风向风速仪异常现象的表现及处理方法
来源： http://www.grainyq.com/ 类别：实用技术 更新时间：2013-04-19 阅读次
【本资讯由中国粮油仪器网提供】 由于风向风速仪投入使用时间还不长，仪器设备也不够十分稳定，一些特别异常的现象屡有发生。这些特别异常记录的处理，只能靠质量控制人员依经验进行分析判断，采取合理的处理方法，保持资料序列完整及统计结果符合实际。下面笔者以江西省近年来测风仪器出现的特别异常现象及其处理为例进行阐述，以期对从事相关工作的同仁有所借鉴。
1 风向风速仪测风特别异常现象的表现
1.1 测风记录中从未出现过静风
江西省赣州市赣县气象站(区站号57993)从2004年风向风速仪安装运行以来，一直没有出现静风记录(即PPC000、PPC001、PPC002)。
1.2 风向记录缺少
8个方位江西省东乡县气象站(区站号58618)2008-02-08—2008-06-03风向记录缺少了从南至北西北方向(即S-NNW方位，角度为180°~360°)，石城县气象站(区站号58814)2008-08-28—2008-11-08风向记录也缺少从南至北西北方向，直接造成东乡站5个月、石城站4个月2min风、10min风、最大风、极大风等多项记录受影响。
1.3 风速系统性偏小
江西省星子县气象站(区站号58514)2008-08-19T2:00—2008-09-10T16:00，自动站1min风速、2min风速、10min风速均在0.5~0.7m/s之间，最大风风速及极大风速均在2.0m/s左右。
1.4 极大风速记录在一个月中连续19天相同
江西省赣州市气象局(区站号58900)2007-12-21—30极大风风速均为5.2m/s且出现的时间均在20:00-24:00之间，2008-10有19天极大风为6.3m/s，时间绝大多数出现在晚上。
2 风向风速仪测风特别异常现象的原因分析
2.1 测风记录中从未出现过静风的原因分析
通过3条途径仔细分析，确认了此种情况属特别异常。一是查阅了全省2005—2007年的月地面数据文件(即A文件)的2min风、10min风以及月分钟数据文件(即J文件)，发现全省其它台站均有静风记录，就连庐山站(30a整编年平均风速4.5m/s，年平均大风日数100d)也有静风记录。二是查阅了该站以前多年以及双轨、单轨运行期间的人工观测记录，发现有静风记录。三是2008年历史罕见的雨雪冰冻天气期间，该站1月26-27日风速传感器被冻结，按理冻结期间风速应为0，但风向风速仪分钟风记录显示从27日04:00—09:06均为0.3m/s。
2.2 风向缺少8个方向的原因分析
石城、东乡两站的风仪器均为EL15型风传感器。根据风向传感器工作原理[2]，EL15-2D风向传感器由风向标部件、内装风向码信号发生器的壳体及信号输出插座组成，风向标转轴连接一个由7位格雷码盘和红外发光二极管、光敏管组成的风向信号发生器。一组红外发光二极管和光敏管对正1个格雷码的码道，7组红外发光二极管和光敏管对正7个格雷码盘的码道产生代表风向的7位格雷码，转换成摸拟电压输出。风向角度的大小与输出电压的大小成递增对应关系。经过对故障期间及之前一段时间资料的分析，发现东乡站2月1-3日有雨雪冰冻天气，风传感器有冻结情况;石城站8月27日下午13:00及17:00—18:00有雷阵雨天气。判断可能的原因是:东乡站冰冻天气后，线路渗水或接头原因造成输出电压偏小，风向角度只能达到0°~175°，故相应的输出电压对应为0~1.071V;石城站风感应器遭雷击或电磁干扰，风向角度只能达到0°~175°。
2.3 风速系统性偏小的原因分析
