摘要：文章分析了自動氣象站非自主可控帶來的卡脖子問題，提出了自動氣象站自主可控的要求，并結(jié)合當(dāng)前自動氣象站技術(shù)自主可控現(xiàn)狀，從制定發(fā)展前沿科技企業(yè)戰(zhàn)略、加快產(chǎn)業(yè)融合、提高研究經(jīng)費投入、加強(qiáng)創(chuàng)新型人才引進(jìn)和培養(yǎng)、多元化采購、大力支持并發(fā)展國產(chǎn)設(shè)備、校企合作-協(xié)同發(fā)展、制定相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范等方面給出高端氣象裝備自主可控發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：自動氣象站；自主可控；發(fā)展策略

中圖分類號：P412" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

黨的十九大對中國加快努力建設(shè)創(chuàng)新型現(xiàn)代化國家、增強(qiáng)核心自主創(chuàng)新驅(qū)動能力建設(shè)作出進(jìn)一步安排部署及組織動員，提出了加強(qiáng)重點關(guān)鍵基礎(chǔ)共性技術(shù)、顛覆性自主技術(shù)創(chuàng)新體系、引領(lǐng)性核心技術(shù)原創(chuàng)和成果實現(xiàn)重大突破等重要措施。由此可見，只有最終實現(xiàn)關(guān)鍵產(chǎn)品核心技術(shù)自主開發(fā)可控，才能保證將產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新持續(xù)發(fā)展的最終主動權(quán)真正牢牢地掌握在自己手中［1-2］。

在氣象領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科技水平的迅猛發(fā)展，我國多個地區(qū)實行建立綜合氣象觀測業(yè)務(wù)體系，多種現(xiàn)代化先進(jìn)的氣象觀測裝備例如新型自動氣象站、氣象雷達(dá)、區(qū)域自動氣象站、降水天氣現(xiàn)象儀等開始廣泛應(yīng)用于各級氣象部門。而目前大部分高端氣象裝備或核心技術(shù)依賴進(jìn)口，要想實現(xiàn)完全自主可控，必須從元器件材料、設(shè)計、生產(chǎn)工藝、軟件系統(tǒng)、分系統(tǒng)到整機(jī)都不受制于國外，目前還不能完全做到核心技術(shù)不依賴進(jìn)口。為了解決核心技術(shù)“卡脖子”“受制于人”等問題，大力發(fā)展信息技術(shù)及應(yīng)用創(chuàng)新已成為目前國家的一項重要戰(zhàn)略，也是當(dāng)今形勢下發(fā)展國家經(jīng)濟(jì)的必然趨勢［3-4］。在國家政策層面，自主可控、國家創(chuàng)新體系建設(shè)、國產(chǎn)替代等成為“關(guān)鍵詞”；在地方政策層面，信創(chuàng)產(chǎn)業(yè)示范基地、信息技術(shù)創(chuàng)新平臺、協(xié)同發(fā)展等成為“關(guān)鍵詞”。為此，國家有關(guān)機(jī)構(gòu)陸續(xù)出臺了相應(yīng)的法規(guī)文件、采取了一些措施，國務(wù)院制定了《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要（2022—2035年）》［5］，其中提到，截至2025年，氣象核心技術(shù)達(dá)成自主可控，旨在推動我國氣象裝備的自主發(fā)展，促使我國高端氣象裝備盡早實現(xiàn)自主可控。

自動氣象站是指能完全按系統(tǒng)設(shè)定好的任務(wù)要求，自動采集地面目標(biāo)天氣所需觀測的多種環(huán)境氣象要素信息并進(jìn)行處理、存儲分析和自動傳輸處理的大型地面氣象綜合觀測設(shè)備［6］，其突出特點在于具有減少了大量人工進(jìn)行的地面觀測活動的重復(fù)工作量、提高了地面觀測系統(tǒng)設(shè)備使用的質(zhì)量、確保觀測的時效、降低觀測業(yè)務(wù)成本、改善觀測業(yè)務(wù)條件等優(yōu)點。

