Автоматизированная метеостанция аэропорта - Automated airport weather station

Платформа сбора данных ASOS

Метеорологические станции в аэропортах - это автоматизированные сенсорные комплексы, предназначенные для обслуживания авиации и метеорологических операций, прогнозирования погоды и климатологии . Автоматизированные метеорологические станции в аэропортах стали частью системы наблюдений за погодой в Соединенных Штатах и Канаде и становятся все более распространенными во всем мире благодаря своей эффективности и экономии средств.

Типы систем в США

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

Автоматизированная система наблюдения за погодой (AWOS)

Коммерческий AWOS

В автоматизирован погоды наблюдения системы ( AWOS ) единицы, в основном , работают, поддерживаются и контролируются государственными или местными органами власти и другими нефедеральными субъектами и сертифицированы по нефедеральной программе FAA АМСН. В 2017 году FAA завершило модернизацию 230 принадлежащих FAA систем AWOS и бывших автоматизированных систем погодных датчиков (AWSS) до конфигурации AWOS-C в 2017 году. AWOS-C является самым современным оборудованием AWOS, принадлежащим FAA, и может генерировать METAR / Сводки погоды для авиации в формате SPECI. AWOS-C функционально эквивалентен ASOS. 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.

Системы AWOS распространяют данные о погоде различными способами:

  • Голос генерируемого компьютера сообщение , которое передается с помощью радио частоты для пилотов в непосредственной близости от аэропорта. Сообщение обновляется не реже одного раза в минуту, и это единственная обязательная форма сводки погоды для AWOS.
  • Необязательно: голосовое сообщение, генерируемое компьютером, доступное через телефонный модем с коммутируемым доступом . Сообщение обновляется не реже одного раза в минуту.
  • По желанию (но часто это делается) сообщения AWOS могут быть переданы в FAA для национального распространения через компьютер. Эти сообщения в настоящее время представлены в формате METAR , и типичная периодичность их передачи - 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 измеряемых параметров :

Также возможны пользовательские конфигурации, такие как AWOS AV (параметры AWOS A плюс видимость). Несертифицированные датчики могут быть присоединены к системам AWOS, но данные о погоде, полученные от 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 26 мая 2021 г. следующие производители предоставляют сертифицированные FAA нефедеральные системы AWOS:

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

Автоматизированная система наземных наблюдений (АСОС)

В автоматизированной поверхности системы наблюдений ( ASOS ) единицы управляются и контролируются совместно в Соединенных Штатах в NWS, FAA и DOD. После многих лет исследований и разработок в 1991 году началось развертывание устройств ASOS, которые были завершены в 2004 году.

Эти системы обычно предоставляют отчеты с часовыми интервалами, но также предоставляют отчеты о специальных наблюдениях, если погодные условия быстро меняются и превышают пороговые значения для работы авиации. Обычно они сообщают все параметры AWOS-III, а также имеют дополнительные возможности сообщать температуру и точку росы в градусах Фаренгейта, текущую погоду , обледенение , молнии , давление на уровне моря и накопление осадков .

Помимо обслуживания потребностей авиации, ASOS служит основной сетью климатологических наблюдений в Соединенных Штатах, составляя сеть климатических станций первого порядка . Из-за этого не все ASOS расположены в аэропорту; например, один из этих блоков находится в замке Бельведер в Центральном парке , Нью - Йорк ; другой находится в обсерватории Блю-Хилл недалеко от Бостона , штат Массачусетс .

Автоматизированная система погодных датчиков (AWSS)

FAA преобразовало все блоки автоматизированных систем погодных датчиков ( AWSS ) в блоки AWOS IIIP / T. В Национальной системе воздушного пространства США (NAS) не осталось систем AWSS .

Наблюдательное оборудование

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

Незамерзающий датчик ветра ASOS

Скорость и направление ветра

Большинство старых автоматизированных метеорологических станций в аэропортах оснащены механическими флюгерами и чашечками для измерения скорости и направления ветра. Эта система проста по конструкции: ветер вращает три горизонтально повернутые чашки вокруг основания флюгера, обеспечивая оценку скорости ветра, в то время как лопатка наверху поворачивается так, что поверхность лопасти оказывает наименьшее сопротивление ветру. , заставляя его указывать в том направлении, откуда дует ветер, и таким образом определяя направление ветра.

Новое поколение датчиков использует звуковые волны для измерения скорости и направления ветра. Измерение основано на времени, которое требуется ультразвуковому импульсу для прохождения от одного преобразователя к другому, которое зависит, помимо 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 обладают рядом преимуществ, таких как отсутствие движущихся частей, расширенные возможности самодиагностики и снижение требований к техническому 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 частицами в воздухе и принятого 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 ослабления 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 техническому обслуживанию. Однако трансмиссометры по-прежнему используются в некоторых аэропортах, поскольку они более точны в условиях низкой видимости и являются отказоустойчивыми, т. Е. В случае сообщения об отказе 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 (выпадающие осадки)

Основная статья: Датчик текущей погоды

Автоматические метеостанции в аэропортах используют светодиодный индикатор погоды ( LEDWI ), чтобы определить, выпадают ли осадки и какого типа. Датчик LEDWI измеряет сцинтилляционную картину осадков, падающих через инфракрасный луч датчика (приблизительно 50 миллиметров в диаметре), и определяет на основе анализа структуры размера частиц и скорости падения, являются ли осадки дождем или снегом . Если установлено, что осадки выпадают, но окончательно не определен характер дождя или снега, сообщается о неизвестных осадках. Автоматические метеостанции в аэропортах пока не могут сообщать о граде , ледяной крупе и различных других промежуточных формах 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 статутных миль , 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), сообщается о помутнении . Если относительная влажность высокая (т. Е. Есть небольшая разница между температурой и точкой росы), сообщается о тумане или тумане , 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 нуля , влажность высокая и видимость составляет 1/2 мили или меньше, сообщается о замерзающем тумане .