经对比，发现异常时段之前的8月1—18日的2min和10min日平均风速分别为2.2m/s和2.3m/s;异常时段之后的9月11—30日的2min和10min日平均风速均为3.9m/s。该站30a整编资料中8月和9月平均风速分别为3.3m/s和3.8m/s。因此，异常时段的风速记录比正常风速偏小2/3以上，而且随着风速增大，偏差也加大。
根据风速传感器原理可知，风速传感器由3个铝材轻质风杯、内装随风杯轴旋转的截光盘和光电转换器的壳体及信号插座组成，风杯带动截光盘旋转而切割光电转换器的光路产生电脉冲串。风杯转速在风速测量范围内与风速有良好的线性关系，使输出的脉冲速率与风速成正比。星子站风速脉冲频率上不去，导致转换出来相应的风速就偏小。判定异常的原因可能是截光盘旋转而切割光电转换器的光路不正常。
2.4 极大风速超长时间相同的原因分析
根据前述风速与脉冲频率成正比关系来分析，可能是系统性干扰造成，不管极大风速小于或大于6.3m/s，发出的光电脉冲频率均为相同。
但是，具体的原因还未找到。
3 测风记录特别异常的处理方法
省级质量控制审核员发现异常现象后，通过业务管理和数据质量控制流程在向省、市气象局相关管理部门及测站反映情况。对于测风记录特别异常的处理分两个层面进行:一是对测风仪器进行故障排查及修理，二是对特别异常记录进行处理。
3.1 测风记录从未出现静风的处理
测站于2008-03更换了风速传感器。但是此后至今，仍然没有出现静风记录。是否风向风速传感器均有问题，或者是传感器与采集器之间的传输出现异常?有待设备维护人员进一步检查确认。
对于异常记录的处理，暂时在每月的数据文件和年报数据文件(即Y文件)的附加信息作备注:因风传感器原因本月(年)无静风。为了保证资料准确性、连续性，比较性，当确认是仪器设备的原因导致风速系统性偏大，那么就应当及时对该站全部的记录进行均一性订正。
3.2 风向缺少8个方位的处理
东乡站于2008-06-03，石城站于2008-11-07分别更换了风向传感器，故障随即消除。
根据风向故障记录处理规定，10min风向与人工站相差较大的用人工EL自记10min风记录代替。为了给异常记录的处理找到妥善方法，尽最大可能利用资料，经过对石城站替代风向与自动站原始风向对比分析，发现二者之间存在着以N-S为轴的对应关系，NNW未出现时有95%以上是与NE-NNE相对应，SSW未出现时有98%以上是与SE-SSE相对应;即偏西南风相对应偏东南风，偏西北风相对偏东北风。考虑到还未找到这种对应关系的理论根据，因此除10min风向之外，2min风风向、最大风风向及极大风风向暂维持原记录，以上记录均在附加信息备注栏中注明。
3.3 风速系统性偏小的处理
测站于2008-09-10更换了风速传感器，异常现象消失。此种情况下的记录没有代表性，不可用，按常规处理方法应该作缺测处理并在备注栏注明。但考虑到随着自动站仪器的硬件、软件的不断完善，将来找到此问题的原因并对相应的异常记录作更合理的订正，供科研、预报服务等领域使用，所以暂维持原记录并在附加信息备注栏中注明。
3.4 极大风速记录在1个月中连续19天相同的处理
由于月平均风速与历年相当，在目前没找清楚问题原因之前，暂维持原记录，仪器也暂时不予更换，并在备注注明：本月极大风风速6.3m/s，并连续19天出现相同极值。
4 结论
对风向风速仪测风特别异常记录，只能依靠数据质量审核员结合仪器设备原理、数据质量控制原则方法和工作经验，具体情况具体分析处理。对于最小风速不为零的现象，更换风速传感器，保留测风记录并备注；对于风向缺少方位的现象，更换风向传感器，尽管在测风记录中找到了一些规律，但由于缺少理论依据，继续保留测风记录并备注;对于风速严重偏小的现象，更换风速传感器，测风记录按常规应作缺测处理，但考虑到随着软硬件的不断完善，该记录可能还有利用价值，所以暂时维持并备注;对于极大风速连续19天相同的现象，由于还没有找到原因，故暂时不换仪器，记录也保留，备注栏说明。
