공항 자동 기상대

Automated airport weather station
ASOS 데이터 수집 플랫폼

공항 기상 관측소는 항공 및 기상 운영, 기상 예보 및 기후학 서비스를 제공하도록 설계된 자동화된 센서 스위트입니다.자동화공항 기상 관측소는 미국캐나다에서 기상 관측의 중추 역할을 하고 있으며, 효율성과 비용 절감으로 인해 전세계적으로 점점 더 보편화되고 있습니다.

미국 내 시스템 유형

미국에는 다소 미묘하지만 중요한 차이가 있는 여러 가지 자동화된 기상 관측소가 있습니다.여기에는 자동 기상 관측 시스템(AWOS)과 자동 표면 관측 시스템(ASOS)이 포함됩니다.

자동 기상 관측 시스템(AWOS)

상용 AWOS

자동 기상 관측 시스템(AWOS) 장치는 대부분 주 또는 지방 정부 및 기타 비연방 기관에 의해 운영, 유지 및 제어되며 FAA 비연방 AWOS 프로그램에 [1]따라 인증됩니다.FAA는 [2]FAA가 소유한 230대의 AWOS 및 이전의 자동 기상 센서 시스템(AWSS)을 2017년에 AWOS-C 구성으로 업그레이드하는 작업을 완료했다.AWOS-C는 FAA 소유의 AWOS 시설 중 가장 최신이며 METAR/SPECI 형식의 항공 기상 보고서를 생성할 수 있습니다.AWOS-C는 기능적으로 ASOS와 [3]동등합니다.알래스카의 FAA 소유 AWOS-C 장치는 일반적으로 AWOS-C IIIP 장치로 분류되며, 다른 모든 AWOS-C 장치는 일반적으로 AWOS III P/T 장치로 분류된다.[4]

AWOS 시스템은 다양한 방법으로 기상 데이터를 배포한다.

  • 공항 인근 조종사에게 무선 주파수로 방송되는 컴퓨터 생성 음성 메시지.이 메시지는 1분에 1회 이상 갱신되며, 이는 AWOS의 유일한 필수 기상 통보 형식입니다.
  • 옵션으로 전화 다이얼업 모뎀서비스를 통해 이용할 수 있는 컴퓨터 생성 보이스메시지메시지는 1분에 1회 이상 갱신됩니다.
  • 선택적으로(그러나 자주 수행됨) AWOS 메시지는 컴퓨터를 통해 FAA에 전송될 수 있습니다.이러한 메시지는 현재 METAR 형식이며 일반적인 보고 빈도는 20분마다1회입니다이 옵션은 AWOS III 또는 IV 시스템에서만 사용할 수 있습니다(아래 참조).

다음 AWOS 구성은 [5]측정 파라미터와 관련하여 다음과 같이 정의됩니다.

또, AWOS AV(AWOS A 파라미터와 가시성)등의 커스텀 설정도 가능합니다.인증되지 않은 센서는 AWOS 시스템에 부착될 수 있지만 이러한 센서에서 파생된 기상 데이터는 음성 메시지에서 "자문"으로 명확하게 식별되어야 하며 METAR 관측에 포함되지 않을 수 있습니다.

2022년 5월 22일 현재 다음 제조업체는 FAA 인증 비연방 AWOS [6]시스템을 제공하고 있습니다.

  • All Weather Inc.(ADB SAFEGATE Company)[7]
  • DBT Transportation Services LLC(ADB SAFEGATE 회사)
  • 메소텍 [8]인터내셔널
  • 옵티컬 사이언티픽 주식회사

자동표면관측시스템(ASOS)

Automated Surface Observating System(ASOS; 자동 표면 관찰 시스템) 장치는 NWS, FAA 및 DOD에 의해 미국에서 협력적으로 운영 및 제어됩니다.다년간의 연구 개발 끝에 1991년에 ASOS 유닛의 도입이 시작되어 2004년에 완료되었다.

이러한 시스템은 일반적으로 시간당 간격으로 보고하지만, 기상 조건이 빠르게 변화하고 항공 운항 임계값을 넘을 경우 특별한 관측치를 보고하기도 한다.이들은 일반적으로 AWOS-II의 모든 매개변수를 보고하는 동시에 온도와 이슬점을 화씨, 현재 날씨, 결빙, 번개, 해수면 압력 및 강수량 축적을 보고하는 추가 기능을 가지고 있다.

ASOS는 항공 수요를 충족시키는 것 외에도 미국의 주요 기후 관측 네트워크 역할을 하며, 기후 관측소의 1차 네트워크를 구성한다.이러한 이유로 모든 ASOS가 공항에 배치되는 것은 아닙니다. 예를 들어, 이러한 유닛 중 하나는 뉴욕시 센트럴 파크벨베데레 성에 배치되어 있고, 다른 하나는 매사추세츠주 보스턴 근처의 블루 힐 천문대에 배치되어 있습니다.

