CC BY
33
2014
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА
№ 210
УДК 551.509
О КОНЦЕПЦИИ ПОСТРОЕНИЯ СЕТИ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ
О.А. ЕВТУШЕНКО
Статья представлена доктором технических наук, профессором Фридзоном М.Б.
Рассмотрена концепция построения сети метеонаблюдений. Приведены факторы, влияющие на улучшение качества прогноза погоды. Показаны этапы создания сети.
Ключевые слова: метеорологическое наблюдение, метеокомплекс.
Проблема прогноза опасных явлений была и остаётся наиболее сложной в гидрометеорологии на мировом уровне, а задача повышения качества и заблаговременности таких прогнозов - одна из актуальных и важнейших задач национальных гидрометеорологических служб.
В решениях Международной конференции по проблемам гидрометеорологической безопасности (г. Москва 2006 г.) и 15-й сессии Региональной ассоциации (РЛУ1) (Европа) (ВМО, Бельгия 2009 г.), посвящённых вопросам создания и совершенствования систем раннего обнаружения опасных гидрометеоявлений и прогнозирования их развития, необходимо развивать и совершенствовать наблюдательную сеть.
Идея создания специализированной автоматической сети метеорологических наблюдений (САСМН), размещаемой на вышках сотовой телефонной связи, ООО была воплощена в специальном проекте [1], и сформирована следующая концепция построения сети [2].
САСМН должна обеспечивать измерение следующих величин:
а) скорости (включая вертикальную составляющую) и направления ветра;
б) атмосферного давления (с приведением к уровню моря);
в) температуры и относительной влажности воздуха;
г) количества и интенсивности жидких осадков.
Кроме того, должны быть предусмотрены возможности измерения радиоактивности, актинометрических и оптических параметров, парниковых газов, турбулентности, отдельных параметров загрязнения воздуха.
Диапазоны, погрешности измерения, осреднение измеренных величин должны соответствовать требованиям, предъявляемым к основной наблюдательной сети.
Это позволит с помощью САСМН, как дополнительной наблюдательной сети, реализовать обеспечение современных систем локального прогноза погоды и систем прогноза опасных явлений, в том числе техногенного характера, за счет дополнительной и более детальной информации относительно существующей сети метеонаблюдений, вследствие чего появится возможность существенно улучшить качество локальных прогнозов погоды и прогнозов переноса выбросов загрязняющих веществ за счет следующих факторов:
- повышение плотности размещения метеорологических станций для улучшения информационного обеспечения оперативной деятельности организаций Росгидромета и других потребителей;
- возможность оценки температурной стратификации атмосферы по данным градиентных измерений температуры и скорости ветра на двух-трёх уровнях;
- повышение надежности и достоверности данных, получаемых ЦГМС и Гидрометцентром РФ благодаря измерению на 2-х или 3-х уровнях основных параметров атмосферы: скорости и направления ветра, температуры и влажности воздуха, а также характеристик турбулентности.
Информация с верхних уровней измерений важна для верификации мезомасштабных
моделей прогноза погоды и планируемых Гидрометцентром РФ работ по региональному усвоению данных.
В качестве примера рассмотрим экспериментальную районную сеть в Калужской области, в составе десяти автоматических метеокомплексов (МК), размещенных на вышках сотовой связи.
Калужским ЦГМС были определены следующие места возможного размещения МК: г. Калуга (вблизи Азарово), г. Юхнов, г. Моссальск, г. Хвастовичи, г. Людиново, село Тимашово (вблизи г. Обнинска). На настоящее время внедрены четыре метеокомплекса: г. Калуга, г. Юхнов, с. Тимашово. При этом были приняты во внимание следующие соображения:
- в г. Калуга сравнительно недалеко от сотовой башни расположена стационарная метеостанция и имеется возможность сравнения ее данных с данными метеокомплекса;
- в г. Юхнов нет стационарной метеостанции, у Калужского ЦГМС есть потребность получения данных о метеообстановке на западе области;
- в с. Тимашово место выбрано исходя из удобства расположения для проведения отработки технических и программных решений, связанных с функционированием МК на двух уровнях постановки, методик сравнительных наблюдений, методик поверки.