目前，在我國已經(jīng)運行多年有關(guān)自動氣象站的業(yè)務(wù)，廣大氣象工作者們在實踐中積累了豐富的臺站工作經(jīng)驗，但同時在運行過程中發(fā)現(xiàn)了形形色色的觀測問題［7］。例如：系統(tǒng)設(shè)計的整體開放性較低，數(shù)據(jù)采集器必須與相應(yīng)類型的氣象傳感器相匹配，不利于后期進(jìn)行氣象傳感器的更換或添加。另外，盡管我國的自動氣象站行業(yè)有了較快的發(fā)展，但國內(nèi)氣象市場上的傳感器產(chǎn)品整體技術(shù)水平較低，不能與國內(nèi)自動氣象站的快速發(fā)展態(tài)勢相匹配。國內(nèi)氣象工作者在改進(jìn)傳感器技術(shù)方面也做了不少工作［7］，距離達(dá)到世界先進(jìn)水平的目標(biāo)還存在著較大的差距，阻礙了未來自動氣象站技術(shù)進(jìn)一步快速發(fā)展。在核心技術(shù)受限的情況下，只能依賴進(jìn)口。

1 國內(nèi)外自動氣象站發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外自動氣象站

國外自動氣象站技術(shù)發(fā)展的時間較長，相對于國內(nèi)的氣象站來說更加先進(jìn)。最早將自動氣象站用于氣象觀測是在20世紀(jì)60年代左右，由芬蘭、美國等多個國家率先使用并發(fā)展至今。而在20世紀(jì)80年代，美國、芬蘭等多個國家就已具有成熟的自動氣象站技術(shù)，并將其廣泛地運用在地面氣象觀測網(wǎng)中。關(guān)于自動氣象站的設(shè)備生產(chǎn)，國外已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗，生產(chǎn)的產(chǎn)品精確且穩(wěn)定。在自動氣象站的應(yīng)用領(lǐng)域也做了充分的探索。除了掌握常規(guī)的傳感器技術(shù)，國外有關(guān)監(jiān)測雷電、濕度、云層、能見度等要素的傳感器技術(shù)也已經(jīng)十分成熟。

國外主要氣象業(yè)務(wù)公司有Vaisala公司、Davis公司、Siap 公司等。以芬蘭的Vaisala公司為例，Vaisala公司是世界上知名的氣象產(chǎn)品公司，其自動氣象站產(chǎn)品也處于世界領(lǐng)先水平，產(chǎn)品目前已被全球多個地區(qū)和組織、幾十個國家用于開展氣象觀測活動。該公司研發(fā)的自動氣象站AWS810系統(tǒng)等就具有解決方案成熟、助力現(xiàn)代氣候觀測網(wǎng)絡(luò)、安全性高、易于部署和維護(hù)等優(yōu)良特性。在與自動氣象站相關(guān)的技術(shù)中，國外的數(shù)據(jù)采集器、氣象傳感等技術(shù)相對于國內(nèi)都更為先進(jìn)。產(chǎn)品的精確性和穩(wěn)定性優(yōu)秀，實際操作簡單便捷，可以根據(jù)用戶的不同需求對傳感器的種類和數(shù)量進(jìn)行靈活地改變，用戶可以自由地配置數(shù)據(jù)輸出的格式，具有良好的保護(hù)措施，適合復(fù)雜環(huán)境使用。

1.2 國內(nèi)自動氣象站

相對國外來說，我國對自動氣象站的分析與發(fā)展是在近20年才開始的。1999年，我國將5套從芬蘭Vaisala公司引進(jìn)的自動氣象站投入觀測運行，標(biāo)志著我國首次在氣象觀測中正式使用自動氣象站，從此中國氣象觀測歷程進(jìn)入了一個新的階段。同時，自動氣象站的自主研制生產(chǎn)也在加速進(jìn)行，并在2000年1月1日正式將第一批自主生產(chǎn)的自動氣象站投入業(yè)務(wù)運行。

