氣象行業標準《海洋氣象觀測規范漂流觀測儀》編制說明一、工作簡況任務來源本標準由全國氣象儀器與觀測方法標準化技術委員會（SAC/TC507）提出并歸口。2015年1月中國氣象局氣象探測中心下達（氣儀標委函〔2019〕36號文），項目編號QX/T-2019-65，標準名稱為海洋氣象觀測規范漂流觀測儀。協作單位中國氣象局氣象探測中心、華云升達（北京）氣象科技有限責任公司。主要工作過程2019年，在中國氣象局氣象儀器與觀測方法標準化技術委員會部署下，中國氣象局氣象探測中心牽頭組成海洋氣象漂流儀觀測規范準編制小組，開始進行標準編制工作調研，查閱國內外相關標準、文獻等，為標準編制做好準備。2018年10月，組織召開的編寫討論會上，經過會議討論，觀測司建議海洋氣象觀測規范做成系列標準，海洋氣象漂流儀觀測規范是系列標準之一。2019年4月，標準編制小組明確了任務分工和時間進度，確保按照中國氣象局要求的時間節點完成標準編制任務，經過內部討論編制形成標準工作組初稿。2019年9月，根據全國氣象儀器與觀測方法標準化技術委員會下發《關于山洪標準化建設項目中期檢查活動的通知》（氣儀標委函〔2019〕36號）對該標準項目進行中期檢查匯報，并針對專家提出的相關問題進行解答并修改。2019年10月，組織召開內部編寫討論會，根據中期匯報中專家提出的意見進行修改，對其中不易理解、不易懂的語言文字進行修改，貼近海洋氣象觀測實際業務工作。2019年11月編制組對相關內容進行了修訂和完善，形成標準征求意見稿。標準主要起草人及其所做的工作本標準主要起草人為李肖霞雷勇鄒大偉張振魯楊志勇王亞靜。其分工如下：李肖霞：負責標準的申報、起草、修訂等組織工作。雷勇：負責漂流觀測儀的技術檢驗指導和標準審查工作。鄒大偉：參與標準校對修改等工作。張振魯：參與初稿修改工作。楊志勇：負責試驗方法的編寫工作。王亞靜：參與標準技術指標編寫工作。二、標準編制原則和確定標準主要內容的論據1．編制原則本標準依據GB/T1.1-2009《標準化工作導則第1部分：標準的結構和編寫》給出的規則起草，并堅持以下原則：（1）科學性和規范性本標準充分借鑒和參考了國內海洋氣象科學研究、漂流觀測儀研制方面的成果和理念，力求在氣象觀測要素的選擇、傳感器技術原理及檢測方法、數據協議等方面，兼顧當前主流技術和未來的發展趨勢，做到科學性和規范性。（2）簡化性、實用性原則在標準起草過程中，綜合考量行業現狀和實際使用需求，以及經濟成本等因素，對同類產品的技術指標做了分析篩選，除明顯不合理的或明顯落后于當代普遍技術水平的個別指標外，盡量涵蓋各廠商指標。在試驗方法的選擇設計方面，盡量引用現有的成熟規范或經過驗證的試驗方法，確保標準的實用性。（3）協調性原則編寫組在收集已有的研究成果、查閱大量資料、征求多方意見后，在綜合考慮各方面需求和意見的基礎上對標準內容進行了適當的調整，達到內容全面，規定具體，語言通俗，易于實施。2．主要內容的依據（1）國內外研究現狀調研1）應用背景根據海洋氣象觀測的業務需求，為解決我國遠海氣象探測手段的缺乏，海洋氣象漂流觀測儀的開發及應用于2014年實現科技部重大科學儀器專項立項，目前海洋氣象漂流觀測儀已實現國產化批量生產，并在我國渤黃海海域、南海海域，以及西太平洋海域進行了長時間觀測試驗，取得了大量現場實測數據，并經過了多次臺風考驗，成功獲取了多次臺風天氣過程的實測數據，觀測數據已經在氣象觀測及預報業務中得到應用，，海洋部門及氣象部門多個規劃及項目已設計了該儀器的布局，大量儀器已在多家單位應用。為了統一海洋氣象漂流觀測儀觀測，需規范海洋氣象漂流觀測儀氣溫、氣壓、風、海溫和鹽度等觀測要素的觀測技術要求、方法以及資料處理等內容，特需要作為指令性項目制定觀測標準，發揮儀器觀測效益。2）國外發展情況國外的漂流浮標探測技術發展較早且達到了形成標準規范的成熟度，早在上世紀70年代就多次在大型海洋科學調查中、熱帶海洋和全球大氣計劃等較大數量布放漂流浮標進行海洋氣象的觀測，世界氣象組織的JCOMM組織研制及使用了拉格朗日漂流浮標，并于1987-1991年制定了SVP（漂流浮標）的設計標準，鼓勵各國開展研究。1993年DBCP（資料浮標合作組）通過研究，認為在SVP上增加氣壓傳感器是可行的，表明SVP漂流浮標可以同時為海洋學家和氣象學家提供觀測數據。1997年歐美各國科學家開始了SVP-B（增加氣壓傳感器）業務應用，并不斷進行試驗和完善改進，2009年DBCP發布了SVP-B的設計標準，并應用了多年。