邢麗平，陳 城*，劉 旭，魯禮炳，傅 榮

(1.湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心，武漢 430074；2.湖北省荊州市氣象局，湖北 荊州 434000)

目前氣象部門(mén)使用的三杯式風(fēng)向風(fēng)速傳感器主要由三個(gè)碳纖維風(fēng)杯和一個(gè)風(fēng)標(biāo)組成，由于安裝在室外，受環(huán)境變化的影響較大，在冬季低溫雨雪天氣條件下風(fēng)的觀測(cè)都不同程度地面臨結(jié)冰問(wèn)題，輕者影響風(fēng)的觀測(cè)資料的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重的甚至影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性.通常出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象觀測(cè)人員需到現(xiàn)場(chǎng)解決，如果使用的是風(fēng)桿，只能用長(zhǎng)竹竿敲打使其轉(zhuǎn)動(dòng)，或者將風(fēng)桿放倒后進(jìn)行融冰處理，但仍有可能很快又被凍住.如果傳感器是安裝在距地面10～12 m高的風(fēng)塔上，則需人工攀登風(fēng)塔使用電吹風(fēng)等融冰方法，卻帶來(lái)了攀登安全和不恰當(dāng)除冰等隱患.雖然可以用手持設(shè)備記錄上報(bào)，卻無(wú)法得到連續(xù)的風(fēng)向風(fēng)速記錄，且效率低下.因此如何解決風(fēng)向風(fēng)速傳感器結(jié)冰問(wèn)題成了有關(guān)技術(shù)人員迫切關(guān)心的問(wèn)題.

目前國(guó)內(nèi)曾投入使用過(guò)的具有加熱功能風(fēng)傳感器較少，僅有Vasisala公司的風(fēng)速(WAA151型)和風(fēng)向傳感器(WAV151型)，加熱元件安裝在傳感器旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)，加熱元件多采用環(huán)境條件滿(mǎn)足功率≤4 W，溫度<4 ℃的時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置，風(fēng)傳感器就開(kāi)始加熱，試點(diǎn)站運(yùn)行中，效果并不理想，因?yàn)橹豢紤]溫度為結(jié)凍觸發(fā)條件不夠全面，各地溫濕度差異很大，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi).有研究表明風(fēng)傳感器結(jié)凍是由多個(gè)氣象要素綜合[1-5]引起，主要有：氣溫(-5 ℃～0 ℃)、平均風(fēng)速(≤5 m/s)、相對(duì)濕度(≥80%)，當(dāng)伴隨雪或雨夾雪、雨凇或霧凇、大霧或輕霧等天氣現(xiàn)象時(shí)容易出現(xiàn)結(jié)凍現(xiàn)象[6].國(guó)家自動(dòng)氣象站裝配的風(fēng)傳感器主要有DZZ5、ZQZ-CII及EL15-2等多種型號(hào)，均屬于金屬殼體轉(zhuǎn)動(dòng)型風(fēng)傳感器，缺乏防凍設(shè)計(jì)，在低溫雨雪期間風(fēng)傳感器易出現(xiàn)被雨雪凍住情況.近年來(lái)在全國(guó)范圍內(nèi)，自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器冬季凍結(jié)已呈現(xiàn)出“范圍廣、次數(shù)多、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)”等特點(diǎn).各省同行結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r開(kāi)展了相關(guān)[7-8]的分析及預(yù)防研究試驗(yàn).綜合歸納有5種防冰解凍方法：在風(fēng)杯和風(fēng)向傳感器的軸承處，及風(fēng)向風(fēng)速傳感器與風(fēng)桿連接處均纏繞保溫棉，避免結(jié)凍；傳統(tǒng)涂抹防凍油或防凍液，防止傳感器凍結(jié)；新增風(fēng)橫臂加熱器，通過(guò)保持一定溫度范圍，使傳感器不致被凍結(jié)；紅外燈照射、電熱絲加熱以及利用云母加熱片.但由于我國(guó)地域遼闊、地理環(huán)境復(fù)雜，氣候條件差異大，因此，目前市場(chǎng)上還沒(méi)有能解決全國(guó)范圍內(nèi)此類(lèi)問(wèn)題的相關(guān)產(chǎn)品.