2012年，中國建設(shè)了33 000多個區(qū)域自動氣象站，鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋率達(dá)到85%以上。目前，國內(nèi)自動氣象站基本實現(xiàn)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)全面覆蓋，國家級氣象觀測站基本實現(xiàn)了絕大多數(shù)氣象要素的自動化觀測。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2018年底，國家級氣象觀測站點數(shù)量達(dá)10 602個，區(qū)域自動氣象站點數(shù)量達(dá)53 395個。

國內(nèi)較為出名的氣象公司有華云公司、長春氣象儀器廠、中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司、江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司等。國家氣象局已經(jīng)制定了氣象數(shù)據(jù)開放的政策，關(guān)于部分氣象技術(shù)的發(fā)展開拓只是時間問題，與此同時，國內(nèi)有關(guān)氣象的產(chǎn)業(yè)市場開始活躍起來，涌現(xiàn)了一大批新的氣象服務(wù)公司。在5年以內(nèi)，國內(nèi)氣象市場將會產(chǎn)生很大的變革。由于起步較晚，雖然國內(nèi)氣象部門高度重視發(fā)展自動氣象站，但相關(guān)技術(shù)依舊存在缺陷，在現(xiàn)代觀測和數(shù)值預(yù)報等核心高技術(shù)方面存在空缺，與世界先進(jìn)水平存在差距。目前，我國已普遍使用自動遙測氣象站，實現(xiàn)了人工氣象站與自動氣象站相結(jié)合、聯(lián)合觀測的目標(biāo)。為了縮小差距甚至做到反超，實現(xiàn)國內(nèi)自動氣象站自主可控發(fā)展，需要對現(xiàn)有的自動氣象站部分方面進(jìn)行改造。

1.3 自動氣象站面臨的問題

傳感器是自動氣象站的關(guān)鍵部件。其中，基本六要素傳感器是觀測氣象基本六要素的（溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、風(fēng)速、風(fēng)向、降水等情況）傳感器。關(guān)于輻射、日照觀測的傳感器，它的測量項目比較多，有散射輻射、反射輻射、直接輻射等。由于自動氣象站不能準(zhǔn)確地識別云的類別及數(shù)量，因此關(guān)于云的觀測其實是人工完成的。如果要做到機(jī)器觀測，則需要相應(yīng)調(diào)整其分類和記錄標(biāo)準(zhǔn)使其結(jié)合實際。

由于傳感器需要面對各種氣象環(huán)境，其質(zhì)量要求是十分重要的。目前，國內(nèi)尚有許多自動氣象站的傳感器或傳感器的零部件依賴進(jìn)口，部分產(chǎn)品還沒有實現(xiàn)業(yè)務(wù)化，甚至某些傳感器例如天氣現(xiàn)象傳感器在國內(nèi)還沒有成熟且完善的產(chǎn)品。國內(nèi)的傳感器產(chǎn)品與進(jìn)口的相比，無論是精度、穩(wěn)定性還是產(chǎn)品質(zhì)量都存在一定差距。國內(nèi)大部分的數(shù)據(jù)采集器必須使用在適合的自動氣象站中，傳感器的參數(shù)、數(shù)量和適合的接口也不盡相同。因此，當(dāng)需要進(jìn)行擴(kuò)充自動氣象站觀測功能，增加新的氣象要素傳感器時，不能直接進(jìn)行升級，必須對其進(jìn)行更換，從而造成重復(fù)建設(shè)和資源浪費。目前，國內(nèi)大多數(shù)自動氣象站的結(jié)構(gòu)為集中式，各廠家的傳感器產(chǎn)品之間缺少聯(lián)系性，很難互相替換，在維修或更換傳感器時需要重新進(jìn)行復(fù)雜校準(zhǔn)標(biāo)定。要想擺脫對國外的依賴，必須有一套自主可控策略。

2 國內(nèi)自動氣象站自主可控策略研究

要想實現(xiàn)自動氣象站的完全自主可控，“閉門造車”是行不通的，必須向發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)他們先進(jìn)的理念、技術(shù)、服務(wù)和解決方案等，唯有這樣，才能加速與發(fā)達(dá)國家先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品的融合，進(jìn)而做出具有鮮明中國特色的產(chǎn)品。除此之外，產(chǎn)業(yè)鏈的打造，需要政府引導(dǎo)、市場輔導(dǎo)，調(diào)動和利用國內(nèi)各方面的資源，以保障產(chǎn)業(yè)鏈的完整性。