자동 기상 센서 시스템(AWSS)

FAA는 모든 자동 기상 센서 시스템(AWSS) 장치를 AWOS III P/T 장치로 전환했습니다.미국 국립 공역 시스템(NAS)에는 AWSS 시스템이 남아 있지 않습니다.[2]

관찰 장비

자동화된 공항 기상대는 날씨를 관측하기 위해 다양한 첨단 장비를 사용합니다.

ASOS 무빙 풍력 센서

풍속 및 풍향

대부분의 오래된 자동 공항 기상 관측소는 풍속과 방향을 측정하기 위한 기계식 풍향 및 컵 시스템을 갖추고 있습니다.이 시스템은 설계가 간단합니다. 바람이 바람의 속도를 추정하기 위해 수평으로 회전하는 세 개의 컵을 바람의 베이스 주위로 회전하는 반면, 위쪽의 베인은 바람의 표면이 바람에 대한 저항을 최소화하도록 회전하여 바람이 불어오는 방향을 가리키도록 하여 바람이 끔찍하게 몰아칩니다.ction을 클릭합니다.

새로운 세대의 센서는 풍속과 방향을 측정하기 위해 음파를 사용합니다.측정은 초음파 펄스가 한 변환기에서 다른 변환기로 이동하는 데 걸리는 시간을 기반으로 하며, 이는 특히 풍속에 따라 달라집니다.전송 시간은 변환기 헤드의 여러 쌍(보통 두 개 또는 세 개)에 대해 양방향으로 측정됩니다.그 결과에 근거해, 센서는 풍속과 방향을 계산한다.기계식 센서에 비해 초음파 센서는 가동 부품이 없고 고급 자가 진단 기능, 유지 보수 요건 감소 등 여러 가지 이점을 제공합니다.

NWS 및 FAA ASOS 기지 및 신규 AWOS 설치의 대부분은 현재 초음파 풍력 센서를 갖추고 있습니다.

지면에서 3~9피트(1~3m) 사이의 다른 모든 측정과 달리 풍속과 방향은 30피트(10m)에서 측정됩니다.

ASOS 가시성 센서

가시성

가시성을 판단하기 위해 공항 자동 기상 관측소는 두 가지 센서 유형 중 하나를 사용합니다.

전방 산란 센서는 센서의 한쪽 끝에서 수신기로 보내지는 적외선 빔을 사용하지만, 직선에서 수신기로 일정 각도만큼 오프셋됩니다.대기 중의 입자에 의해 산란되어 수신기에 의해 수신되는 빛의 양이 소광 계수를 결정합니다.그런 다음 Allard's 또는 Koschmieder의 법칙을 사용하여 가시성으로 변환됩니다.

투과계에서는 가시광선의 빔이 송신기에서 수신기 헤드로 투과된다.소광 계수는 공기 중에 손실된 빛의 양에서 도출됩니다.

투과계와 전방 산란 센서를 어느 정도 조합하는 센서도 있습니다.

전방 산란 센서는 저렴한 가격, 작은 크기 및 유지 보수 요건 때문에 더 인기가 있습니다.그러나 투과계는 저시정에서 더 정확하고 고장 보고 가시성이 실제보다 낮은 경우 페일 세이프이기 때문에 일부 공항에서 여전히 사용된다.

현재 센서는 광범위한 가시성을 보고할 수 있습니다.항공 목적을 위해 보고된 값은 다음 척도 중 하나에서 가장 가까운 단계로 반올림된다.

  • M1/4(1/4마일 미만), 1/4, 1/2, 3/4, 1, 1-1/4, 1-1/2, 2, 2-1/2, 3, 4, 5, 7, 10, 및 10+(10마일 이상)
  • 가시거리가 800m 미만인 경우 50m 스텝, 800m 이상 5km 미만인 경우 100m 스텝, 가시거리가 5km 이상 10km 미만인 경우 10km 스텝.
ASOS 현재 기상 센서

현재 날씨(강수량)

자동화된 공항 기상 관측소는 발광 다이오드 날씨 식별자(LEDWI)를 사용하여 강수량 감소 여부와 유형을 판단합니다.LEDWI 센서는 센서의 적외선 빔(직경 약 50mm)을 통해 떨어지는 강수의 섬광 패턴을 측정하고 입자 크기와 하강 속도의 패턴 분석을 통해 강수가 비인지 [9]눈인지를 판단한다.강수량이 내리는 것으로 판단되지만 패턴이 비나 눈으로 결정적으로 식별되지 않으면 알려지지 않은 강수량이 보고된다.자동화된 공항 기상대는 아직 우박, 얼음 알갱이 및 기타 다양한 중간 형태의 강수량을 보고할 수 없습니다.

