и Канада и становятся все более распространенными во всем мире благодаря своей эффективности и экономии.

Типы систем в США

В Соединенных Штатах существует несколько разновидностей автоматических метеостанций, которые имеют несколько тонких, но важных отличий. К ним относятся автоматизированная система наблюдения за погодой (AWOS) и автоматизированная система наземных наблюдений (ASOS).

Автоматизированная система наблюдения за погодой (AWOS)

Коммерческий AWOS

В автоматизированная система наблюдения за погодой (AWOS) подразделения в основном эксплуатируются, обслуживаются и контролируются органами власти штата или местного самоуправления и другими нефедеральными организациями и сертифицированы в рамках нефедеральной программы AWOS FAA.[1] В 2017 году FAA завершило модернизацию 230 принадлежащих FAA систем AWOS и бывших автоматизированных систем погодных датчиков (AWSS) до конфигурации AWOS-C.[2] AWOS-C - это самая современная система AWOS, принадлежащая FAA, которая может генерировать авиационные метеорологические сводки в формате METAR / SPECI. AWOS-C функционально эквивалентен ASOS.[3] Принадлежащие FAA блоки AWOS-C на Аляске обычно классифицируются как блоки AWOS-C IIIP, в то время как все другие блоки AWOS-C обычно классифицируются как блоки AWOS III P / T. [4]

Системы AWOS распространяют метеорологические данные различными способами:

  • А компьютерный голос сообщение, которое транслируется через радиочастота к пилоты в непосредственной близости от аэропорта. Сообщение обновляется не реже одного раза в минуту, и это единственная обязательная форма сводки погоды для AWOS.
  • Опционально, голосовое сообщение, генерируемое компьютером, доступное по телефонной линии. модем служба. Сообщение обновляется не реже одного раза в минуту.
  • По желанию (но часто это делается) сообщения AWOS могут передаваться в FAA для национальных распространение через компьютер. Эти сообщения в настоящее время находятся в METAR формат, и типичная частота отчетов - один раз в 20 минут. Эта опция доступна только для систем AWOS III или IV (см. Ниже).

Следующие конфигурации AWOS определены ниже с точки зрения того, что параметры они измеряют:[5]

Также возможны специальные конфигурации, такие как AWOS AV (параметры AWOS A плюс видимость). Несертифицированные датчики могут быть присоединены к системам AWOS, но данные о погоде, полученные с этих датчиков, должны быть четко обозначены как "рекомендательные" в любых голосовых сообщениях и не могут быть включены в какие-либо наблюдения METAR.

По состоянию на 9 ноября 2019 г. следующие производители предоставляют сертифицированные FAA нефедеральные системы AWOS:[6]

  • All Weather Inc.[7]
  • DBT Transportation Services LLC (ранее Vaisala Inc.)
  • Mesotech International, Inc.[8]
  • Optical Scientific Inc. (ранее Belfort Instrument Co.)

Автоматизированная система наземных наблюдений (АСОС)

В автоматизированная система наземных наблюдений (ASOS) в США эксплуатируются и контролируются совместно NWS, FAA и DOD. После многих лет исследований и разработок в 1991 году началось развертывание устройств ASOS, которое было завершено в 2004 году.

Эти системы обычно предоставляют отчеты с часовыми интервалами, но также сообщают о специальных наблюдениях, если погодные условия быстро меняются и превышают пороговые значения для работы авиации. Они, как правило, сообщают все параметры AWOS-III, а также имеют дополнительные возможности сообщения температуры и точки росы в градусах Фаренгейта. Погода, обледенение, молния, давление на уровне моря и осадки накопление.

Помимо обслуживания потребностей авиации, ASOS служит основным климатологический сеть наблюдений в Соединенных Штатах, составляя первый заказ сеть климатических станций. Из-за этого не все ASOS расположены в аэропорту; например, один из этих блоков расположен по адресу Замок Бельведер в Центральный парк, Нью-Йорк; другой расположен в Обсерватория Блю-Хилл возле Бостон, Массачусетс.

Автоматизированная система датчиков погоды (AWSS)

FAA преобразовало все автоматизированная система датчиков погоды (AWSS) единиц к единицам AWOS IIIP / T. В США не осталось систем AWSS. Национальная система воздушного пространства (NAS). [2]

Наблюдательное оборудование

Автоматические метеостанции в аэропортах используют разнообразное сложное оборудование для наблюдения за погодой.