2.1 制定發(fā)展前沿科技企業(yè)戰(zhàn)略

提高中國關(guān)鍵氣象核心技術(shù)項目的技術(shù)研發(fā)能力與自主可控化能力水平程度，確保關(guān)鍵核心技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)研發(fā)自主可控，強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)能力及保障技術(shù)服務(wù)配套能力，制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章體系、人才資源與技術(shù)保障等總體完善、科學(xué)的核心技術(shù)支持服務(wù)政策，改善能促進(jìn)我國關(guān)鍵科技項目長期高效協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展的、現(xiàn)代化水平提高的重大制度基礎(chǔ)及其保障。貫徹落實國防科工委關(guān)于“爭高端、促轉(zhuǎn)型、強(qiáng)基礎(chǔ)”專項行動計劃要求的制造技術(shù)總體目標(biāo)。提升產(chǎn)學(xué)研合作力度，激勵相關(guān)高校、科研機(jī)構(gòu)和芯片企業(yè)合作，培育綜合型的、高級技術(shù)人才，按照企業(yè)廣泛需要的人才類型定向培育專業(yè)人才。不僅如此，還應(yīng)主動錄用國外的專業(yè)人才，使世界一流的技術(shù)類人才進(jìn)入中國的氣象裝備行業(yè)，將內(nèi)部培養(yǎng)和外部招聘相互結(jié)合。

2.2 加快產(chǎn)業(yè)融合

為提升產(chǎn)業(yè)在國際上的核心競爭能力，加快產(chǎn)業(yè)融合速度，推動產(chǎn)業(yè)之間的技術(shù)融合和加速知識在不同產(chǎn)業(yè)之間的流通，使氣象裝備行業(yè)中無法解決的關(guān)鍵核心技術(shù)難題能夠在自動化信息技術(shù)行業(yè)中發(fā)現(xiàn)解決的辦法。產(chǎn)業(yè)之間知識的溢出、流通、融合、再創(chuàng)新的過程也能反過來助力企業(yè)技術(shù)的不斷提升和創(chuàng)新，能不斷地弱化產(chǎn)業(yè)之間的技術(shù)壁壘，逐漸模糊產(chǎn)業(yè)的技術(shù)邊界，這樣氣象裝備行業(yè)的國際競爭能力就能不斷提高。同時還要合理地進(jìn)行跨產(chǎn)業(yè)的企業(yè)并購，并購時需要考慮企業(yè)的技術(shù)條件、企業(yè)規(guī)模、共性技術(shù)及產(chǎn)業(yè)適應(yīng)性，絕不能盲目地進(jìn)行企業(yè)并購，這樣才能更好、更有效地銜接各產(chǎn)業(yè)間業(yè)務(wù)和技術(shù)的融合，提高氣象裝備行業(yè)在專利技術(shù)上的競爭能力。

2.3 提高研究經(jīng)費投入

國家應(yīng)適當(dāng)提高發(fā)展有關(guān)技術(shù)的研究經(jīng)費，制定有關(guān)政策促進(jìn)核心技術(shù)的自主發(fā)展，設(shè)立獎勵制度，對目標(biāo)完成度高的機(jī)構(gòu)進(jìn)行表彰并提高資金支持。政府需健全有關(guān)的激勵體系，利用優(yōu)化稅制、減免稅收等措施，使企業(yè)更好地投入研發(fā)活動，從而驅(qū)動氣象裝備行業(yè)的快速發(fā)展。同時，應(yīng)建立權(quán)威的相關(guān)評測機(jī)構(gòu)，對自主發(fā)展核心技術(shù)工作的完成情況進(jìn)行權(quán)威的評價并進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)。

2.4 加強(qiáng)創(chuàng)新型人才引進(jìn)和培養(yǎng)

