簡要概述

微型梯度氣象站，通常指的是高度在2米或者3米左右，按照高度不同，風、溫、濕、壓等常規(guī)氣象要素至少安裝有2層以上的自動氣象站。

常規(guī)的氣象要素包括風速、風向、空氣溫度和相對濕度、大氣壓、降雨等，更復雜一點的系統(tǒng)還包括輻射、降雪、地表溫度、以及土壤水分、土壤溫度、土壤鹽分等要素，在一些特殊環(huán)境中，還會對空氣中的水汽、二氧化碳、甲烷等做分層的梯度測量。

在實際使用和測量中，由于安裝高度對大氣壓、降雨和風向等要素的測量值影響較小，而且梯度安裝的測量實際意義不是很大，所以在設計梯度氣象站的時候，更多的考慮的是對風速、空氣溫度和相對濕度等做梯度處理。

組成部分

一個完整的微型梯度氣象站，通常包括以下六大單元：數(shù)據(jù)采集存儲單元、信號采集轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、系統(tǒng)供電單元、系統(tǒng)安裝支架單元以及人機互動單元。

數(shù)據(jù)采集存儲單元，通常是整個系統(tǒng)的核心，需要完成對整個大系統(tǒng)的各個部分的統(tǒng)一協(xié)作，功能化定制和初步數(shù)據(jù)存儲分析等功能。能夠把各個不同的東西集中到一起同步實現(xiàn)各自的功能和統(tǒng)一的目的，才是實現(xiàn)整個系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵，也是考驗一個數(shù)據(jù)采集設備性能強弱的關(guān)鍵。目前市面上用的數(shù)據(jù)采集設備，有CR系列數(shù)據(jù)采集器，DT系列數(shù)據(jù)采集器等。

信號采集轉(zhuǎn)換單元，也就是通常意義上說的傳感器變送器等、每個傳感器都針對不同的測量要素進行設計和制造，并通過特定的電路設計，完成內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換，把自然界中各種抽象的信息，通過特定的方式，變成人們能夠直觀感受到的具體的數(shù)字等。狹義的傳感器，只是進行對某個單一要素的感知和測量，必須要和其它設備，包括變送器、采集器等協(xié)同工作才能實現(xiàn)測量目的，但隨著科學技術(shù)的日益進步和現(xiàn)代化工業(yè)水平的提高，現(xiàn)在一個功能強大的傳感器，往往自身就可以獨立的實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲甚至遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，一個單個的傳感器就可以完整的實現(xiàn)一個系統(tǒng)的功能。

數(shù)據(jù)傳輸單元，就是為實現(xiàn)把數(shù)據(jù)采集單元里面已存儲數(shù)據(jù)和其它信息下載和異地采集存儲的單元。數(shù)據(jù)傳輸可以通過很多方式實現(xiàn)，比如有線的有RS232、RS485/422、SDI-12、電纜、光纖、網(wǎng)線等，還有無線方式的比如2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡、電臺、藍牙、ZigBee以及衛(wèi)星等。具體采用哪一種通訊方式，就要根據(jù)系統(tǒng)安裝現(xiàn)場的情況來選擇，比如通訊距離、施工難度、工程費用、網(wǎng)絡穩(wěn)定性等。

系統(tǒng)供電單元，目的就是實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的電源補給。根據(jù)安裝現(xiàn)場的情況、通?？蛇x擇市電供電、太陽能供電、風能供電或者單純的電池供電等、如果條件允許，可以選擇多種供電方式并存，以最大的保證系統(tǒng)電源的可靠和穩(wěn)定。

系統(tǒng)安裝支架單元，顧名思義，就是所有設備能夠架設起來并能夠完美實現(xiàn)其功能的安裝支架，包括主體支架，各個傳感器單獨的特制支架及連接件等。因為每個傳感器的設計思路工作原理不同，所以每個傳感器都有其唯一的特定支架。就微型梯度站而言，其主體支架一般是一個2米或者3米的三腳架或者獨立立桿，所有的設備都通過特制的連接件和支架集成安裝在主體支架上。

人機互動單元，通常是數(shù)據(jù)采集控制單元或者傳感器等設備和上位機實現(xiàn)直連和通訊的軟件部分。通過這個軟件，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集單元的系統(tǒng)功能設定和優(yōu)化，存儲方式選擇、下載方式自定義等功能，還可以通過人機互動軟件，實現(xiàn)對系統(tǒng)的運行狀態(tài)的監(jiān)控、過程監(jiān)控等。而針對傳感器的人機互動軟件，可以實現(xiàn)傳感器使用前后狀態(tài)檢查、性能判定和后期的運行模式調(diào)整、參數(shù)標定等功能。

測量要素及各部分功能

以2米的基本氣象六要素和增配土壤要素和輻射要素的微型梯度氣象站為例，其各部分的主要功能以及測量要素如下表。