邱杼炜，梁 锴，张 琪

广东省清远市气象局，广东清远 511518

现代技术的发展推动了我国各个行业快速进步，尤其是在农业领域体现出十分重要的价值。自动气象站的建立不仅帮助人们更清晰、精准地掌握气象信息，还为农业生产提供了便利。自动气象站的结构特殊，在运行状态下十分容易受到雷击损害。为加大对自动气象站运行状态的保护力度，相关部门开始探索如何防止自动气象站受到雷击，保障自动气象站运行的安全性与稳定性，使其能在农业生产中贡献力量。基于此，分析了自动气象站的工作原理与系统组成，结合自动气象站遭雷击事故的原因，探讨了其防雷技术，并详细阐述了自动气象站防雷技术对农业的影响，以期为农业生产与发展提供参考。

1 自动气象站概述

1.1 自动气象站工作原理

自动气象站的工作原理主要是运用微处理器进行采集处理和实时控制，一般气象因素与情况会不断发生变化，因此，不同的相应传感器在输出电量也会有所区别。而针对这些变化因素的采集，主要是由数据采集器负责的，同时还需进行定标与线性化处理。为了具体实现工程量与要素的转化，需要控制和掌握相关数据与质量。全过程处理结束后，能够得到气象台需求的数据，自动气象站在进行一系列工作后，会将实时数据传输至主控微机，并显示出来。

1.2 自动气象站系统组成

自动气象站主要是由传感器、采集器与传输模块、气象站支架、太阳能电板与蓄电池、后台电脑端、软件云平台等6个部分组成的，其具备监测风向、风速、温度、湿度、气压、雨量、土壤温湿度、辐射等常规气象要素的功能。其中，传感器的主要作用是监测气象要素信息，气象站支架的主要作用是放置设备，太阳能电板和蓄电池的主要作用是提供电力支持，后台电脑端主要作用是数据的展示和存储。采集器和传输模块的主要作用是气象要素的搜集与传送。

2 自动气象站遭受雷击事故的原因

2.1 数据采集器应雷击频率高

雷电对自动气象站带来的损害是十分严重的，一般自动气象站由室内与室外两个部分组成，室内为显示部分和资料处理部分。大多数直击雷会快速击中室外的数据采集器与传感器，尤其容易受到损害的部分是风杆，数据采集器也是容易受到雷击的部分[1]。数据采集器一般适用于气象观测数据接收、处理与传输，自动气象站数据采集器遭受雷电灾害的概率最大，主要原因是数据采集器中含有大量电路板、导线等电子元件，在遭到雷击时，会产生大量电荷，其内部导线的连接也为雷电入侵创造了有利条件。数据采集器是一种电子电路，其耐压能力较弱，对电池信号极为敏感，这也导致雷电向下时容易引起电子元件爆裂，从而导致自动气象站受到损害。

2.2 电缆或电源线引电

自动气象站工作过程中需依靠大量电缆与电线，当遭到雷击时，其雷电波会经过信号线进入其他电缆，在自动气象站附近发生雷击放电事故时，其周围也会产生电磁场，从而导致信号线或电源线上产生电动势，这些电能顺着导体传输至设备，导致设备受到严重损伤。直击雷对自动气象站的影响更为严重，一般直击雷产生的电流与雷电电池脉冲巨大，其会在数据传感器、电路等位置通过各种方式产生电压。此时，电信线路电压过高，一旦自动气象站部分位置出现接触不良等情况，就会造成损坏甚至烧断。自动气象站周围发生雷电灾害也会使感应雷顺着通信电缆等渠道进入气象观测设备，导致传感器、数据采集系统等设备无法正常运转。

2.3 防雷地网不符合标准

自动气象站中的防雷地网不符合标准也会造成雷电事故，导致自动气象站设备受损。接地电阻会使雷电流无法顺利泄入地底，当雷电事故发生时，自动气象站附近会堆积大量电荷，地级周围也会堆积电荷，且这些位置的电位都始终保持上浮动状态，这就造成电压升高，升高后的电压会随着设备的接地线安置在设备上对设备发动攻击，造成设备损坏。另外，自动气象站建立位置较高也容易受到雷击，高耸的位置上容易聚集电荷，相对独立的风向风速传感器也容易成为引雷系统，导致采集器与传感器受到损害，因此，建立的位置较高也容易使气象站遭到雷击。