企業(yè)間的彼此競爭，說到底體現(xiàn)在人才間的競爭上，擁有足夠多的創(chuàng)新型技術(shù)人才是確保提高氣象裝備自主可控性的關(guān)鍵。第一，應(yīng)當(dāng)不斷地引進(jìn)優(yōu)秀人才；第二，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化人才培育模式；第三，應(yīng)當(dāng)健全人才管理模式，科學(xué)地激勵且穩(wěn)住人才。

2.5 多元化采購

盡可能減少對某個技術(shù)壟斷廠商的依賴，可以尋找其他同類產(chǎn)品進(jìn)行多元化采購，避免單一廠商的壟斷。與技術(shù)壟斷廠商進(jìn)行合作，達(dá)成雙贏的局面。通過與技術(shù)壟斷廠商進(jìn)行技術(shù)交流、聯(lián)合研發(fā)等方式，提高企業(yè)的技術(shù)水平，同時也能獲得更好的服務(wù)和支持。

2.6 大力支持并發(fā)展國產(chǎn)設(shè)備

國產(chǎn)創(chuàng)新設(shè)備一直都是國家關(guān)注的重點，從原來的鼓勵國產(chǎn)到優(yōu)先國產(chǎn)，再到現(xiàn)在的采購國產(chǎn)。通過鼓勵和規(guī)范采購國產(chǎn)設(shè)備及儀器，既是促進(jìn)國產(chǎn)品牌自主創(chuàng)新之舉，也能避免在關(guān)鍵技術(shù)上被“卡脖子”，加大對國產(chǎn)設(shè)備及儀器企業(yè)政策扶持力度，讓國產(chǎn)設(shè)備及儀器有更多“用武之地”。

2.7 校企合作-協(xié)同發(fā)展

采用學(xué)校與企業(yè)之間“優(yōu)勢互補(bǔ)、合作共贏、協(xié)同發(fā)展”的發(fā)展模式，建立“校企合作、產(chǎn)研結(jié)合”協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制，彌補(bǔ)學(xué)校設(shè)備不足的缺陷，把科研過程的想法更好地付諸實踐，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢實現(xiàn)資源共享，減少資源浪費。

2.8 制定相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范

為了使得未來自動氣象站行業(yè)具有更強(qiáng)的兼容性，需要制定相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范，其中應(yīng)包括自動氣象站的分布規(guī)范、采集器設(shè)計規(guī)范、數(shù)據(jù)格式與傳輸規(guī)范以及觀測方法的規(guī)范等。這些規(guī)范有助于企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)有針對性地開展研究及工藝控制，更好地促進(jìn)自動氣象站技術(shù)發(fā)展。

3 結(jié)語

本文分析了發(fā)展自動氣象站的國內(nèi)外環(huán)境及概況，分析了發(fā)展自動氣象站所面臨的部分問題，提出了自主可控發(fā)展自動氣象站的策略及要求，指出國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)存在的差異；并根據(jù)當(dāng)前自動氣象站技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，從改進(jìn)自動氣象站產(chǎn)品技術(shù)及結(jié)構(gòu)、完善地面氣象觀測規(guī)范、建立核心技術(shù)支撐體系、提高研究的經(jīng)費投入及政策扶持、加強(qiáng)氣象領(lǐng)域人才培養(yǎng)等方面給出自主發(fā)展自動氣象站的策略。

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（編輯 李春燕編輯）

Research on autonomous and controllable development strategy of domestic automatic weather stationsMei" Yong1， Zhuang Jianjun1， Li Jiahao2， Shi" Hongda2

（1.Engineering Training Center，Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China;

2.Changwang School of Honors， Nanjing University of Information Science and Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract：" This paper analyzes the bottleneck problem caused by non autonomous control of automatic weather stations， proposes the requirements for autonomous control of automatic weather stations， and combines the current situation of autonomous control of automatic weather station technology to formulate strategies for developing cutting-edge technology enterprises， accelerate industrial integration， increase research funding investment， strengthen the introduction and cultivation of innovative talents， diversify procurement， vigorously support and develop domestic equipment， and cooperate with schools and enterprises for collaborative development， develop corresponding industry standards and provide strategies for the independent and controllable development of high-end meteorological equipment.

Key words： automatic weather station; autonomous and controllable; development strategy