Облакомер ASOS CT12K

Облачность и потолок

Автоматические метеостанции в аэропортах используют направленный вверх лазерный облакомер для определения количества и высоты облаков. Лазер направлен вверх, и время , необходимое для отраженного света , чтобы вернуться к станции позволяет для расчета высоты облаков. Из-за ограниченной зоны покрытия (лазер может обнаруживать облака только непосредственно над головой) системный компьютер вычисляет усредненные по времени облачный покров и потолок , которые сообщаются внешним пользователям. Чтобы компенсировать опасность быстрого изменения небесного покрова, усреднение взвешивается в сторону первых 10 минут 30-минутного периода усреднения. Дальность действия облакомера составляет до 25 000 футов (7600 м) в зависимости от модели. Облака выше этой высоты в настоящее время не обнаруживаются автоматическими станциями.

Термометр ASOS HO-1088

Температура и точка росы

В автоматизированных метеостанциях в аэропортах используется датчик температуры / точки росы ( гигротермометр ), предназначенный для непрерывной работы, который обычно остается включенным все время, кроме периода технического обслуживания.

Измерение температуры проще по сравнению с точкой росы. Работая по принципу изменения электрического сопротивления в зависимости 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 фототранзистора установлены так, что они измеряют высокую степень отраженного света, когда зеркало чистое (прямое), и рассеянного света, когда зеркало затуманивается видимой конденсацией (непрямое). При образовании конденсата на зеркале степень помутнения поверхности зеркала увеличивается: прямой транзистор получает меньше света, а непрямой транзистор - больше. 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. По мере охлаждения 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. При изменении точки росы воздуха или при нарушении контура из-за шума контур вносит необходимые корректировки для восстановления стабилизации точки росы и поддержания непрерывной работы.

Из-за проблем с датчиком охлаждаемого зеркала на предприятиях NWS ASOS теперь используется датчик Vaisala DTS1, который измеряет влажность только по емкости . 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 путем расчета, основанного на измеренной относительной влажности и измеренной температуре нагретого емкостного элемента.

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

Блок управления сбором данных ASOS, включая три датчика давления внизу

Барометрическое давление и настройка высотомера

Данные датчика барометрического давления используются для расчета настройки высотомера QNH . Пилоты полагаются на это значение, чтобы определить свою высоту . Для обеспечения безопасного отделения 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 для минимизации воздействия порывов 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 высотомера указываются в дюймах ртутного столба (с шагом 0,01 дюйма ртутного столба) или целых гектопаскалях с округлением в меньшую сторону.

Опрокидывающийся ковш с подогревом ASOS

Накопление осадков

Первоначальным устройством измерения накопления осадков, используемым для автоматизированных метеостанций в аэропортах, был дождемер с опрокидывающимся ведром с подогревом . Верхняя часть этого устройства состоит из коллектора диаметром 1 фут (0,30 м) с открытым верхом. Коллектор, который нагревается для растапливания любых замерзших осадков, таких как снег или град , перенаправляет воду в двухкамерный поворотный контейнер, называемый ведром . Осадки стекают через воронку в одно отделение ведра до тех пор, пока не накопится 0,01 дюйма (0,25 мм) воды (18,5 грамма). Этот вес заставляет ведро опрокидываться на шарнирах , сбрасывая собранную воду и перемещая другую камеру под воронку. Опрокидывающее движение активирует переключатель ( геркон или ртутный переключатель ), который посылает один электрический импульс на каждые 0,01 дюйма (0,25 мм) собранных осадков.

Всепогодный датчик накопления осадков (AWPAG) ASOS

Из-за проблем, которые возникают у обогреваемого опрокидывающегося ковша с правильным измерением замерзших осадков (особенно снега), был разработан всепогодный измеритель накопления осадков ( AWPAG ). Этот датчик, по сути, представляет собой датчик для взвешивания, в котором осадки непрерывно накапливаются в коллекторе, и по мере увеличения веса регистрируются осадки. Только некоторые подразделения NWS ASOS были оснащены AWPAG.

Датчик замерзающего дождя ASOS

Обледенение (ледяной дождь)

Автоматические метеостанции в аэропортах сообщают о ледяном дожде с помощью резонансной частоты вибрирующего стержня. Резонансная частота уменьшается с увеличением нарастания (дополнительной массы) льда , инея , ледяного тумана, ледяной мороси , изморози или мокрого снега.

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 Соединенных Штатах используют Национальную сеть обнаружения молний ( NLDN ) для обнаружения молний с помощью системы автоматического обнаружения молний и передачи сообщений ( ALDARS ). NLDN использует 106 датчиков по всей стране для триангуляции ударов молний. 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 грозе на станции (TS). Удары молнии на расстоянии более 5 миль (8,0 км), но менее 10 миль (16 км) от станции приводят к сообщению о грозе вблизи станции (VCTS). Молния на расстоянии более 10 миль (16 км), но менее 30 миль (48 км) от станции приводит только к отметке отдаленной молнии (LTG DSNT).

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.

Распространение данных

Распространение данных обычно осуществляется с помощью автоматизированного радиочастотного ОВЧ- диапазона (108–137 МГц) в каждом аэропорту , транслирующего автоматизированные наблюдения за погодой. Часто это осуществляется через службу автоматической информации о терминалах (ATIS). 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 формате METAR .

Ограничения, требующие увеличения человека

В настоящее время автоматизированные метеорологические станции в аэропортах не могут сообщать о различных метеорологических условиях. Это включает:

  • 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
  • молнии 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 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.

Автоматизированные 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 наблюдателей часто требуется дополнить 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

Внешние ссылки