数据采集的方法及技巧

随着气象要素值的变化，气象传感器输出信号发生变化，这种变化量被数据采集器实时采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得到各个气象要素值。

为了获得准确可靠的气象要素值，气象传感器性能指标必须满足一定的要求。具体气象要素监测技术指标见表3-1。

表3-1　气象要素监测技术指标

除了气象传感器性能指标，气象要素的采样与算法对数据的准确性也有重要影响。下面将分别介绍预测系统所用到的气象要素的采样和算法。

由于大气的流体特性，对于某一空间位置的风来说，其方向和速度都是随时变化的，风向、风速的这种变化可以通过风传感器采样到。风是向量，通常只测量空气的水平运动瞬时值，在预测系统实际应用中，需要计算风速风向的平均值。计算平均风向时，先将风的水平分量分解成x，y方向的分量，求出x，y方向分量的平均值，再进行合成，即可求得平均风向。假设第i次采集到的风向量的风速值为vi，风向值为θi，它在x，y方向分量为：

假设在观测时段内采样次数为n，则有n个风向量的样本，它们在x，y方向分量的平均值相应为：

将合成后的风向为：θ=arctan。由于风向在0°～360°变化，因此风向需依据，分量进行判断。规定南北分量气流向北为正值，向南为负值；东西分量气流向东为正值，向西为负值，判断方法如下：

（1）=0，＞0；则θ=0°（N）。

（2）＞0，=0；则θ=90°（E）。

（3）=0，＜0；则θ=180°（S）。

（4）＜0，=0；则θ=270°（W）。(www.xing528.com)

（5）＞0，＞0；则θ不变。

（6）＞0，＜0，或＜0，＞0；则θ=180°+θ。

（7）＜0，＜0；则θ=360°+θ。

计算平均风速时，采用算术平均方法，公式如下：

式中　——观测时段内风速的平均值；

yi——观测时段内风速的第i个样本，其中，异常样本（异常值的判断见表3-2）应剔除，不参与计算；

N——观测时段内的样本总数，由“采样频率”和“平均值时间区间”决定；

m——观测时段内的正确样本数（m≤N）。

对于气温、相对湿度、气压、总辐射、直接辐射、散射辐射的采样，均为每10s采样1次，在每分钟采样的6个样本中去掉异常值、1个最大值和1个最小值，余下样本的算术平均为该分钟的瞬时值。若余下样本数为0，则本次瞬时值缺测。以瞬时值为样本，自动计算和记录每5min的算术平均值，计算方法参照公式（3-4）。

数据采集器在每次求平均值时，需检验每个采样值的合理性，剔除异常数据。气象要素采样值的合理性指标见表3-2，所有不满足此表合理性要求的采样值视为异常值。

表3-2　气象要素采样值合理性指标