我國國內于1993年制定了漂流浮標研制計劃，國家海洋技術中心于1994研制了FZS3-1型表層漂流浮標并試驗成功，于2000年開始小批量生產，在2003年制定了漂流浮標的行業標準。在各種技術儲備條件下，海洋氣象漂流觀測儀由國家海洋局和中國氣象局相關技術單位在科技部重大儀器專項支持下于2015年研制成功，并進行了多次不同海域的觀測試驗，并經過了多次臺風考驗，成功獲取了多次臺風天氣過程的實測數據，觀測數據已經在氣象觀測及預報業務中得到應用，海洋部門及氣象部門多個規劃及項目已設計了該儀器的布局，部分儀器已應用于預報及服務業務中。（2）參考依據本標準主要依據的標準包括：GB/T2423.1-2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗A：低溫GB/T2423.2-2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗A：高溫GB/T2423.3-2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗Cab:恒定濕熱試驗GB/T2423.5-2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗Ea和導則：沖擊GB/T2423.17-2008電工電子產品環境試驗第2部分：試驗方法試驗Ka：鹽霧GB/T4208-2008外殼防護等級（IP代碼）GB/T9254-2008信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法GB/T17618-2015信息技術設備抗擾度限制和測量方法參考的文獻資料主要包括：《GB/T14914-2006海濱觀測規范》《GB/T12763.1—2007第1部分總則》《GB/T12763.2—2007第2部分海洋水文觀測》《GB/T12763.3—2007第3部分海洋氣象觀測》《GB/T13972—1992海洋水文觀測儀器通用技術條件》《HY/T059—2002海洋站自動化觀測通用技術要求》（3）產品組成漂流觀測儀的組成部分包括：數據采集系統、電源供電系統和漂流浮標結構系統、控制系統四個主要部分，如圖1所示。

圖1海洋氣象漂流觀測儀總體結構圖根據《海洋氣象觀測漂流儀功能規格需求書》和應用產品分析，漂流觀測儀觀測要素包括海面氣、海面氣溫壓、海面風向風速、海水表層溫度、海水表層鹽度、海水表面溫度等要素。觀測站設備采用模塊化設計，根據當地觀測需求、海域氣象條件、周邊海洋氣象觀測站點情況、特殊觀測任務等實際需要，按照針對性原則選擇一種或多種觀測要素組合方式。4）技術指標主控制及數據采集系統以低功耗、多功能的微處理器為核心構成主控制及數據采集器。通過配置氣象和海洋水文傳感器及相關的數據采集處理構建漂流浮標的數據采集處理系統；浮標的姿態監控系統使用九軸姿態和GPS實時監控浮標的定位和姿態信息，同時為觀測數據的訂正提供校準參數；以北斗衛星通訊為主數據通訊手段，同時預留了ARGOS衛星及國產低軌衛星通信方式；電源系統為整個漂流浮標觀測系統提供電源，以大容量鋰電池為主電源，同時配置太陽能輔助充電功能；為了最大限度地降低設備的功耗,有效地延長設備的運行壽命，所有主要部件和器件配置獨立的電源控制管理；所有的數據采集、數據通信、狀態檢測操作等等嚴格按照時序控制管理執行，時序通過GPS或北斗進行準確校時。主控制及數據采集器的功能要求：（1）對各種氣象水文傳感器、系統運行狀態信息、浮標姿態信息以及浮標位置信息等按照預定的采樣頻率進行采樣；（2）對氣象水文要素測量值進行轉換，使傳感器的測量采樣值轉換成氣象水文單位量，得到相關的采樣瞬時值；（3）對采樣瞬時值，根據規定的算法，計算出瞬時氣象值，又稱氣象變量瞬時值；（4）根據質控算法對采樣數據進行質量檢查和標識；根據姿態信息、位置信息等對采集數據進行修正；（5）具有電源控制系統，特別是主要部件和器件應具有獨立的電源控制功能，降低能耗。（6）漂流觀測儀測量技術指標應滿足下表1的要求表1漂流觀測儀測量技術指標比對觀測要素測量范圍分辨力測量精度備注海面氣壓900hPa亠-1100hPa±0.1hPa±1hPa海面風速Om/s亠-60m/s±0.1m/s±1m/s（或10%）海面風向0°?360°±1°±15°海面氣溫-15°C?40C±0.1C±0.5°C海水溫度-2°C--40C±0.01C±0.1°C海水鹽度（電導率）0mS/cm/?65mS/cm±0.01mS/cm±0.05mS/cm海面紅外測量溫度-2C--40C±0.3°C±1C5）數據采樣、數據處理、數據質量控制、通訊協議等要求1）規定數據采樣、數據處理、數據質量控制方法的必要性。