시야에 대한 외설

자동화된 공항 기상대에는 시야에 대한 특정 외설물을 감지하기 위한 별도의 센서가 없습니다.대신 시야가 7법령 마일 미만으로 감소하면 시스템은 보고된 온도와 이슬점을 사용하여 시야가 흐려지는지를 판단합니다.상대습도가 낮은 경우(즉, 온도와 이슬점 사이에 큰 차이가 있음), 흐릿함이 보고된다.상대습도가 높은 경우(즉, 온도와 이슬점 사이에 약간의 차이가 있음), 정확한 가시성에 따라 안개 또는 안개가 보고된다.가시거리가 1/2마일 이하일 때 안개가 보고되고 가시거리가 0.5마일(0.80km) 이상일 때 7마일(11km) 미만일 때 안개가 보고됩니다.기온이 [10][11]영하이고 습도가 높고 가시거리가 1/2마일 이하일 경우 결빙 안개로 보고된다.[12]

ASOS CT12K ceilometer

클라우드 커버리지 및 천장

자동화된 공항 기상 관측소는 상향 레이저 광선 ceilometer를 사용하여 구름의 양과 높이를 감지합니다.레이저가 위쪽을 가리키며 반사광이 스테이션으로 돌아오는 데 걸리는 시간을 통해 구름 베이스의 높이를 계산할 수 있습니다.커버리지 영역이 한정되어 있기 때문에(레이저는 직접 오버헤드 구름만 검출 가능), 시스템 컴퓨터는 시간 평균 구름 커버와 천장을 계산하여 외부 사용자에게 보고합니다.하늘 커버가 급격하게 변화하는 위험을 보상하기 위해 평균은 30분 평균 기간의 처음 10분으로 가중됩니다.ceilometer의 범위는 [13]모델에 따라 최대 25,000피트(7,600m)입니다.이 높이 이상의 구름은 현재 자동 관측소에서는 감지되지 않습니다.

ASOS HO-1088 온도계

온도 및 이슬점

자동화된 공항 기상 관측소는 지속적인 작동을 위해 설계된 온도/습로점 센서(습로온도계)를 사용합니다. 이 센서는 유지관리 시간을 제외하고 항상 켜져 있습니다.

이슬점에 비해 온도 측정은 간단합니다.전기 저항이 온도에 따라 달라진다는 원리로 작동하는 백금선 저항 온도 장치는 외기 온도를 측정합니다.현재의 ASOS 온도계는 HO-1088이라고 불리지만 일부 구형 시스템은 여전히 HO-83을 사용합니다.

ASOS DTS-1 이슬점 센서

반면 이슬점 측정은 상당히 복잡합니다.ASOS 시스템에 배치된 원래의 이슬점 센서는 거울 표면에 미세한 결로막이 형성될 정도로 냉각된 차가운 거울을 이용했다.이 조건에서의 미러의 온도는 이슬점 온도와 동일합니다.습도계는 작은 적외선 다이오드에서 거울 표면으로 45도 각도로 빛을 보내 이슬점을 측정합니다. 개의 포토 트랜지스터가 장착되어 있어 거울이 투명할 때(직접) 높은 반사광을 측정하고 거울이 눈에 보이는 응축으로 흐려질 때(간접) 산란광을 측정합니다.미러에 응축이 형성되면 직접 트랜지스터가 빛을 덜 받고 간접 트랜지스터가 더 많은 빛을 받을수록 미러 표면의 흐림 정도가 증가합니다.이러한 포토 트랜지스터의 출력은 미러 냉각 모듈을 제어합니다. 미러 냉각 모듈은 열전대와 역방향으로 작동하여 가열 또는 냉각 효과를 생성합니다.센서가 처음 활성화되면 미러가 투명해집니다.미러 표면 온도가 이슬점 온도까지 냉각되면 미러에 응결이 형성됩니다.전자 장치는 이슬점의 미러 온도를 유지하기 위해 전력 증폭기에 대한 신호 레벨을 지속적으로 안정화하려고 시도합니다.공기의 이슬점이 변화하거나 노이즈로 인해 회로가 교란되면 루프는 이슬점에서 복구하고 연속 동작을 유지하기 위해 필요한 보정을 한다.