1 风向风速仪测风特别异常现象的表现
1.1 测风记录中从未出现过静风
江西省赣州市赣县气象站(区站号57993)从2004年风向风速仪安装运行以来，一直没有出现静风记录(即PPC000、PPC001、PPC002)。
1.2 风向记录缺少
8个方位江西省东乡县气象站(区站号58618)2008-02-08—2008-06-03风向记录缺少了从南至北西北方向(即S-NNW方位，角度为180°~360°)，石城县气象站(区站号58814)2008-08-28—2008-11-08风向记录也缺少从南至北西北方向，直接造成东乡站5个月、石城站4个月2min风、10min风、最大风、极大风等多项记录受影响。
1.3 风速系统性偏小
江西省星子县气象站(区站号58514)2008-08-19T2:00—2008-09-10T16:00，自动站1min风速、2min风速、10min风速均在0.5~0.7m/s之间，最大风风速及极大风速均在2.0m/s左右。
1.4 极大风速记录在一个月中连续19天相同
江西省赣州市气象局(区站号58900)2007-12-21—30极大风风速均为5.2m/s且出现的时间均在20:00-24:00之间，2008-10有19天极大风为6.3m/s，时间绝大多数出现在晚上。
2 风向风速仪测风特别异常现象的原因分析
2.1 测风记录中从未出现过静风的原因分析
通过3条途径仔细分析，确认了此种情况属特别异常。一是查阅了全省2005—2007年的月地面数据文件(即A文件)的2min风、10min风以及月分钟数据文件(即J文件)，发现全省其它台站均有静风记录，就连庐山站(30a整编年平均风速4.5m/s，年平均大风日数100d)也有静风记录。二是查阅了该站以前多年以及双轨、单轨运行期间的人工观测记录，发现有静风记录。三是2008年历史罕见的雨雪冰冻天气期间，该站1月26-27日风速传感器被冻结，按理冻结期间风速应为0，但风向风速仪分钟风记录显示从27日04:00—09:06均为0.3m/s。
2.2 风向缺少8个方向的原因分析
石城、东乡两站的风仪器均为EL15型风传感器。根据风向传感器工作原理[2]，EL15-2D风向传感器由风向标部件、内装风向码信号发生器的壳体及信号输出插座组成，风向标转轴连接一个由7位格雷码盘和红外发光二极管、光敏管组成的风向信号发生器。一组红外发光二极管和光敏管对正1个格雷码的码道，7组红外发光二极管和光敏管对正7个格雷码盘的码道产生代表风向的7位格雷码，转换成摸拟电压输出。风向角度的大小与输出电压的大小成递增对应关系。经过对故障期间及之前一段时间资料的分析，发现东乡站2月1-3日有雨雪冰冻天气，风传感器有冻结情况;石城站8月27日下午13:00及17:00—18:00有雷阵雨天气。判断可能的原因是:东乡站冰冻天气后，线路渗水或接头原因造成输出电压偏小，风向角度只能达到0°~175°，故相应的输出电压对应为0~1.071V;石城站风感应器遭雷击或电磁干扰，风向角度只能达到0°~175°。
2.3 风速系统性偏小的原因分析
经对比，发现异常时段之前的8月1—18日的2min和10min日平均风速分别为2.2m/s和2.3m/s;异常时段之后的9月11—30日的2min和10min日平均风速均为3.9m/s。该站30a整编资料中8月和9月平均风速分别为3.3m/s和3.8m/s。因此，异常时段的风速记录比正常风速偏小2/3以上，而且随着风速增大，偏差也加大。