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

針對(duì)我省現(xiàn)狀，近年來(lái)每逢冬季湖北省內(nèi)各類(lèi)國(guó)家氣象站風(fēng)傳感器凍結(jié)嚴(yán)重，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量影響較大.據(jù)統(tǒng)計(jì)2016年11月至2018年3月2個(gè)冬季時(shí)段內(nèi)，全省82個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站共有54個(gè)出現(xiàn)了風(fēng)傳感器凍結(jié)現(xiàn)象，凍結(jié)次數(shù)達(dá)到109次.為保證自動(dòng)氣象站風(fēng)要素實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，亟待研制發(fā)一種風(fēng)向風(fēng)速傳感器防凍裝置供日常業(yè)務(wù)使用.

考慮到觀測(cè)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，通過(guò)預(yù)設(shè)工作溫度、加熱材料啟動(dòng)/停止溫度閾值，適用于不同地域、不同環(huán)境條件、不同觀測(cè)設(shè)備下風(fēng)傳感器防凍，確保在低溫、高濕等復(fù)雜氣象條件下按照設(shè)定條件控制該裝置(安裝在風(fēng)傳感器風(fēng)杯軸承)自動(dòng)循環(huán)加熱，持續(xù)保持一個(gè)預(yù)定的溫度范圍，防止風(fēng)傳感器轉(zhuǎn)軸凍結(jié).系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)除滿(mǎn)足手動(dòng)面板操作設(shè)置，還具備遠(yuǎn)程設(shè)置和監(jiān)控分析，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖1所示.

圖1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The structure diagram of the control system

2 防凍裝置子站設(shè)計(jì)

智能防凍裝置結(jié)構(gòu)組成圖2所示，包括智能控制模塊、加熱模塊和線(xiàn)纜三部分組成，控制模塊具備數(shù)據(jù)采集、電源控制功能；加熱單元具備保溫、防水、防曬、防靜電等戶(hù)外工作特性；線(xiàn)纜具備將傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)電平信號(hào)通信功能.袁佰順[9]自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器防凍控制電路設(shè)計(jì)；孫文良[10]自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器加熱器的研制與實(shí)現(xiàn)，都是防凍裝置內(nèi)嵌單片機(jī)，根據(jù)提取的自動(dòng)站觀測(cè)實(shí)時(shí)要素指標(biāo)，預(yù)設(shè)近似等于(>≠)冰點(diǎn)時(shí)，控制電路通訊口發(fā)出指令，裝置開(kāi)始工作[11]；此時(shí)云母片溫度傳感器<啟動(dòng)溫度(下限閾值)-開(kāi)始加熱-云母片溫度傳感器持續(xù)增溫≧停止溫度(上限閾值)-停止加熱-云母片溫度傳感器持續(xù)降溫≦啟動(dòng)溫度(下限閾值)，如此循環(huán)加熱防止凍結(jié).

圖2 智能防凍裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The structure diagram of the intelligent anti-freezing device

1) 控制單元：用于在采集的觀測(cè)場(chǎng)環(huán)境溫度，判斷是否滿(mǎn)足氣象冰點(diǎn)條件，裝置開(kāi)始工作.主要由單片機(jī)進(jìn)行智能控制.單片機(jī)程序主要有參數(shù)設(shè)定、顯示面板、設(shè)置控制、加熱控制等人機(jī)交互功能.

2) 加熱單元：與控制器連接，由2個(gè)加熱環(huán)(溫度傳感器和加熱纏繞帶組成)組成，分別附著在風(fēng)向和風(fēng)速傳感器的轉(zhuǎn)軸上，加熱帶與溫度傳感器通過(guò)絕緣層、絕熱層物理隔離.溫度傳感器用以感應(yīng)風(fēng)傳感器實(shí)際溫度，比較實(shí)時(shí)采集大氣的環(huán)境數(shù)據(jù)控制加熱帶，通過(guò)熱傳導(dǎo)材料云母片對(duì)風(fēng)傳感器外殼進(jìn)行加熱.

