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十年铸“尺”丈量风云
——江苏气象计量检定信息化赋能科技能力现代化
来源:中国气象报社 日期:2023年11月22日07:35

7名气象计量检定员,如何每年高效完成江苏全省71个国家级自动气象站,以及2000余个区域自动气象站传感器两年一周期计量检定工作?

立冬时节,记者走进江苏省气象计量站、镇江丹徒国家基本气象站等地,眼前的现代化场景给出了答案——

构建温度、湿度、风速、气压、雨量等5要素检定业务系统,建成400平方米恒温恒湿计量实验室,实现气象计量检定自动化;开发以34位“编码”为基础、计量检定信息平台为核心的多功能平台,多要素自动检定系统、编码系统、外场巡检系统、周转箱物流等平台信息互通共享,形成全生命周期信息化管理模式;打造“云+端”集约化外场校准业务系统,实验室检定和外场校准相结合,覆盖地面观测主要传感器。

今年5月,中国气象局副局长曹晓钟赴江苏调研,目睹这一气象科技能力现代化场景,连连称赞:“凝练经验,强化示范!”

江苏省气象探测中心主任王冰梅道出全省气象计量检定建设思路,“以信息化手段,确保每一支传感器计量可溯源、履历可追踪,持续夯实监测精密基础。”

好风借力 强化国家级气象现代化成果落地

无以规矩,不成方圆。气象计量检定是整个气象基本业务和服务系统的基础,曾有人这样形容气象计量检定:在规矩上划刻度,是“规矩的规矩”,以保证全国乃至全球气象探测数据使用同样的尺子来度量。

作为江苏省市场监督管理局授权建立的法定计量检定机构,江苏省气象计量站如何打造气象计量“梦之队”?

时钟回拨至2011年。彼时,江苏省气象技术装备中心改革重组为江苏省气象探测中心。面对地面观测自动化进程的现实需求,自动气象站的运行监控、故障维修、现场核查、送检更换、计量检定等工作成为关键,对气象计量检定水平和能力提出更高要求。

常思大局,其去有向;常观大势,其为有力。一面是气象台站的升级、现代化的机遇,一面是监测精密的要求、器差的风险。

十余年来,江苏省气象局厚植中国气象局组织的自动气象站保障社会化试验、气象观测装备分类与编码工作、自动气象站现场核查试验和气象计量管理系统(3MS)建设成果,积极推进国家级气象现代化成果落地,气象计量检定信息化的江苏篇章由此起笔。

好风凭借力,送我上青云。王冰梅形容,这是从江苏这块土壤上生长出来的气象计量检定模式。

2014年,结合中国气象局气象计量管理系统(3MS)本地化部署及优化,江苏具备仪器收发、仪器检测、证书审核批准、证书打印、查询统计、标准器管理等能力。

2015年,做实中国气象局区域自动气象站社会化保障试验,实现每小时监控报警、每月巡视维护、故障时间小于24小时,温度、湿度、气压、风传感器全部进入实验室检定,雨量传感器按照国家自动气象站要求实施现场校准。

2017年,借助中国气象局配备市级移动计量检测设备和车辆的契机,解决部分不便拆装的外场设备进行现场校准核查的问题。进一步开发了外场核查设备组网,构建“1省+13市”的“云+端”移动计量业务流程。

2020年,江苏对国家级自动气象站进行无人值守智能化改造,主、备双套站数据在ISOS软件前端实现要素级切换融合。值守平台从云端读取传感器的检定修正值并写入采集器,在源头对传感器进行修正,保证数据切换前后的一致性、连续性。

2021年,在新址建成计量实验室,拥有3套温度检定装置、2套湿度检定装置、1套气压检定装置和2套风速检定装置等,保证计量实验室年检定能力达到1200站以上。

今年11月2日,江苏气象观测装备传感器检定信息首次同步显示在中国气象局综合气象观测业务运行信息化平台(“天元”系统),成功打通站-省-国计量检定数据链。

……

多少事,从来急;天地转,光阴迫。中国气象局综合观测司装备保障处处长张宇表示,这支队伍历经10余年发展,让中国气象局每一次技术进步成果,在江苏“量体裁衣”式落地、开花、结果。

技术引领 打造全生命周期信息化管理模式

失之毫厘,谬以千里。气象计量就是这毫厘间的“锱铢必较”。如何打通气象计量检定的“任督二脉”?江苏的选择是:技术“解题”。

这其中的关键,离不开一码一箱一外场。

在扎实做好全省观测装备编码工作的基础上,江苏省气象局开发了以计量检定信息平台为核心的多功能信息化平台,实现了多要素自动检定系统、编码系统、外场巡检系统、周转箱物流等平台信息互通共享。

一码——自2015年起,在江苏,所有传感器均有独一无二的“身份证号码”,手机镜头对准设备上的二维码一扫,站名、站号、主站和备站等自动气象站传感器检定流转信息一目了然,实现全生命周期管理。为有效区分国家级自动气象站和区域自动气象站设备,江苏气象计量检定人员近日还创造性地用“金标”和“银标”加以区分。

一箱——在计量实验室收发室,各类气象观测仪器有序归置,长80.2厘米、宽52厘米、高31.6厘米的检定设备周转箱十分吸睛,这些由江苏气象计量检定人员创新设计的周转箱,内部采用CAD建模完成卡槽设计,主要应用于国家级自动气象站传感器检定业务。如今,它们以30%配比的检定传感器备件,实现全省集中调配、高效流转,并与顺丰物流信息对接,检定信息、传感器信息、物流信息随周转箱同步更新,可全流程追踪。

