芮建文，李 娜，芮建梅

(新疆維吾爾自治區(qū)哈密市氣象局，新疆 哈密 839000)

0 引言

地面氣象觀測是氣象工作的基礎(chǔ)[1]，科技的發(fā)展讓地面氣象觀測方式發(fā)生了質(zhì)的改變，由人工觀測逐步過渡為全自動觀測。20世紀80年代夏普PC-1500袖珍計算機走進了各業(yè)務(wù)臺站，實現(xiàn)了地面氣象觀測向半自動化的邁進。90年代286型計算機的到來和AHDM地面氣象測報軟件使用，加快了氣象觀測數(shù)據(jù)微機自動化處理的進程。2004年1月1日，哈密局所屬臺站啟用了無錫ZQZ-CⅡ型自動氣象站，率先實現(xiàn)氣壓、溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、液態(tài)降水、淺層深層地溫等氣象要素的觀測自動化，地面氣象觀測實現(xiàn)了歷史性的跨越。2005年1月1日，OSSMO2004版地面氣象測報業(yè)務(wù)軟件正式啟用，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)文件調(diào)取、資料整理、數(shù)據(jù)文件上傳[2]，極大減輕了業(yè)務(wù)人員的工作壓力和工作強度，提高了工作效率。

隨著中國氣象局的布局，十三間房氣象站2015年1月1日起正式使用DZZ4型自動氣象站，并啟用全國版ISOS地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件；2017年8月24日啟用集成版ISOS軟件(即BUFR版)；2020年11月4日啟用Ver3.0.2.615版地面綜合觀測業(yè)務(wù)ISOS軟件(以下簡稱多溫多雨版ISOS軟件)。張志龍[3]、宋中玲等[4]對ISOS軟件的使用技巧進行了探討；王力等[5]、唐嘉佩等[6]對不同版本的業(yè)務(wù)軟件進行了差異分析；劉德強等[7]、李寶林[8]對集成版軟件應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題及處理方法進行了匯總。由于多溫多雨版ISOS軟件應(yīng)用時間較短，臺站業(yè)務(wù)人員對其軟件的功能和使用技巧略顯生疏，本文結(jié)合工作實際，介紹了多溫多雨版ISOS軟件在架構(gòu)核心、業(yè)務(wù)應(yīng)用、應(yīng)急處理和日常使用等方面的應(yīng)用技巧和注意事項，為廣大氣象工作者提供一定的參考和借鑒。

1 多溫多雨版ISOS軟件簡介

多溫多雨版ISOS軟件是在集成版ISOS軟件基礎(chǔ)上繼續(xù)保留地面分鐘、小時數(shù)據(jù)，輻射分鐘、小時數(shù)據(jù)，雨滴譜，狀態(tài)數(shù)據(jù)的BUFR數(shù)據(jù)格式傳輸，同時調(diào)整了項目掛接設(shè)置、文件格式、數(shù)據(jù)庫表及數(shù)據(jù)讀取質(zhì)控規(guī)則，滿足新型自動氣象站接入氣溫、降水多傳感器標準系統(tǒng)的需求(觀測場內(nèi)安置3支氣溫傳感器、3個SL3-1翻斗式雨量傳感器，區(qū)別于以往的單氣溫單雨量傳感器)，實現(xiàn)凍土、酸雨、天氣現(xiàn)象視頻智能觀測設(shè)備的掛接，對氣溫、降水、酸雨、凍土、天氣現(xiàn)象視頻智能觀測數(shù)據(jù)自動判斷和自動質(zhì)控，為全面實現(xiàn)地面觀測自動化打下堅實基礎(chǔ)。

1.1 多溫多雨版ISOS軟件架構(gòu)核心

多溫多雨版ISOS軟件作為最新的地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件，其通過氣溫、降水多傳感器標準控制器，實現(xiàn)3支氣溫傳感器和3個翻斗式雨量傳感器的融合算法，輸出氣溫和雨量相應(yīng)的傳輸值、觀測值、標準值及設(shè)備工作狀態(tài)等。其架構(gòu)核心如圖1。

圖1 多氣溫及降水傳感器架構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of multi-temperature and multi-precipitation sensor architecture

1.2 氣溫、降水多傳感器標準控制器的工作原理

氣溫多傳感器標準控制器將3支氣溫傳感器采集的觀測數(shù)據(jù)，通過標準控制算法和監(jiān)控算法計算為標準值。其選取氣溫傳感器I的測量結(jié)果作為主站數(shù)據(jù)源，氣溫傳感器II和III的測量結(jié)果作為熱備份數(shù)據(jù)源，將3個傳感器的測量結(jié)果與標準值進行比對，若超出閾值±0.3 ℃，ISOS軟件自動報警并輸出相應(yīng)狀態(tài)碼。當(dāng)主站氣溫數(shù)據(jù)異常，標準控制器將自動切換至下一個狀態(tài)正常的熱備份氣溫數(shù)據(jù)源，切換順序為氣溫傳感器I、II、III、I依次切換，根據(jù)氣溫數(shù)據(jù)源形成氣溫傳輸值序列，若標準值缺測或3支溫度傳感器均超出閾值，則傳輸值記為缺測，并輸出相應(yīng)狀態(tài)碼，與降水多傳感器原理同理。