3) 線(xiàn)纜：由兩組電源線(xiàn)分別給風(fēng)向和風(fēng)速傳感器上加熱環(huán)提供交流輸入、溫度數(shù)據(jù)線(xiàn)連接溫度傳感器將溫度信號(hào)反饋控制單元.

2.1 控制模塊設(shè)計(jì)

模塊主要由單片機(jī)進(jìn)行智能控制，單片機(jī)上電后，開(kāi)始循環(huán)讀取溫度傳感器和濕度傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)比設(shè)置的溫度閾值，一旦達(dá)到設(shè)定的下限值，單片機(jī)發(fā)出控制指令，繼電器閉合啟動(dòng)加熱電路工作.在加熱的同時(shí)定時(shí)采集溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，大于預(yù)設(shè)上限閾值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，繼電器斷開(kāi)，關(guān)閉加熱狀態(tài)，加熱環(huán)開(kāi)始降溫.裝置具有動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)置鍵功能，單片機(jī)一旦讀到設(shè)置鍵被按動(dòng)，立即進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)調(diào)整啟動(dòng)的溫濕度值，調(diào)節(jié)到合理經(jīng)驗(yàn)值，按下確認(rèn)鍵即可.經(jīng)驗(yàn)值調(diào)節(jié)根據(jù)不同觀測(cè)站氣象條件、裝置能耗(頻繁啟停)、壽命(加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng))等綜合因素確定的.該鍵值一旦刷新，單片機(jī)按照新設(shè)置控制加熱電路[12].監(jiān)控軟件頁(yè)面上通過(guò)人機(jī)交互，同樣可以在任意時(shí)刻設(shè)置啟動(dòng)停止條件.

2.2 加熱模塊設(shè)計(jì)

模塊一部分采用商用傳感器一部分采用自研裝置組成(加熱帶)，傳感器和加熱帶纏繞一體，均通過(guò)層疊的絕緣層和絕熱層貼合安裝在加熱環(huán)的內(nèi)側(cè)，加熱環(huán)套裝在風(fēng)傳感器外圍與加熱環(huán)合并構(gòu)成一體，采用“卡扣”方式固定在風(fēng)傳感器外圍，通過(guò)電源線(xiàn)連接在智能控制器的輸出端上；溫度傳感器和濕度傳感器還分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)連接智能控制器的輸入端.當(dāng)判斷溫度和濕度滿(mǎn)足結(jié)冰條件時(shí)，云母加熱片，同時(shí)根據(jù)控制模塊發(fā)出指令，實(shí)時(shí)采集風(fēng)傳感器外殼的溫度，當(dāng)外殼溫度低于/高于閾值時(shí)，啟動(dòng)/停止加熱.通過(guò)外殼溫度判斷加熱片是否增溫或降溫.

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)除滿(mǎn)足手動(dòng)設(shè)置，還具備遠(yuǎn)程設(shè)置和監(jiān)控分析，通過(guò)CIMISS獲取要素?cái)?shù)據(jù)[13-14]實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟停控制循環(huán)加熱.基于B/S框架設(shè)計(jì)采用C#、Java編程，平臺(tái)主要功能：環(huán)境監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)程控制等功能[15].應(yīng)用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口讀取顯示包括站號(hào)、時(shí)間、經(jīng)緯度、溫濕度等要素，以及按地區(qū)檢索、某一時(shí)間段溫濕度曲線(xiàn)，圖3監(jiān)控平臺(tái)主界面，可顯示所有入網(wǎng)防凍裝置自動(dòng)氣象站溫濕風(fēng)狀態(tài)，左側(cè)氣象站名站號(hào)，右側(cè)氣象站實(shí)時(shí)氣象溫度和濕度數(shù)據(jù)及變化曲線(xiàn)，監(jiān)視防凍裝置系統(tǒng)是否正常工作.當(dāng)滿(mǎn)足預(yù)設(shè)值時(shí)，點(diǎn)擊界面“啟動(dòng)”按鈕，遠(yuǎn)程防凍裝置開(kāi)始工作.根據(jù)加熱環(huán)溫度傳感器和濕度傳感器，檢測(cè)到的風(fēng)向風(fēng)速傳感器表面的溫度和濕度，控制加熱環(huán)加熱或停止加熱，實(shí)時(shí)氣溫、濕度和傳感器外殼溫度可在裝置顯示屏上顯示，同時(shí)通過(guò)通訊模塊(SIM7600CE)數(shù)據(jù)傳輸接口，上傳到遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的控制指令傳輸?shù)窖b置上.實(shí)現(xiàn)所有入網(wǎng)裝置[16]的遠(yuǎn)程監(jiān)控.