Датчик ветра ASOS

Скорость и направление ветра

Большинство старых автоматизированных метеостанций в аэропортах оснащены механическими флюгер и система чашек для измерения скорости и направления ветра. Эта система проста по конструкции: ветер раскручивает три горизонтально повернутых чашки вокруг основания флюгера, обеспечивая оценку скорости ветра, в то время как лопасть наверху поворачивается так, что поверхность лопасти оказывает наименьшее сопротивление ветру. , заставляя его указывать в направлении, откуда дует ветер, и таким образом обеспечивая направление ветра.

Новое поколение датчиков использует звуковые волны для измерения скорости и направления ветра. Измерение основано на времени, необходимом для ультразвуковой пульс путешествовать от одного преобразователь к другому, который варьируется в зависимости, среди прочего, от скорости ветра. Время прохождения измеряется в обоих направлениях для нескольких (обычно двух или трех) пар головок преобразователей. На основе этих результатов датчик вычисляет скорость и направление ветра. По сравнению с механическими датчиками ультразвуковые датчики предлагают несколько преимуществ, таких как отсутствие движущихся частей, расширенные возможности самодиагностики и снижение требований к обслуживанию.

Станции NWS и FAA ASOS и большинство новых установок AWOS в настоящее время оснащены ультразвуковыми датчиками ветра.

В отличие от всех других измерений, которые производятся на высоте от 3 до 9 футов (от 1 до 3 метров) над землей, скорость и направление ветра измеряются на высоте 30 футов (10 метров).

Датчик видимости ASOS

Видимость

Для определения видимости автоматические метеостанции в аэропортах используют один из двух типов датчиков:

Датчик прямого рассеяния использует луч инфракрасного света, который направляется от одного конца датчика к приемнику, но смещен от прямой линии к приемнику на определенный угол. Количество света, рассеянного частицы в воздухе и полученный приемником определяет коэффициент ослабления. Затем это преобразуется в видимость с использованием закона Алларда или Кошмидера.

В трансмиссометре луч видимого света передается от передатчика к головке приемника. Коэффициент экстинкции определяется количеством света, потерянного в воздухе.

Также существуют датчики, которые в определенной степени сочетают трансмиссометр с датчиком прямого рассеяния.

Датчики прямого рассеяния более популярны из-за их более низкой цены, меньшего размера и меньших требований к обслуживанию. Однако трансмиссометры по-прежнему используются в некоторых аэропортах, поскольку они более точны в условиях низкой видимости и являются отказоустойчивыми, то есть в случае сообщения о неисправности видимость ниже фактической.

Датчики тока могут сообщать о видимости в широком диапазоне. Для авиационных целей указанные значения округляются до ближайшего шага в одной из следующих шкал:

  • M1 / 4 (менее 1/4 мили), 1/4, 1/2, 3/4, 1, 1-1 / 4, 1-1 / 2, 2, 2-1 / 2, 3, 4, 5, 7, 10 и 10+ (более 10 миль)
  • С шагом 50 м при видимости менее 800 м; с шагом 100 м при 800 м и более, но менее 5 км; с шагом в километры при видимости 5 км и более, но менее 10 км; и 10 км при видимости 10 км и более.
Датчик текущей погоды ASOS

Текущая погода (падают осадки)

Основная статья: Датчик текущей погоды

Автоматизированные метеостанции в аэропортах используют светодиодный индикатор погоды (LEDWI), чтобы определить, выпадают ли осадки и какого типа. Датчик LEDWI измеряет мерцание характер выпадения осадков через датчик инфракрасный луч (приблизительно 50 миллиметров в диаметре) и определяет на основе анализа структуры размера частиц и скорости падения, являются ли осадки дождь или же снег.[9] Если установлено, что осадки выпадают, но не определено окончательно их характер как дождь или снег, сообщается о неизвестных осадках. Автоматические метеостанции в аэропортах пока не могут сообщать град, ледяная крупа, и различные другие промежуточные формы осадков.

Затмения для зрения

Автоматические метеостанции в аэропортах не имеют отдельного датчика для обнаружения определенных препятствий для зрения. Вместо этого, когда видимость снижается ниже 7 статутные мили, система использует зарегистрированные температуру и точку росы для определения затемнения для зрения. Если относительная влажность низкая (т.е. существует большая разница между температурой и точкой росы), туман сообщается. Если относительная влажность высокая (т.е. небольшая разница между температурой и точкой росы), туман или же туман сообщается, в зависимости от точной видимости. Сообщается о тумане, когда видимость составляет 1/2 мили или меньше; туман сообщается при видимости более 0,5 мили (0,80 км), но менее 7 миль (11 км). Если температура ниже замораживание,[10][11] влажность высокая и видимость не более 1/2 мили, ледяной туман сообщается.[12]