根据风速传感器原理可知，风速传感器由3个铝材轻质风杯、内装随风杯轴旋转的截光盘和光电转换器的壳体及信号插座组成，风杯带动截光盘旋转而切割光电转换器的光路产生电脉冲串。风杯转速在风速测量范围内与风速有良好的线性关系，使输出的脉冲速率与风速成正比。星子站风速脉冲频率上不去，导致转换出来相应的风速就偏小。判定异常的原因可能是截光盘旋转而切割光电转换器的光路不正常。
2.4 极大风速超长时间相同的原因分析
根据前述风速与脉冲频率成正比关系来分析，可能是系统性干扰造成，不管极大风速小于或大于6.3m/s，发出的光电脉冲频率均为相同。
但是，具体的原因还未找到。
3 测风记录特别异常的处理方法
省级质量控制审核员发现异常现象后，通过业务管理和数据质量控制流程在向省、市气象局相关管理部门及测站反映情况。对于测风记录特别异常的处理分两个层面进行:一是对测风仪器进行故障排查及修理，二是对特别异常记录进行处理。
3.1 测风记录从未出现静风的处理
测站于2008-03更换了风速传感器。但是此后至今，仍然没有出现静风记录。是否风向风速传感器均有问题，或者是传感器与采集器之间的传输出现异常?有待设备维护人员进一步检查确认。
对于异常记录的处理，暂时在每月的数据文件和年报数据文件(即Y文件)的附加信息作备注:因风传感器原因本月(年)无静风。为了保证资料准确性、连续性，比较性，当确认是仪器设备的原因导致风速系统性偏大，那么就应当及时对该站全部的记录进行均一性订正。
3.2 风向缺少8个方位的处理
东乡站于2008-06-03，石城站于2008-11-07分别更换了风向传感器，故障随即消除。
根据风向故障记录处理规定，10min风向与人工站相差较大的用人工EL自记10min风记录代替。为了给异常记录的处理找到妥善方法，尽最大可能利用资料，经过对石城站替代风向与自动站原始风向对比分析，发现二者之间存在着以N-S为轴的对应关系，NNW未出现时有95%以上是与NE-NNE相对应，SSW未出现时有98%以上是与SE-SSE相对应;即偏西南风相对应偏东南风，偏西北风相对偏东北风。考虑到还未找到这种对应关系的理论根据，因此除10min风向之外，2min风风向、最大风风向及极大风风向暂维持原记录，以上记录均在附加信息备注栏中注明。
3.3 风速系统性偏小的处理
测站于2008-09-10更换了风速传感器，异常现象消失。此种情况下的记录没有代表性，不可用，按常规处理方法应该作缺测处理并在备注栏注明。但考虑到随着自动站仪器的硬件、软件的不断完善，将来找到此问题的原因并对相应的异常记录作更合理的订正，供科研、预报服务等领域使用，所以暂维持原记录并在附加信息备注栏中注明。
3.4 极大风速记录在1个月中连续19天相同的处理
由于月平均风速与历年相当，在目前没找清楚问题原因之前，暂维持原记录，仪器也暂时不予更换，并在备注注明：本月极大风风速6.3m/s，并连续19天出现相同极值。
4 结论
对风向风速仪测风特别异常记录，只能依靠数据质量审核员结合仪器设备原理、数据质量控制原则方法和工作经验，具体情况具体分析处理。对于最小风速不为零的现象，更换风速传感器，保留测风记录并备注；对于风向缺少方位的现象，更换风向传感器，尽管在测风记录中找到了一些规律，但由于缺少理论依据，继续保留测风记录并备注;对于风速严重偏小的现象，更换风速传感器，测风记录按常规应作缺测处理，但考虑到随着软硬件的不断完善，该记录可能还有利用价值，所以暂时维持并备注;对于极大风速连续19天相同的现象，由于还没有找到原因，故暂时不换仪器，记录也保留，备注栏说明。
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