1.3 多溫多雨版ISOS軟件參數(shù)設(shè)置

多溫多雨版ISOS軟件新增氣溫、降水多傳感器標準控制器、多溫多雨傳感器等設(shè)備的掛接。在硬件環(huán)境改造搭建完善的前提下，待軟件安裝完畢后，針對各臺站具體的觀測任務(wù)及設(shè)備情況逐一進行參數(shù)設(shè)置及觀測項目掛接。例如某基準站新增多溫多雨傳感器設(shè)備，其參數(shù)掛接如圖2所示。

圖2 氣溫、降水多傳感器參數(shù)掛接設(shè)置Fig.2 Multi-sensor parameter hookup settings for temperature and precipitation

2 多溫多雨版ISOS軟件的業(yè)務(wù)應(yīng)用

為全面實現(xiàn)氣象觀測現(xiàn)代化要求，地面綜合觀測業(yè)務(wù)軟件從OSSMO2004版上線后不斷地修訂、升級，歷經(jīng)數(shù)十次[9]，直到目前最新多溫多雨版ISOS軟件，其軟件功能已相當(dāng)完善。業(yè)務(wù)員要緊跟時代步伐，熟練掌握軟件的各種功能和使用技巧。

2.1 軟件運行主界面

多溫多雨版ISOS軟件運行主界面簡單、直觀、清晰地展示了整個地面觀測業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)。軟件主界面主要由主菜單欄、觀測項目掛接區(qū)和功能操作區(qū)3大部分組成。

2.1.1 主菜單欄 包括實時觀測、自定觀測項目、查詢與處理、設(shè)備管理、參數(shù)設(shè)置、計量信息、幫助等7個菜單項，方便對軟件進行各項管理。

2.1.2 觀測項目掛接區(qū) 處于軟件運行主界面左側(cè)區(qū)域，呈樹狀結(jié)構(gòu)。通過該區(qū)域，業(yè)務(wù)值班員可以清晰看出在用、停用傳感器；獨立、非獨立掛接設(shè)備。鼠標右鍵可查看傳感器工作狀態(tài)、測量范圍和質(zhì)控參數(shù)等，也可對該傳感器進行維護、停用、標定等操作。

2.1.3 功能操作區(qū) 該區(qū)包括首頁、質(zhì)控警告、報警信息、要素顯示、實時觀測和測報通信與監(jiān)控等6個標簽頁及常規(guī)要素實時數(shù)據(jù)顯示區(qū)域、數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息區(qū)域、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控區(qū)域，3個區(qū)域信息每分鐘自動刷新。

2.2 軟件報警功能的應(yīng)用

ISOS軟件自帶報警設(shè)置功能，點擊主菜單欄參數(shù)設(shè)置→報警設(shè)置，可對環(huán)境、流程、質(zhì)控、災(zāi)害、狀態(tài)等5個方面進行報警功能設(shè)置，臺站應(yīng)對其進行合理的設(shè)置，通過外接音箱設(shè)備和加載音樂文件，使其發(fā)揮報警提醒功能，減少工作中的疏漏(本文僅以蒸發(fā)水位設(shè)置為例，具體見圖3)。質(zhì)控警告和報警信息標簽頁則顯示了警告、報警相關(guān)具體內(nèi)容，臺站業(yè)務(wù)人員應(yīng)定期做好數(shù)據(jù)參數(shù)的備份、導(dǎo)入導(dǎo)出、更新及校對，當(dāng)軟件發(fā)出報警聲音提醒時，業(yè)務(wù)人員要及時查看報警內(nèi)容并視情況進行故障判定與處理。

圖3 蒸發(fā)水位閾值報警參數(shù)具體設(shè)置Fig.3 Evaporative water level threshold alarm parameters specific settings

3 應(yīng)急處理和日常使用技巧

為應(yīng)對業(yè)務(wù)運行中由硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)故障等造成不可控現(xiàn)象的發(fā)生，臺站應(yīng)制訂相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，在日常工作中加強應(yīng)急演練，提高業(yè)務(wù)值班員的業(yè)務(wù)水平。