Исходя из целей создания САСМН, на данном этапе было выбрано следующее размещение метеокомплексов на сотовых башнях по высоте:
- в Тимашово размещены два МК, один на площадке 12 м, второй на площадке 36 м (рис. 1).
- в Калуге МК размещен в соответствии с требованиями к их размещению для наземной сети (датчики температуры и влажности воздуха на высоте 2 м, датчик ветра на высоте 10 м от поверхности почвы). На рис. 2 показано размещение датчиков температуры и влажности воздуха на высоте 2 м;
- в г. Юхнов метеокомплекс установлен на высоте 36 м.
Блок обработки данных
iiiiiXk
■ I / HI
Датчик температуры и влажности
Датчик параметров ветра ДВМ
Рис. 1. Размещение метеокомплекса в Тимашово
Использованы сертифицированные метеокомплексы МК-14 и МК-26, соответствующим образом доработанные для решаемых САСМН задач.
Доработки касались представления сообщений МК в коде КН-01, ввода в состав МК сотового модема, организации передачи данных на FTP- сервер и на электронную почту. В метеокомплексах использованы следующие датчики:
- датчик ветра ДВМ;
- датчик температуры воздуха ПТС-100;
- датчик атмосферного давления "Мида" для МК-14 и "ПДТК" (кварцевый) для МК-26;
- датчик влажности воздуха HMP-45 для МК-14, SHT- 71 для МК-14.
54
О.А. Евтушенко
Рис. 2. Размещение датчиков температуры и влажности воздуха на высоте 2 м
Кроме того, к МК-14 в г. Юхнов подключен датчик количества жидких осадков "Капля". На рис. 3 пока
Получены следующие результаты:
- отказов в функционировании собственно метеокомплексов не зафиксировано (срок эксплуатации разных МК от 6 мес. до 1 г.);
- отработаны статконструкции для размещения метеодатчиков на башнях сотовой связи;
- при использовании сети e-mail значительный процент сообщений (порядка 15) либо утерян, либо поступает с временной задержкой относительно сроков измерений от 1 ч и более;
- при передаче данных непосредственно на сервер Гидрометцентра РФ в часовом режиме теряется не более 2-4 % от числа всех сообщений, которые должны быть переданы от каждого МК. Эти данные получены за срок с середины ноября 2009 г. по март 2010 г.
Дальнейшим этапом работ по САСМН является решение методических аспектов, в том числе;
- оценка репрезентативности получаемых данных путем проведения сравнительных наблюдений, оценки влияния конструкции башни на результаты измерений параметров;
- разработка методики поверки;
- использование данных САСМН в оперативной деятельности ЦГМС и Гидрометеоцентра РФ, включая прогнозы опасных явлений, а также в мезомасштабных прогностических моделях.
1. Фридзон М.Б., Ермощенко Ю.М. Создание специализированной автоматической метеорологической наблюдательной сети на базе вышек сотовой связи с целью повышения достоверности и надежности метеоинформации о текущей погоде и прогнозов опасных явлений погоды // Метеорология и гидрология. - 2009. -
2. Создание с минимальными затратами специализированной автоматической метеорологической
Датчик параме ветра Д
Рис. 3. Размещение метеокомплекса в г. Юхнов
ЛИТЕРАТУРА
№2. - С. 93-100.
наблюдательной сети на базе вышек сотовой связи с целью повышения достоверности и надежности метеоинформации о текущей погоде и прогнозов опасных явлений погоды: аванпроект.
ABOUT CONCEPTION OF CONSTRUCTION OF NETWORK FOR METEOOBSERVATION
Еvtuchenko О.Л.
Conception of construction of network for meteoobservation is considered. Factors, influencing on improvement of quality of weather's prognosis are reduced. Stages of network's construction are shown.
Keywords: meteoobservation, meteocomplex.
Сведения об авторе
Евтушенко Олег Александрович, 1970 г.р., окончил ОЛАГА (1992), кандидат технических наук, директор ГосНИИ «Аэронавигация», автор 12 научных работ, область научных интересов - навигация, управление воздушным движением, обеспечение безопасности полетов.