一外场——鉴于雨量、地温、能见度、蒸发等要素传感器无法通过“拆-装”送到实验室检定,江苏气象计量检定人员开发出基于云和物联网的自动站移动计量业务平台,改造市级移动核查系统,实现全省所有市级移动计量校准系统集成组网。镇江市气象局装备中心主任田永飞深有体会,他说,只需要2至3人,以及一部电脑、若干仪器,以观测场现场核查设备作为终端,组成观测场核查无线局域网,将串行校准模式改为并行校准模式,大大缩短了校准工作时间。

四季往复间,孕育着向上的力量,埋藏着巨变的种子。实打实的成绩换来了实打实的口碑:

温度和风速检定是最能直观感知的要素,如今——

零下10℃、0℃、20℃、50℃,这不是简单的四个数值,而是精密检测仪器给出的科学计量检定结果,其最大允许误差为±0.2℃。在温度、湿度、大气压力、降水计量实验室,通过自校式铂电阻数字测温仪的32个通道,实现32个温度传感器的同时检验,效率大为提升。

风速检定一直是消耗时间和资源最大的工作。在风洞实验室,通过70米/秒和40米/秒两套全自动风速检定系统,计量检定员只需轻点鼠标,伴随指令下达、风速传感器由传送带送至玻璃窗口、机械臂有序挥舞将传感器精准固定,风洞自动检定系统让风速检定能力提高4倍至5倍,年检定能力超2000个。

“这是一点点‘积攒’出来的创新路。”王冰梅说,向技术要效益和效率,再造计量检定流程,不仅释放了人力,还构建了省-市集约化气象计量检定业务新格局。

此外,从2015年起,江苏区域自动气象站维保服务全面外包,除每月巡检外,还明确要求5要素传感器全部进入实验室检定。检定周转传感器由保障公司提供,按计划定期到省气象计量实验室送检,完成区域站传感器的两年一周期检定更换。江苏气象计量检定人员还为外场维护定制开发了巡检系统小程序,第一时间把区域站的“体检”信息传回省级监控平台。

精益求精 以大计量之谋略刻画新的“方圆”

实际上,江苏每一个跳动的气象观测数据都是从计量站溯源而来,甚至溯源至国际。

王冰梅坦言,气象计量是一个窄窄的业务领域,但需要处理的细节特别多——很多工作不是照搬就可以,这支队伍需要既懂气象,又懂计算机,还需要扎实的功底和创新活力。

气象计量工作牵涉方方面面,与国省市县业务平台、各级业务人员、企业密切相关,每一次试验、流程改革、装备配备都离不开各方的协同配合,必须有科学的管理办法。为此,江苏省气象局于2016年印发业务规定,明确省市县三级计量检定业务职责、业务流程和现场核查技术规范,相关内容也于2019年纳入《江苏省气象局质量管理体系文件》,实现与国际认证体系ISO9001接轨。

今年7月19日,南京出现暴雨、局部大暴雨,双闸街道小时雨强为112.1毫米。为了确认雨强极值数据的可靠性,江苏省气象探测中心第一时间通过气象装备巡检系统查询外场设备巡检情况,并通过计量检定信息管理平台查询自动站传感器检定有效期。

核对发现,该站温度、湿度、气压,风向、风速传感器先后在2022年5月至9月完成计量检定,且器差均在允许范围和两年有效期内——确保观测设备终端的可靠性。江苏省气象局同时向中国气象局气象探测中心反馈“观测数据可靠”的结论。

近年来,江苏龙卷风多发,作为一类局地性、小尺度、突发性的强对流天气,“明察秋毫”的气象计量使风速观测值成为龙卷风定级的重要参考。

在这支气象计量队伍中,具有一级注册计量师执业资格4人、高级工程师5人。他们发扬“工匠精神”,保持着科研热情,相关成果先后获得厅局级奖4项、发明专利3项、实用新型专利5项、计算机软件著作权4项。

江苏省气象探测中心计量检定科高级工程师邹超算了一笔时间账:如今,平均每年从事气象计量检定的时间大致为100天左右,其余时间则结合新需求开发新产品。邹超是中国计量大学检测技术与自动化专业硕士,来到江苏气象部门从事计量检定工作,12年来,他逐渐成长为业务骨干。

今年10月刚刚结束在中国气象局气象探测中心为期一年半访问学习的徐进,是江苏省气象探测中心运行监控科高级工程师,他充分吸收计量信息和数据质量控制知识,推进气象计量社会化保障。江苏气象观测装备传感器检定信息首次同步显示“天元”系统就有他的一份努力。

作为实验室检定的补充,现场校准是气象计量的重要方式。今年,江苏启动市级移动校准系统二期研发,对现场校准项目进行拓展升级,增加国家站蒸发传感器和降水现象仪的现场核查功能,同时对采集器信号源进行迭代升级。

如今,江苏省气象计量站还为各行各业用户送检仪器提供优质检定服务,持续为全省十余家民航机场和通用机场提供自动气象站年度现场校准服务,并通过扫码方式提供跟踪服务,做到部门内外“编码”有别。

江苏省气象局党组书记、局长张晶表示,未来将继续开拓创新,做好各类气象技术装备计量检定的自动化、信息化和社会化工作,提升气象技术装备的保障能力,提高气象数据准确性,为气象科技能力现代化和社会服务现代化贡献江苏力量。

(作者:王亮 孙啸 王旭 丁仁惠 责任编辑:张林)



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