3.1 硬件故障及處理方法

3.1.1 全部數(shù)據(jù)顯示缺測、采集失敗 首先全部數(shù)據(jù)缺測，要保證諸多采集器同時故障的可能性幾乎為零，第一時間排除了采集器異常的可能性；其次獨立掛接設(shè)備的數(shù)據(jù)也全部顯示缺測而它們之間的數(shù)據(jù)通道互不影響，排除了主采集器和串口服務(wù)器的故障；將主站計算機更換到備份機后，數(shù)據(jù)顯示仍不正常，排除計算機及軟件故障，重點排查串口服務(wù)器至計算機的通訊線路、室內(nèi)室外的通訊轉(zhuǎn)化模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊是否異常，問題即可解決。

3.1.2 部分數(shù)據(jù)顯示缺測、采集失敗 部分數(shù)據(jù)顯示正常，排除了計算機與ISOS軟件的問題。依據(jù)故障排除由簡到難、逐個排除、對等替換的原則，對故障現(xiàn)象進行逐一排查。首先檢查計算機通訊端口連接是否牢固，重啟計算機與業(yè)務(wù)軟件；若故障依舊，此時業(yè)務(wù)人員應(yīng)重點排查串口服務(wù)器至計算機的通訊線路，若線路一切正常，則獨立掛接設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)顯示正常；再排查采集器至串口服務(wù)器之間的通訊線路，若線路有問題，則常規(guī)氣象要素應(yīng)全部顯示缺測，如果部分要素有數(shù)據(jù)，則明確判斷某一傳感器故障，采取替換處理問題即可解決。另外，CF卡存儲空間過滿也會導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法寫入的情況發(fā)生，業(yè)務(wù)人員要隨時對CF卡剩余空間進行監(jiān)控并定期進行清理，確保有足夠的剩余空間。

3.2 計算機藍屏、黑屏、死機、軟件卡死情況下BUFR數(shù)據(jù)補發(fā)

多溫多雨版ISOS軟件除了地面小時、分鐘、雨滴譜等BUFR數(shù)據(jù)文件上傳，還實現(xiàn)氣溫、降水、凍土、天氣現(xiàn)象視頻智能觀測數(shù)據(jù)自動判斷、質(zhì)控及上傳，導(dǎo)致軟件需要處理大量的數(shù)據(jù)，無形中增加了計算機的負擔(dān)，目前臺站業(yè)務(wù)計算機的配置普遍都不高，加大了出現(xiàn)以上問題的概率。

以某基準站2020年11月5日的數(shù)據(jù)為例：12時48分電腦藍屏(值班員13時05分查看數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)異常)，造成BUFR分鐘數(shù)據(jù)(12時48分—13時07分)、13時正點數(shù)據(jù)全部上傳失敗，MDOS和ASOM均未入庫。BUFR數(shù)據(jù)補發(fā)方法具體如下：

①重啟電腦→打開ISOS業(yè)務(wù)軟件→數(shù)據(jù)下載→下載歷史數(shù)據(jù)→選中新型自動站串口處理、能見度串口處理、天氣現(xiàn)象串口處理、日照串口處理、智能視頻觀測儀串口處理、凍土串口處理→覆蓋正常數(shù)據(jù)→選擇開始時間12時45分和結(jié)束時間13時10分(保險起見將時間區(qū)間擴大一些)→點擊開始下載(具體設(shè)置見圖4)，下載完畢后點擊計算機→D盤→ISOS→bin→send→sendbak→打開A.0001.0043.R005目錄→選擇并打開2020-11-05文件夾→選中Z_SURF_I_51234_20201105050000_O_AWS-MM_FTM.BIN文件→拷貝至D盤/ISOS/bin/send/Data文件夾中。由于MDOS和ASOM入庫規(guī)則，必須上傳原始的正點數(shù)據(jù)文件，否則再多的更正報也無法入庫。

圖4 手動下載歷史數(shù)據(jù)設(shè)置界面Fig.4 Settings interface for manually downloading historical data

②打開正點質(zhì)控界面→選擇正確的日期及時間→點擊自動補調(diào)(分鐘、小時)數(shù)據(jù)→仔細校對數(shù)據(jù)后重新質(zhì)控形成13時正點CCA數(shù)據(jù)文件→軟件自動上傳→數(shù)據(jù)查詢(MDOS中CCA文件及ASOM是否入庫)。

③點擊ISOS功能操作區(qū)中測報通信與監(jiān)控標簽頁→BUFR數(shù)據(jù)發(fā)送標簽頁→地面分鐘標簽頁→點擊“BUFR數(shù)據(jù)補發(fā)”按鈕→彈出BUFR數(shù)據(jù)補發(fā)窗口→設(shè)定補發(fā)時間段2020年11月5日12時40分—2020年11月5日13時10分(此處時間區(qū)間≥故障時間段即可)→點擊“獲取補發(fā)文件”按鈕→獲取得到故障期間應(yīng)該形成的BUFR數(shù)據(jù)文件→點擊“確認發(fā)送”按鈕，軟件自動上傳。