Облакомер ASOS CT12K

Облачность и потолок

На автоматизированных метеостанциях в аэропортах используется направленный вверх лазерный облакомер для определения количества и высоты облаков. В лазер направлен вверх, и время, необходимое для того, чтобы отраженный свет вернулся на станцию, позволяет рассчитать высоту нижней границы облаков. Из-за ограниченной зоны покрытия (лазер может обнаруживать облака только непосредственно над головой), системный компьютер вычисляет усредненную по времени облачность и потолок, о котором сообщается внешним пользователям. Чтобы компенсировать опасность быстрого изменения небесного покрова, усреднение взвешивается в сторону первых 10 минут 30-минутного периода усреднения. Ассортимент облакомер составляет до 7600 м (25 000 футов) в зависимости от модели.[13] Облака выше этой высоты в настоящее время не обнаруживаются автоматическими станциями.

Термометр ASOS HO-1088

Температура и точка росы

Автоматические метеостанции в аэропортах используют датчик температуры / точки росы (гигротермометр ) разработан для непрерывной работы, которая обычно остается включенной постоянно, кроме периода технического обслуживания.

Измерение температуры проще по сравнению с точкой росы. Работая по принципу, согласно которому электрическое сопротивление зависит от температуры, резистивный датчик температуры из платиновой проволоки измеряет температуру окружающего воздуха. Текущий термометр ASOS имеет обозначение HO-1088, хотя в некоторых старых системах все еще используется HO-83.

Датчик точки росы ASOS DTS-1

Напротив, измерение точки росы значительно сложнее. В оригинальном датчике точки росы, установленном в системах ASOS, использовалось охлаждаемое зеркало, охлаждаемое до точки, при которой на поверхности зеркала образовывалась тонкая пленка конденсата. Температура зеркала в этом состоянии равна температуре точки росы. Гигрометр измеряет точку росы, направляя луч света от небольшого инфракрасного диода на поверхность зеркала под углом 45 градусов. Два фото транзисторы установлены таким образом, чтобы они измеряли высокую степень отраженного света, когда зеркало чистое (прямое), и рассеянного света, когда зеркало затемнено из-за видимого конденсата (непрямое). По мере образования конденсата на зеркале степень помутнения поверхности зеркала увеличивается, поскольку прямой транзистор получает меньше света, а непрямой транзистор - больше света. Выходной сигнал этих фототранзисторов управляет модулем охлаждения зеркала, который представляет собой электронный тепловой насос, который работает так же, как термопара в обратном направлении, создавая эффект нагрева или охлаждения. При первом включении датчика зеркало чистое. При понижении температуры поверхности зеркала до температуры точки росы на зеркале образуются конденсаты. Электроника постоянно пытается стабилизировать уровни сигнала усилителя мощности, чтобы поддерживать температуру зеркала на уровне точки росы. Если точка росы воздуха изменяется или контур нарушается из-за шума, контур вносит необходимые корректировки для восстановления стабилизации точки росы и поддержания непрерывной работы.

Из-за проблем с датчиком охлаждаемого зеркала на сайтах NWS ASOS теперь используется датчик Vaisala DTS1, который измеряет влажность только через емкость. Датчик основан на твердотельном емкостном элементе относительной влажности, который включает в себя небольшой нагреватель, поэтому чувствительный элемент всегда находится выше температуры окружающей среды, что исключает образование росы или инея. Датчик сообщает непосредственно точку росы посредством расчета, основанного на измеренной относительной влажности и измеренной температуре нагретого емкостного элемента.[14]

В старых системах AWOS использовался датчик точки росы по хлориду лития. В современных системах AWOS используются емкостные датчики относительной влажности, по которым рассчитывается точка росы.[15]

Блок управления сбором данных ASOS, включая три датчика давления внизу

Барометрическое давление и настройка высотомера

Данные датчика барометрического давления используются для расчета QNH установка высотомера. Пилоты полагаться на это значение, чтобы определить свою высоту. Чтобы обеспечить безопасное отделение от местности и других препятствий, от датчика давления требуется высокая точность и надежность.

Большинство авиационных метеостанций используют два (требуется для AWOS) или три независимых датчика давления. Преобразователи могут использовать или не использовать совместно связанные трубки и внешние порты (спроектированные таким образом, чтобы минимизировать влияние порывов ветра / ветра). Если сообщаемые значения давления отличаются более чем на предварительно установленный максимум, значения давления отбрасываются, а настройки высотомера не сообщаются или указываются как «отсутствующие».

Настройка высотомера рассчитывается на основе атмосферного давления, высоты площадки, высоты датчика и - необязательно - температуры воздуха.