2014年春節(jié)之后，60歲的二哥為了減少自己的壓力，為了避免家族企業(yè)利益與情感的沖突期，感到應(yīng)該是自己退出職場(chǎng)的時(shí)候了，他沒(méi)有考慮退休后的生活保障，沒(méi)有要任何錢(qián)，無(wú)條件退出傾注自己心血與汗水的工作平臺(tái)。

圖3 監(jiān)控軟件主頁(yè)Fig.3 The home page of the surveillance software

監(jiān)控主頁(yè)：展示所有防凍裝置自動(dòng)站的運(yùn)行狀態(tài)，所在氣象站實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，各站點(diǎn)數(shù)據(jù)狀態(tài)，可定時(shí)刷新.

站點(diǎn)控制：用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站防凍裝置的工作狀態(tài)遠(yuǎn)程控制.防凍裝置自動(dòng)站狀態(tài)按顏色顯示(黃色；異常，綠色：?jiǎn)?dòng))，點(diǎn)擊控制按鈕后，實(shí)時(shí)顯示防凍裝置子站工作狀態(tài).

參數(shù)設(shè)定：可以設(shè)置站點(diǎn)裝置工作溫度、濕度的、加熱環(huán)啟停閾值，并根據(jù)閾值預(yù)計(jì)觀測(cè)站風(fēng)向風(fēng)速傳感器轉(zhuǎn)軸是否結(jié)冰.氣象結(jié)冰條件：裝置工作溫度閾值>環(huán)境冰點(diǎn)臨界值&裝置濕度閾值<環(huán)境濕度；轉(zhuǎn)軸結(jié)冰：加熱環(huán)溫度閾值>加熱環(huán)實(shí)際溫度&加熱環(huán)濕度閾值<加熱環(huán)實(shí)際濕度，此時(shí)可遠(yuǎn)程開(kāi)啟或者關(guān)閉風(fēng)傳感器防凍裝置，達(dá)到風(fēng)傳感器解凍的目的.

歷史查詢(xún)：針對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)訪(fǎng)問(wèn)方式，通過(guò)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口(MUSIC)訪(fǎng)問(wèn)CIMISS數(shù)據(jù)庫(kù)檢索獲取小時(shí)、分鐘數(shù)據(jù)[17].

4 智能控制設(shè)計(jì)

針對(duì)防止風(fēng)傳感器凍結(jié)最為有效的即電加熱方法[18-19].考慮自動(dòng)氣象站安裝位置、海拔高度以及氣溫、濕度等環(huán)境條件不同，結(jié)冰條件存在差異，圍繞設(shè)計(jì)智能可調(diào)參數(shù)控制加熱啟動(dòng)和停止，維持一定溫度范圍，選取科學(xué)合理閾值開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究.

4.1 導(dǎo)熱材料

在熱傳導(dǎo)性、穩(wěn)定性、抗熱衰減性、抗干擾性等方面對(duì)選用導(dǎo)熱材料進(jìn)行比較，主要有4種(云母、陶瓷、鑄鋁、硅膠)，通過(guò)綜合評(píng)定分析，采用絕緣性能好、耐高溫、重量輕、體積小、功率大、成本低云母加熱片，可設(shè)計(jì)成各種形狀.非常適合用于加熱風(fēng)傳感器外殼[20].