3 雷击途径分析

3.1 直击雷

雷电对自动气象站造成的损害是不可估量的，而影响自动气象站的正常运转也会对农业生产造成一定损害。雷击所产生的途径主要分为3种：直击雷、感应雷击、地电位反击。直击雷指的是带电云层与大地某点发生迅猛放电的现象，这种雷击损害造成的危害是十分严重的，直击雷电压能够达到几万伏甚至几百万伏，且电流瞬间能够达到十几万安，对建筑物造成的破坏力极大。一般自动气象站所设置的风向风速传感器位于距离地面10～12 m的高处，这也使其容易遭受直击雷的损害[2]。

3.2 感应雷击

感应雷击主要包括感应过电压和雷电波，这种雷击对自动气象站造成的损坏也是十分严峻的。感应过电压指的是在雷电发生时，自动气象站设施或线路附近导体发出的静电感应过电压，这种电压能够沿着导体传到主设备中，对设备造成威胁。被雷电击中的物体周围会产生的强大电压和电流，且雷电会沿着雷电击中的中心点沿导体进行大范围传播，使自动气象站即便没有受到直雷击中也可能遭受损害。电源线或信号传输线感应雷电侵入气象站的主要途径包括电源系统、天线或通信传输网络、传感器通道等。

3.3 地电位反击

地电位反击是造成设备损害的主要影响因素，大多自动气象站防雷电技术是通过安装合理适宜的接地展开的，安全的接地也是高效防雷措施的组成部分，若接地技术不符合防雷要求，则会使接地电阻出现过大的情况，导致雷电流无法及时导入大地。当雷击发生时，电荷在地级周围堆集出现高电压现象，而高压沿着设备的接地线传输至设备中造成设备反击，从而使设备受到损害。

4 自动气象站防雷技术分析

为了确保自动气象站能够正常的运转，需要对自动气象站系统的构成和安装进行严格要求，并重视对自动气象站防雷技术的应用，而且在对自动气象站防雷技术提出设计时，也要结合雷电的特点和危害来进行设计，从而实现对自动气象站雷电防护技术的升级，在一定程度上减少雷电造成的影响。

4.1 直雷击防护

直雷击对自动气象站的危害一般表现在室外，尤其在风杆位置表现得更为明显，因此，为了防止自动气象站被雷击损坏，气象站应积极应用防雷技术，降低气象站雷击事故概率，一般安装避雷针是最直接、最有效的方式[3]。安装避雷针有2种方式，先将独立的避雷针安装在观测场外部，利用滚球法计算避雷针的安装高度。值得注意的是，在安装避雷针过程中，应充分考虑风传感器系统，将其与避雷针系统分开设置，注意二者之间应预留安全距离。若条件有限，应将避雷针安装在风传感器的金属支架上，使用滚球法测量金属支架的安装位置。在安装避雷针时，应充分考虑风传感器与其之间的距离，若受到场地影响，则应对其进行适当调整。

4.2 雷电波防护

当雷电侵袭自动气象站时，会伴随雷电电磁感应和雷电波的入侵，其对自动气象站造成的损害也是不可忽视的。雷电波进入自动气象站会对其内部设备产生影响，对此，应积极采取有效措施对其展开防护。大部分雷电波与雷电电磁感应是通过电源线或信号线传播的，针对其展开防护应从电源线或信号线入手，可以在电源线或信号线上安装保护器，如电涌保护器就是一种较为常见的手段。电涌保护器是一种有效预防雷电波侵害的系统，电涌保护器主要是针对电源位置进行雷电防护的，其具备方便安装、设备安全可靠、后期维护成本低、品质出众、高效防雷、一站式安全防护等优势。

4.3 接地系统

接地系统是自动气象站防雷工程中十分重要的一项技术之一，安全的接地能使自动气象站免受雷电灾害，且其也是防雷系统的重要组成部分之一。无论是直接雷电防护技术还是雷电波防护技术，都需要依靠接地系统展开。接地系统能将雷击产生的电流导入大地，因此，在自动气象站建设安全合理的接地系统能大幅度提高防雷技术的质量与效率，良好的接地装置能保护气象站观测场的防雷设施，由于气象站微电子设备防雷性能较为薄弱，因此，在布置接地系统时，需要控制接地电阻的大小，还应充分考虑其综合能力，使接地电阻能充分满足防雷技术要求。