為了保證漂流觀測儀的數據準確性、一致性和可比性，規定其采樣、算法和質控方法是必要的。2）數據采樣、數據處理、數據質量控制方法的合理性。本標準規范的數據采用處理算法和質控算法，是根據《GB/T33703-2017自動氣象站觀測規范》規定而確定。并且通過實踐驗證了其合理性（2016年-2019年中國氣象局氣象探測中心在不同海區漂流觀測儀實驗外場對比觀測試驗確定。3）本標準中各要素的采樣頻率和計算方法如下表所示，主要參考《GB/T33703-2017自動氣象站觀測規范》和《GB/T33697-2017公路交通氣象監測設施技術要求》等。表中的算術平均法、滑動平均法、單位矢量平均法、累計值算法，以及各氣象要素的極值和最大值采用的極值算法，參考《GB/T33703-2017自動氣象站觀測規范》。表2氣象要素采樣頻率及瞬時值的計算方法氣象要素采樣頻率瞬時值的計算方法海面氣溫6次/min或30次/min算術平均值法海水溫度海面紅外測量溫度海水鹽度（電導率）海面氣壓海面風速4次/s瞬時風速：以0.25秒為步長求3秒滑動平均值；2分鐘平均風速：以1秒為步長計算每分鐘的1分鐘、2分鐘滑動平均值；10分鐘平均風速：以1分鐘為步長（取1分鐘滑動平均值）計算每分鐘的10分鐘滑動平均值。海面風向1次/s瞬時風向：使用單位矢量平均法求1分鐘、2分鐘平均，以1分鐘為步長（取1分鐘平均值）計算每分鐘的10分鐘平均。6）數據傳輸、數據存儲、狀態信息、遠程控制等要求——數據傳輸、數據存儲、狀態信息的要求參考了GB/T33703-2017自動氣象站觀測規范》的規定。——遠程控制的規定，滿足了中國氣象局對綜合氣象觀測系統智能化發展需求提出的相關功能要求。1）數據傳輸的要求漂流觀測儀的數據傳輸系統應按照規定時序間隔發送觀測數據、浮標的地理坐標信息以及浮標狀態信息等數據。數據通信以北斗衛星通信系統為主通信系統，另外還需要預留ARGOS衛星數據通信系統或國產低軌衛星通信系統；為了提高通信效率，具有對測量數據能夠進行編碼壓縮處理的功能。數據傳輸以定時主動上傳的方式進行。2）數據存儲的要求——漂流觀測儀的觀測數據在設備自帶存儲器中按照要求的格式存儲，存儲空間可存儲不少于180天的觀測數據等。3）數據通信格式——由于海洋氣象漂流觀測儀采用北斗衛星通信為主通訊方式，而北斗衛星數據通信的帶寬指標：a）通信頻度：1次/每分鐘；b）數據幀長度：三72字節。c）對海洋氣象漂流觀測儀的數據通信采用了最大限度的壓縮。數據格式包括兩種分別為不帶紅外測溫數據格式和帶紅外測溫數據格式。三、主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效果1本標準界定的漂流觀測儀測試情況綜述2016-2019年探測中心先后開展六次海洋氣象漂流觀測儀的相關試驗。試驗方案遵循由于近海海況和天氣情況相對比較簡單，故先對設備進行近海試驗，取得一定效果后再進行遠海試驗。通過每一次試驗和數據分析來發現設備的問題，針對問題提出改進方案，并最終確定設備穩步運行的技術指標。2測試綜述1）威海國家淺海綜合試驗場近海試驗及“張騫號”首航南海海域試驗，重點是積累試驗經驗，測試儀器性能。分別于2016年5,7月在威海進行兩次近海試驗，采用跟船布放方式，2016年7月在南海東沙附近海域進行試驗，根據近海試驗情況，對部分性能進行改進。2）中國氣象局大氣試驗基地靜態對比試驗，為進一步獲取儀器在實驗室的性能數據，采用溫濕壓聯合試驗箱對儀器傳感器進行檢測對比。該次試驗于2017年4月在北京南郊中國氣象局大氣試驗基地開展。3）博賀岸上對比試驗，本次試驗于2017年5月在廣東博賀開展，對比觀測時間較短，相對于南郊靜態試驗，可以看作為試驗室外性能數據對比收集。4）博賀海上試驗，本次試驗采用定點錨系方式，處于海上觀測平臺儀器周邊，重點是考察儀器在海洋中長期觀測其性能情況，期間傳感器性能、材質等均有所改進，獲得了較長時間相對連續的觀測數據。5）西太平洋海上試驗，本次試驗于2017年10月西太平洋海上開展試驗，重點考察觀測儀遠洋環境適應性，獲取長時間連續觀測數據。6）南海海域大型觀測試驗，本次試驗于2018年4月在我國南海海域開展大型觀測試驗，重點考察漂流觀測儀的儀器性能和獲取南海海域水文和氣象要素數據。3結論通過6次海上觀測試驗的數據綜合分析表明：1）漂流觀測儀傳感器、采集系統、太陽能供電系統、北斗通訊系統和數據接收平臺工作正常，海洋環境適應性良好，特別是在西太平洋試驗中，面