④上報業(yè)務(wù)故障單至市局、省局業(yè)務(wù)相關(guān)管理部門；并查看MDOS系統(tǒng)是否有疑誤信息反饋，如有則立即處理。

3.3 BUFR數(shù)據(jù)文件積壓的處理方法

現(xiàn)階段，新疆局下屬有人值守臺站均已實現(xiàn)氣象專線在網(wǎng)絡(luò)故障時自動切換，加上北斗系統(tǒng)的應(yīng)用，因網(wǎng)絡(luò)不通造成BUFR數(shù)據(jù)無法上傳的情況基本不會發(fā)生。臺站傳輸客戶端軟件負責(zé)ISOS中BUFR數(shù)據(jù)文件傳輸，0.50版本由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定當(dāng)日會生成大容量的日志文件，導(dǎo)致磁盤容量不足，軟件無法正常運行；另一方面軟件的傳輸穩(wěn)定性差，會出現(xiàn)積壓的現(xiàn)象發(fā)生。遇到這種情況啟動任務(wù)管理器結(jié)束客戶端進程，重新啟動傳輸客戶端軟件即可；或者卸載傳輸客戶端軟件重新安裝一次，但是務(wù)必確保各參數(shù)卸載前安裝后保持一致。升級后的0.52版臺站傳輸客戶端軟件基本上沒有數(shù)據(jù)文件積壓的情況發(fā)生。

3.4 天氣現(xiàn)象、編碼記錄錯誤及其處理方法

業(yè)務(wù)軟件ISOS早已實現(xiàn)了天氣現(xiàn)象的自動判識與編報，現(xiàn)行業(yè)務(wù)規(guī)定夜間天氣現(xiàn)象不記錄起止時間(軟件可以查到具體的時間)，軟件在跨08時或20時的天氣現(xiàn)象輸入順序無法自動正確判別，常出現(xiàn)順序顛倒的現(xiàn)象；由于天氣現(xiàn)象的順序記錄錯誤造成7wwW1W2組中W1W2編碼錯誤也時常發(fā)生，需要業(yè)務(wù)值班員接班時，仔細查看20-20時天氣現(xiàn)象出現(xiàn)的時間并結(jié)合天氣實況進行人工判斷，編發(fā)正確的更正報文即可解決。以某基本站大風(fēng)為例：1月5日11時，軟件記錄天氣現(xiàn)象為“(15,)15 0802-0929’0951-1054,.”,經(jīng)值班員查詢5日夜間出現(xiàn)大風(fēng)天氣，大風(fēng)停止時間為07時54分，07時55分至08時01分期間沒有大風(fēng)，08時02分開始又出現(xiàn)大風(fēng)。07時55分—08時01分中間間隔為7 min<15 min(大風(fēng)的起止時間，凡兩段出現(xiàn)的時間間歇在15 min或以內(nèi)時，應(yīng)作為一次記載[10])應(yīng)合并記錄，所以11時正確報文應(yīng)為“(15,)15 0800-0929’0951-1054,.”，重新質(zhì)控11時正點數(shù)據(jù)上傳CCA文件。

3.5 各類數(shù)據(jù)、參數(shù)歸檔

由于多溫多雨版ISOS軟件掛接項目多，每天要采集大量數(shù)據(jù)，同時還會在相關(guān)目錄下形成設(shè)備、訂正、質(zhì)控小時和分鐘數(shù)據(jù)及各類日志及狀態(tài)文件，所以定期的數(shù)據(jù)歸檔、主站備份機的備份顯得尤為重要。臺站通常采用以下幾種方法：一是利用軟件自帶功能：點擊查詢與處理→數(shù)據(jù)備份→選擇要備份到的目錄進行備份(此方法的體驗是速度慢、容易造成軟件假死)；二是通過目錄查找方式，將參數(shù)、數(shù)據(jù)文件進行手動拷貝(該方法要求業(yè)務(wù)人員熟知軟件各類參數(shù)、數(shù)據(jù)的保存目錄)；三是通過軟件導(dǎo)出導(dǎo)入功能進行參數(shù)備份(針對臺站參數(shù)歸檔該方法較為便捷)。在條件允許的情況下，建議雙備份(本地其它盤符和移動硬盤雙備份，并定期光盤刻錄相關(guān)數(shù)據(jù)文件)，認真做好主站備份機的備份、備站備份機的備份，以備隨時切換使用。

4 結(jié)語

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的推進，地面氣象觀測的發(fā)展日新月異，雖然該軟件運行時間較短，但是知識的更新瞬息萬變，地面氣象觀測向著模塊化、集成化、無人化的多方向多模式發(fā)展。我們只有不停地努力學(xué)習(xí)，才不會被時代淘汰，才能在工作中提高效率，不斷提升觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量與觀測業(yè)務(wù)水平，達到事半功倍的效果。