Настройки альтиметра указаны в дюймы ртутного столба (с шагом 0,01 дюйма ртутного столба) или целых гектопаскалей с округлением в меньшую сторону.

ASOS с подогревом осадомер с опрокидывающимся ковшом

Накопление осадков

Первоначально прибор для измерения накопления осадков, используемый для автоматизированных метеостанций в аэропортах, был обогреваемым. опрокидывающийся ковш дождемер. Верхняя часть этого устройства состоит из коллектора диаметром 1 фут (0,30 м) с открытым верхом. Коллектор, который нагревается, чтобы растопить любые замерзшие осадки, такие как снег или град, воронки воды в двухкамерный поворотный контейнер, называемый ведро. Осадки проходят через воронка в одно отделение ведра, пока не накопится 0,01 дюйма (0,25 мм) воды (18,5 грамма). Такой вес заставляет ведро опрокидываться на повороты, сливая собранную воду и перемещая другую камеру под воронку. Опрокидывающее движение активирует выключатель (либо Геркон или ртутный переключатель ), который отправляет один электрические импульс на каждые 0,01 дюйма (0,25 мм) собранных осадков.

Всепогодный датчик накопления осадков (AWPAG) ASOS

Из-за проблем, которые у обогреваемого опрокидывающегося ковша возникают при правильном измерении замерзших осадков (особенно снега) всепогодный датчик накопления осадков (AWPAG) был развит. Этот датчик по сути измеритель веса где осадки непрерывно накапливаются в коллекторе, и по мере увеличения веса регистрируются осадки. Только некоторые подразделения NWS ASOS были оснащены AWPAG.[16]

Датчик замерзающего дождя ASOS

Обледенение (ледяной дождь)

Автоматизированный отчет о погодных станциях в аэропортах ледяной дождь через резонансная частота вибрирующего стержня. Резонансная частота уменьшается с увеличением аккреции (дополнительной массы) лед, иней, ледяной туман, замораживание морось, иней, или мокрый снег.

Чтобы сообщить о ледяном дожде, система объединяет выходной сигнал датчика замерзающего дождя с данными от LEDWI. LEDWI должен обеспечить точную индикацию неизвестных осадков или дождя, прежде чем система сможет передать отчет о ледяном дожде. Если LEDWI сообщает об отсутствии осадков или снега, система проигнорирует входной сигнал от датчика замерзающего дождя. Датчик предназначен для обнаружения и сообщения об обледенении при любых погодных условиях.

Датчик грозы ASOS

Молния (грозы)

Многие автоматизированные метеостанции в аэропортах в США используют Национальная сеть обнаружения молний (NLDN) для обнаружения молнии через автоматическая система обнаружения молний и сообщений (АЛДАРЫ). NLDN использует 106 датчики по всей стране триангулировать удары молнии. Данные из сетки обнаружения поступают в ALDARS, который, в свою очередь, отправляет сообщения на каждую автоматизированную станцию ​​аэропорта, информируя ее о близости любых ударов молнии. Удары молнии в пределах 5 миль (8,0 км) от станции приводят к сообщению о гроза в станция (ТС). Удары молнии на расстоянии более 5 миль (8,0 км), но менее 10 миль (16 км) от станции приводят к сообщению о грозе в окрестностях станции (VCTS). Молния на расстоянии более 10 миль (16 км), но менее 30 миль (48 км) от станции приводит только к примечанию далекая молния (LTG DSNT).[17]

Однако на некоторых станциях теперь есть собственный датчик молнии, который фактически измеряет удары молнии на месте, а не требует внешнего обслуживания. Этот датчик грозы обнаруживает как вспышку света, так и мгновенное изменение электрического поля, создаваемого молнией. Когда оба они обнаруживаются с интервалом в несколько миллисекунд, станция регистрирует возможный удар молнии. Когда второй возможный удар молнии обнаруживается в течение 15 минут после первого, станция фиксирует грозу.[18]

Распространение данных

Распространение данных обычно осуществляется через автоматизированный УКВ Airband радиочастота (108-137 МГц) на каждом аэропорт, вещание автоматизированное наблюдение за погодой. Часто это происходит через автоматическая информационная служба терминала (АТИС). Большинство автоматизированных метеостанций также имеют отдельные номера телефонов для получения данных наблюдений в реальном времени по телефону или через модем.

В Соединенных Штатах система сбора данных AWOS / ASOS (ADAS), компьютерная система, управляемая FAA, опрашивает системы удаленно, получая доступ к наблюдениям и распространяя их по всему миру в электронном виде в METAR формат.