4.4 其他雷电防护

针对自动气象站的防雷技术多种多样，除上述几种以外，还包括电位连接、安装钢筋与金属框门窗、综合布线等，大部分自动气象站的建立位置空旷，这也是导致自动气象站容易遭受雷电灾害的重要原因之一。由此可见，对自动气象站进行雷电防护需要进行综合考虑，结合多种防护手段进行雷电防控。首先，电位连接是指建立联合共地运行方式，防护站内设备，保护其不受雷电攻击[4]。其次，在室内安装结构钢筋与金属门窗也能有效屏蔽雷电，保证室内设备不受损害。与传统的布线相比，综合布线具备兼容性、开放性、灵活性、可靠性、先进性和经济性的特点，能够防止终端设备或器件被损坏，保障系统的正常运行。

5 自动气象站防雷的技术处理措施

在地面气象观测系统建设过程中，自动气象站起到了至关重要的作用，其是天气预测过程中不可缺失的一部分，而自动气象站在工作时经常会受到雷电袭击，在一定程度上对气象站观测质量产生重要影响，严重影响气象站观测的精准性，对社会经济发展和人们生命安全造成严重威胁。

基于此，相关单位应采取正确的处理措施，保障农业的健康、可持续发展。第一，可以单独安装避雷针。这一方法能够有效避免传输线受到外界危害，在条件允许的范围内，可以将避雷针和风感传感器设置分开，确保系统之间保持安全距离。第二，等电位连接。将避雷针和金属管进行等电位连接，能够使避雷针使用特殊的装置和金属管电气连接，从而实现设备间的等电位连接。第三，将接地组织安装在观测地区的外侧。从而确保数据线和接地线二者之间的安全距离，一旦出现距离不够长的情况，可以借助相应办法增加角度。

6 自动气象站防雷技术对农业的影响

6.1 自动气象站建立对农业的价值

自动气象站的建设给农业带来了一定程度的便利，随着科技水平的不断提升，自动气象站在农业行业开始得到广泛普及，自动气象站能预测阶段性天气情况，向农业种植人员反映阶段性气候条件，为农作物不受气候影响提供保障。

气候条件对农业的影响是巨大的，由此可见，维护自动气象站安全运行是保证农业稳定、健康发展的重要条件。在可能发生灾害天气时，自动气象站会及时向农业种植人员发出警报，使种植人员能够在灾害来临前对农作物展开有效防护，将天气灾害对农作物的损害降至最低。自动气象站对保障农业经济的意义深远，对促进农业发展也有重大价值，因此，探索有效的自动气象站防雷技术是十分必要的，也是维护农业健康、稳定、持续发展的基础。

6.2 自动气象站与农业生产

大部分自动气象站是通过微处理器对气象信息与数据展开收集和分析工作的，与此同时，自动气象站能在24 h中对气象信息进行实时监测。通常，自动气象站由室内和室外两个部分构成，其负责的内容各不相同，室内主要工作内容是处理和显示资料，而室外则是感应系统，使两者密切配合、互相连接进行信息传输，构成了完整的自动气象站信息。在气象要素不断变化的同时，传感器的输出电流也在不断发生变化，数据采集器会通过要素处理与采集对其进行转换，设备在收集数据时，工程量要素也要进行适当调整。数据处理的过程中，自动气象站会对信息质量进行控制，将得到的气象信息与数据进行实时传输与显示在主控计算机上。大部分自动气象站系统拥有两个部分，分别是自动站和数据接收中心，而自动站的信息收集设备由供电、通信和传感器单元共同组成。农业生产工作一般是在自然环境下展开的，这就导致农业生产容易受到气温的影响。

为了保证农业生产工作能够顺利开展，借助自动气象站加强对气象数据的收集成为主要渠道，其能够监控气象信息，从而使农户能够以此为依据，进行农作物种植规划，提升农作物种植管理水平，提高农作物种植质量与产量。

此外，需要充分利用自动气象站观测的各类气象信息，使农业自然灾害得到一定控制，通过气象信息分析和预测农业自然灾害的分布规律，从而对种植区域与位置进行科学合理划分，保证农作物种植质量与效率[5]。

7 结束语

自动气象站防雷技术的建设对农业的影响重大，其能够提升农业气象预测准确度，保证自动气象站安全、稳定地运行。就农业生产而言，自动气象站能够实现气象信息监控，为农业生产提供安全保障。随着科技的进步，自动气象站的建设与稳定情况受到社会各界的广泛关注，自动气象站防雷技术，能确保自动气象站在雷雨天气正常运行，通过各种防护手段保障农业作物的安全与健康。防雷技术主要由接地、布线、接闪等技术构成，其能够实现直雷击防护、雷电波防护、多种雷电防护。由此可见，防雷技术的建设对自动气象站的运行安全性有重要价值，同时能推动农业生产的持续发展，对我国农业经济建设有利无害。