氣象行業(yè)標準《海洋氣象觀測規(guī)范漂流觀測儀》編制說明

一、工作簡況

1.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(guī)范漂流觀測儀。

2.協(xié)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。

3.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(guī)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(guī)

范做成系列標準，海洋氣象漂流儀觀測規(guī)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(jié)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(jù)全國氣象儀器與觀測方法標準化技術委員會下發(fā)《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(jù)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(yè)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。

4.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(jù)

1.編制原則

本標準依據(jù)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(guī)則起草，并堅持以下原則：

(1)科學性和規(guī)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(shù)據(jù)協(xié)議等方面，兼顧當前主流

技術和未來的發(fā)展趨勢，做到科學性和規(guī)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(yè)現(xiàn)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(xiàn)有的成熟規(guī)范或經過驗

證的試驗方法，確保標準的實用性。

(3)協(xié)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?shù)恼{整，達到內容全面，規(guī)定具體，語言通俗，易

于實施。

2.主要內容的依據(jù)

(1)國內外研究現(xiàn)狀調研

1)應用背景

根據(jù)海洋氣象觀測的業(yè)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(fā)及應用于2014年實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，觀測數(shù)據(jù)已經在氣象觀測及預報業(yè)務中得到應用，，海洋部門及氣象部門多

個規(guī)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(tǒng)一海洋氣象漂流

觀測儀觀測，需規(guī)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(fā)揮儀器觀測效

益。

2）國外發(fā)展情況

國外的漂流浮標探測技術發(fā)展較早且達到了形成標準規(guī)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(shù)量布放漂流浮標進行海

洋氣象的觀測，世界氣象組織的JC0MM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(shù)據(jù)。1997年歐美各國科學家開始了SVP-B（增加氣壓傳感器）業(yè)

務應用，并不斷進行試驗和完善改進，2009年DBCP發(fā)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(yè)

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(shù)據(jù)，觀測數(shù)據(jù)已經在氣象觀

測及預報業(yè)務中得到應用，海洋部門及氣象部門多個規(guī)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(yè)務中。

（2）參考依據(jù)

本標準主要依據(jù)的標準包括：

GB/T2423.1-2008電工電子產品環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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：

[1]《GB/T14914-2006海濱觀測規(guī)范》

[2]《GB/T12763.1—2007第1部分總則》

[3]《GB/T12763.2—2007第2部分海洋水文觀測》

[4](GB/T12763.3—2007第3部分海洋氣象觀測》

[5]《GB/T13972-1992海洋水文觀測儀器通用技術條件》

[6]《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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電源供電系統(tǒng)和漂流浮標結構系統(tǒng)、控

制系統(tǒng)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(jù)《海洋氣象觀測漂流儀功能規(guī)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(jù)當?shù)赜^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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以低功耗、多功能的微處理器為核心構成主控制及數(shù)據(jù)采集器。

通過配置氣象和海洋水文傳感器及相關的數(shù)據(jù)采集處理構建漂流浮標的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng);

浮標的姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)使用九軸姿態(tài)和GPS實時監(jiān)控浮標的定位和姿態(tài)信息，同時為觀測數(shù)據(jù)

的訂正提供校準參數(shù)；以北斗衛(wèi)星通訊為主數(shù)據(jù)通訊手段，同時預留了ARGOS衛(wèi)星及國產低

軌衛(wèi)星通信方式；電源系統(tǒng)為整個漂流浮標觀測系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、狀態(tài)檢測

操作等等嚴格按照時序控制管理執(zhí)行，時序通過GPS或北斗進行準確校時。主控制及數(shù)據(jù)采

集器的功能要求：

(1)對各種氣象水文傳感器、系統(tǒng)運行狀態(tài)信息、浮標姿態(tài)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(jù)規(guī)定的算法，計算出瞬時氣象值，又稱氣象變量瞬時值；

(4)根據(jù)質控算法對采樣數(shù)據(jù)進行質量檢查和標識；根據(jù)姿態(tài)信息、位置信息等對采

集數(shù)據(jù)進行修正；

(5)具有電源控制系統(tǒng)，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--1100hPa±0.IhPa±lhPa

海面風速Om/s-，60m/s±0.Im/s±lm/s（或10%）

海面風向0°?360°±1°±15°

海面氣溫-15℃?40℃±0.1℃±0.5℃

海水溫度-2℃740℃±0.01℃±0.1℃

海水鹽度(電導率)0mS/cm~65mS/cm+0.OlmS/cm+0.05mS/cm

海面紅外測量溫度-2℃~40℃±0.3℃±1℃

（5）數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質量控制、通訊協(xié)議等要求

1）規(guī)定數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質量控制方法的必要性。

為了保證漂流觀測儀的數(shù)據(jù)準確性、一致性和可比性，規(guī)定其采樣、算法和質

控方法是必要的。

2）數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質量控制方法的合理性。

本標準規(guī)范的數(shù)據(jù)采用處理算法和質控算法，是根據(jù)《GB/T33703-2017自動

氣象站觀測規(guī)范》規(guī)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(qū)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(guī)范》和《GB/T33697-2017公路交通氣象監(jiān)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(guī)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

海水溫度

海面紅外測量溫

6次/min

度算術平均值法

或30次/min

海水鹽度（電導

率）

海面氣壓

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

海面風速4次/s

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。

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

海面風向1次/s

為步長（取1分鐘平均值）計算每分鐘的10分鐘平均。

（6）數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、狀態(tài)信息、遠程控制等要求

——數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、狀態(tài)信息的要求參考了《GB/T33703-2017自動氣

象站觀測規(guī)范》的規(guī)定。

——遠程控制的規(guī)定，滿足了中國氣象局對綜合氣象觀測系統(tǒng)智能化發(fā)展需求

提出的相關功能要求。

1）數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?/p>

——漂流觀測儀的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應按照規(guī)定時序間隔發(fā)送觀測數(shù)據(jù)、浮標的地理坐

標信息以及浮標狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信以北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)為主通信系統(tǒng)，另外還

需要預留ARGOS衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或國產低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)；為了提高通信效率，具有

對測量數(shù)據(jù)能夠進行編碼壓縮處理的功能。數(shù)據(jù)傳輸以定時主動上傳的方式進行。

2）數(shù)據(jù)存儲的要求

——漂流觀測儀的觀測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)等。

3）數(shù)據(jù)通信格式

——由于海洋氣象漂流觀測儀采用北斗衛(wèi)星通信為主通訊方式，而北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)通

信的帶寬指標：

a）通信頻度：1次/每分鐘；

b）數(shù)據(jù)幀長度：三72字節(jié)。

c）對海洋氣象漂流觀測儀的數(shù)據(jù)通信采用了最大限度的壓縮。數(shù)據(jù)格式包括兩種分

別為不帶紅外測溫數(shù)據(jù)格式和帶紅外測溫數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析來發(fā)現(xiàn)設備的問題，針對問題提出改進方案，并最終確

定設備穩(wěn)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(jù)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(tài)對比試驗，為進一步獲取儀器在實驗室的性能數(shù)據(jù)，

采用溫濕壓聯(lián)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(tài)試驗，可以看作為試驗室外性能數(shù)據(jù)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(xù)的觀測數(shù)據(jù)。

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(huán)境適應性，獲取長時間連續(xù)觀測數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)。

3結論

通過6次海上觀測試驗的數(shù)據(jù)綜合分析表明：