Ограничения, требующие увеличения человека

В настоящее время автоматизированные метеорологические станции в аэропортах не могут сообщать о различных метеорологических условиях. К ним относятся:

  • неглубокий или неоднородный туман
  • дует пыль
  • курить
  • падающий пепел
  • извержения вулканов
  • торнадо
  • осадки не в виде дождя или снега, такие как град, ледяная крупа и снежинки
  • одновременное выпадение нескольких форм осадков
  • глубина нового снегопада
  • общая высота снежного покрова
  • молния в облаке и из облака в облако
  • облака, которые не находятся прямо над станцией
  • облака, которые находятся на высоте более двенадцати тысяч футов над уровнем земли
  • тип облака

Поскольку многие из них могут представлять опасность для самолетов, и все они представляют интерес для метеорологического сообщества, в большинстве наиболее загруженных аэропортов также есть люди-наблюдатели, работающие неполный или полный рабочий день, которые дополняют или предоставляют дополнительную информацию для автоматизированной системы погоды в аэропортах. наблюдения станции. Продолжаются исследования, которые позволят автоматическим станциям обнаружить многие из этих явлений.

Автоматические станции также могут иметь механические поломки, требующие ремонта или замены. Это может быть связано с физическим повреждением (естественным или вызванным человеком), механическим износом или сильным обледенением в зимнюю погоду. Во время сбоев системы от людей-наблюдателей часто требуется дополнять отсутствующие или нерепрезентативные наблюдения с автоматической станции. Также продолжаются исследования по созданию более надежных систем, менее уязвимых к естественным повреждениям, механическому износу и обледенению.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «AC 150 / 5220-16E - Автоматизированные системы наблюдения за погодой (AWOS) для нефедеральных приложений - с изменением 1 - Информация о документе». Faa.gov. Получено 23 мая 2019.
  2. ^ а б "Станции приземных наблюдений за погодой - ASOS / AWOS". Faa.gov. Получено 23 мая 2019.
  3. ^ «SUBJ: Получение и распространение данных наблюдений за погодой» (PDF). Faa.gov. Получено 23 мая 2019.
  4. ^ "Станции приземных наблюдений за погодой - ASOS / AWOS". Faa.gov. Получено 23 мая 2019.
  5. ^ «8260.19H - Правила полета и воздушное пространство - Информация о документах». Faa.gov. Получено 23 мая 2019.
  6. ^ «Покупка, эксплуатация и обслуживание AWOS - аэропорты». www.faa.gov. Получено 2019-11-09.
  7. ^ "Вся погода". Allweatherinc.com. Получено 13 февраля 2013.
  8. ^ «Мезотек». Mesotech.com. Получено 13 февраля 2013.
  9. ^ Уэйд, Чарльз Г. (июнь 2003 г.). «Мультисенсорный подход к обнаружению мороси на ASOS». Журнал атмосферных и океанических технологий. Американское метеорологическое общество. 20 (6): 820. Bibcode:2003JAtOT..20..820Вт. Дои:10.1175 / 1520-0426 (2003) 020 <0820: AMATDD> 2.0.CO; 2. Получено 23 марта, 2020.
  10. ^ «Ледяной туман: определение, причины и опасности». Buzzle.com. Архивировано из оригинал 22 августа 2016 г.. Получено 6 августа 2016.
  11. ^ Исмаил Гултепе (2 января 2008 г.). Туман и облака пограничного слоя: видимость и прогнозирование тумана. Springer Science & Business Media. п. 1127. ISBN  978-3-7643-8419-7. Получено 5 августа 2016.
  12. ^ «ММметар». Meteocentre.com. Получено 6 августа 2016.
  13. ^ "Лазерный облакомер Vaisala CT25K" (PDF). Esrl.com. Vaisala. Получено 30 января 2015.
  14. ^ «НОВЫЙ ДАТЧИК ТОЧКИ РОСЫ С НИЗКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПОВЕРХНОСТЬЮ (ASOS) Национальной службы погоды (NWS)» (PDF). Confex.com. Получено 15 июн 2017.
  15. ^ «Corel Office Document» (PDF). Noaa.gov. Получено 15 июн 2017.
  16. ^ "АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ПОВЕРХНОСТЬЮ (ASOS) ВЫПУСКНАЯ ВЕРСИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ - 2.7B Всепогодный датчик накопления осадков (AWPAG)" (PDF). News.noaa.gov. Получено 2013-07-04.
  17. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал в 2012-10-19. Получено 2011-06-26.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  18. ^ ASOS LIGHTNING ASSESSMENT - Национальная метеорологическая служба, Архив: В архиве 6 июля 2008 г. Wayback Machine

внешняя ссылка