4.2 雙電源輸入

由于冬季空氣環(huán)境溫度偏低，若要使風(fēng)傳感器維持一定溫度不致凍結(jié)，確保風(fēng)傳感器保護(hù)罩與殼體的正常旋轉(zhuǎn)，則需較大的加熱功率，通常采用交流供電加熱，考慮區(qū)域氣象站交流供電困難、無(wú)人維護(hù)等野外環(huán)境差的條件，開(kāi)展雙電源輸入供電嘗試.利用區(qū)域氣象站自帶12.8 V直流電壓太陽(yáng)能電池板，在馬橋區(qū)域氣象觀測(cè)站開(kāi)展試驗(yàn)[21]，發(fā)現(xiàn)無(wú)需人工干預(yù)實(shí)際時(shí)長(zhǎng)72 h，遠(yuǎn)超蓄電池輸出功率計(jì)算理論值35 h.

4.3 智能控制

輸入裝置(鍵盤(pán)、模式選擇開(kāi)關(guān))與控制器連接，用于向控制器輸入控制指令，設(shè)計(jì)自動(dòng)/手動(dòng)模式，顯示屏顯示鍵盤(pán)設(shè)置空氣溫度、濕度、外殼溫度的閾值，環(huán)境傳感器實(shí)時(shí)采集大氣溫度和濕度數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口連接控制器和外界設(shè)備，用于與外界設(shè)備交換數(shù)據(jù)[22-23].

自動(dòng)模式開(kāi)啟時(shí)，智能電源模塊接收遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)的控制指令，上傳采集溫濕度數(shù)據(jù)或智能控制加熱器工作狀態(tài).通過(guò)接收遠(yuǎn)程控制命令、采集加熱環(huán)工作狀態(tài)、蓄電池電壓等，完成監(jiān)控平臺(tái)遠(yuǎn)程啟動(dòng).

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)程為：設(shè)置云母片加熱工作溫度32 ℃～45 ℃的范圍裝置正常工作.當(dāng)溫度≤32 ℃時(shí)，繼電器吸合，外部負(fù)載開(kāi)始加熱，開(kāi)始增溫上升到≥45 ℃時(shí)，輸出斷開(kāi)；開(kāi)始降溫下降到≤32 ℃時(shí)，繼電器吸合，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)風(fēng)傳感器的加熱.當(dāng)加熱工作模式加熱至停止溫度時(shí)，設(shè)備自動(dòng)處于待機(jī)狀態(tài)，自然冷卻，等待下一次啟動(dòng)，自動(dòng)進(jìn)入加熱模式.啟停溫度范圍設(shè)計(jì)方法也即外場(chǎng)裝置應(yīng)用技術(shù)方法.溫度顯示屏線(xiàn)路如圖4所示.

圖4 溫度顯示屏線(xiàn)路圖Fig.4 The circuit diagram of temperature display

5 應(yīng)用檢驗(yàn)

5.1 防凍裝置安裝

在荊州國(guó)家基本氣象站部署風(fēng)傳感器防凍裝置，防凍裝置安裝在觀測(cè)場(chǎng)風(fēng)塔上，加熱線(xiàn)圈安裝在風(fēng)傳感器支架上，裝置安裝在氣象觀測(cè)場(chǎng)風(fēng)塔處，感應(yīng)探頭和加熱圈固定于風(fēng)塔右側(cè)備份風(fēng)向風(fēng)速傳感器(圖5右側(cè))之上，與另一套主用自動(dòng)站風(fēng)向風(fēng)速傳感器(圖5左側(cè))進(jìn)行對(duì)比.

圖5 風(fēng)傳感器防凍裝置安裝圖Fig.5 The overall perspective of the intelligent anti-freezing device

5.2 一次應(yīng)用檢驗(yàn)

結(jié)合荊州地區(qū)2019年2月7日至11日一次凍雨天氣過(guò)程，考慮備份系統(tǒng)(無(wú)錫)觀測(cè)站服務(wù)器數(shù)據(jù)和本站(華云)CIMISS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，荊州站本站未防凍數(shù)據(jù)通過(guò)MUSIC獲取，有防凍數(shù)據(jù)在觀測(cè)站服務(wù)器讀取.期間有防凍和未防凍氣溫、相對(duì)濕度變化以及自動(dòng)氣象站風(fēng)向、風(fēng)速變化趨勢(shì)如圖6～圖9.表明防凍裝置有效防止了自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器凍結(jié)，保證了數(shù)據(jù)連續(xù)性.CIMISS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為遠(yuǎn)程啟停控制防凍裝置加熱提供了數(shù)據(jù)支撐.

圖6給出的是7日10時(shí)至12日2時(shí)的兩組風(fēng)速傳感器變化曲線(xiàn)，可以看出：未防凍處理的風(fēng)速傳感器在7日22時(shí)躍變?yōu)?，且長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)不變，11日14時(shí)后有不為0的風(fēng)速值，可判斷7日22時(shí)至11日14時(shí)風(fēng)速傳感器已凍結(jié)，經(jīng)防凍處理的風(fēng)速傳感器在凍結(jié)期間及其前后12 h保持連續(xù)的變化曲線(xiàn).

圖6 2 min風(fēng)速對(duì)比分析圖Fig.6 The comparative analysis diagram of two-minute average wind speed

圖7給出的是同時(shí)間段兩組風(fēng)向傳感器風(fēng)向變化曲線(xiàn)，同樣可以得出相似結(jié)論.表明智能加熱控制器在該凍雨天氣過(guò)程中，起到了很好的防凍結(jié)作用，保證了風(fēng)傳感器的正常工作及風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性.

圖7 2 min風(fēng)向?qū)Ρ确治鰣DFig.7 The comparative analysis diagram of two-minute average wind direction

圖8～圖9給出7日22時(shí)開(kāi)始風(fēng)速0值時(shí)，兩組氣溫和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)的變化曲線(xiàn)，表明有防凍時(shí)，CIMISS和備份系統(tǒng)低溫高濕數(shù)據(jù)的吻合狀態(tài)，在啟動(dòng)和停止時(shí)高度吻合，為遠(yuǎn)程啟動(dòng)裝置提供依據(jù).

圖8 2 min風(fēng)速0值時(shí)氣溫對(duì)比分析圖Fig.8 The comparative analysis diagram of the temperature when two-minute average wind speed is 0

圖9 2 min風(fēng)速0值時(shí)相對(duì)濕度對(duì)比分析圖Fig.9 The comparative analysis diagram of the humidity when two-minute average wind speed is 0

圖10給出了7日10時(shí)至12日2時(shí)的2 min平均風(fēng)速CIMISS標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了2月7日至11日一次凍雨天氣過(guò)程，有風(fēng)傳感器防凍裝置荊州本站，其風(fēng)速數(shù)據(jù)的連續(xù)性.

圖10 2 min風(fēng)速變化圖Fig.10 The variation diagram of two-minute average wind speed

6 結(jié)語(yǔ)

從2017年開(kāi)始從導(dǎo)熱材質(zhì)野外適用、能耗、材料保溫、材料發(fā)熱影響使用壽命以及裝置穩(wěn)定性、抗干擾性等方面開(kāi)展了調(diào)研試驗(yàn)，并獲得2項(xiàng)國(guó)家實(shí)用型專(zhuān)利.2019年在荊州國(guó)家氣象觀測(cè)站自動(dòng)氣象站安裝，至今運(yùn)行正常.2019年低溫雨雪期間有效防止了自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器的凍結(jié)，保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性.2018年11月至2020年3月2個(gè)冬季時(shí)段內(nèi)(2019年底開(kāi)始批量部署)，全省82個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站風(fēng)傳感器凍結(jié)現(xiàn)象臺(tái)站數(shù)量、凍結(jié)次數(shù)均大幅下降(13個(gè)臺(tái)站、59次).截止2020年7月該裝置已在全省22個(gè)國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站安裝運(yùn)行.然而試驗(yàn)數(shù)據(jù)只是一次應(yīng)用檢驗(yàn)[24-25]，仍有大量的研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證工作，需要進(jìn)一步積累各種不同覆冰的氣象條件下，確定溫控融凍的臨界指標(biāo)，如加熱啟動(dòng)停止控制、遠(yuǎn)程啟動(dòng)停止?jié)穸鹊呐卸ㄖ笜?biāo)，減少無(wú)用的加熱啟動(dòng)頻次，降低系統(tǒng)運(yùn)行功耗.條件具備時(shí)可推廣到偏遠(yuǎn)無(wú)人值守的區(qū)域[26]自動(dòng)站觀測(cè)場(chǎng)所.