냉각 미러 센서의 문제로 인해 NWS ASOS 사이트에서는 Vaisala의 DTS1 센서를 사용하고 있습니다.이것은 캐패시턴스를 통해서만 습도를 측정합니다.이 센서는 소형 히터를 내장한 고체 용량성 상대 습도 소자를 기반으로 하여 감지 소자가 항상 외부 온도보다 높아 이슬 또는 서리가 발생하지 않도록 합니다.센서는 측정된 상대 습도 및 가열된 용량성 [14]소자의 측정된 온도에 기초한 계산을 통해 이슬점을 직접 보고합니다.

기존 AWOS 시스템은 염화리튬 이슬점 센서를 사용했습니다.현재의 AWOS 시스템은 용량성 상대 습도 센서를 사용하여 이슬점을 계산합니다.[15]

ASOS 획득 제어 장치(바닥을 향한 세 개의 압력 변환기 포함)

기압 및 고도계 설정

기압 센서의 데이터는 QNH 고도계 설정계산하는 데 사용됩니다.조종사들은 그들의 고도를 결정하기 위해값에 의존합니다.지형 및 기타 장애물로부터 안전하게 분리하려면 압력 센서의 높은 정확성과 신뢰성이 필요합니다.

대부분의 항공 기상 관측소는 두 개(AWOS에 필요) 또는 세 개의 독립적인 압력 변환기를 사용한다.변환기는 관련 배관 및 외부 포트를 공유할 수도 있고 공유하지 않을 수도 있습니다(바람/바람 돌풍의 영향을 최소화하도록 설계됨).보고된 압력이 사전 설정된 최대값 이상 차이가 나면 압력 값이 폐기되고 고도계 설정이 보고되지 않거나 "누락"으로 보고됩니다.

고도계 설정은 기압, 부위 고도, 센서 고도 및 선택적으로 공기 온도를 기준으로 계산됩니다.

고도계 설정은 수은 인치(0.01inHg 단위) 또는 전체 헥토파스칼 단위로 절사된 것으로 보고됩니다.

강수누적

공항 자동 기상 관측소에 사용된 원래 강수 누적 측정 장치는 가열식버킷 레인 게이지였다.이 장치의 상부는 1피트(0.30m) 직경의 콜렉터로 구성되어 있으며 상부는 열려 있습니다.이나 우박과 같은 얼어붙은 강우량을 녹이기 위해 가열되는 이 수집기는 물을 양동이라고 불리는 2개의 챔버로 흘려보낸다.강수량은 0.01인치(0.25mm)의 물(18.5g)이 쌓일 때까지 깔때기를 통해 버킷의 한 구획으로 흐릅니다.그 무게로 인해 버킷이 피벗으로 기울어져 모아진 물을 버리고 다른 챔버를 깔때기 아래로 이동시킵니다. 동작은 스위치(리드 스위치 또는 수은 스위치)를 작동시켜 0.01인치(0.25mm)의 강수량을 수집할 때마다 하나의 전기 펄스를 전송합니다.

ASOS 전천후 강수 누적계(AWPAG)

가열된 팁 버킷이 얼어붙은 강수량(특히 눈)을 적절하게 측정할 때 발생하는 문제 때문에 전천후 강수 누적 게이지(AWPAG)가 개발되었습니다.이 센서는 본질적으로 집전장치 내에 지속적으로 강수량이 축적되는 계량 게이지로 무게가 증가하면 강수량이 기록된다.AWPAG가 [16]장착된 것은 일부 NWS ASOS 유닛뿐입니다.

ASOS 동결 비 센서

아이싱(얼음비)

자동화된 공항 기상대는 진동봉의 공명 주파수를 통해 얼어붙은 비를 보고합니다.공명 주파수는 얼음, 호아프로스트, 결빙 안개, 결빙 가랑비, 라임 또는 젖은 눈의 부착(추가 질량)이 증가함에 따라 감소합니다.

결빙비를 보고하기 위해 시스템은 결빙우 센서로부터의 센서 출력과 LEDWI의 데이터를 결합합니다.LEDWI는 미지의 강우 또는 강우 징후를 보여야 시스템이 동결 비의 보고를 송신할 수 있습니다.LEDWI가 강수량 또는 눈이 오지 않는다고 보고할 경우 시스템은 동결 비 센서로부터의 입력을 무시합니다.이 센서는 모든 날씨 조건에서 결빙을 감지하고 보고하도록 설계되었습니다.

ASOS 뇌우 센서

번개(천둥)

미국 내 많은 자동화된 공항 기상대는 자동 번개 탐지보고 시스템(ALDARS)을 통해 번개를 감지하기 위해 NLDN(National Lightning Detection Network)을 사용한다.NLDN은 전국적으로 106개의 센서를 사용하여 번개를 삼각측량한다.탐지 그리드의 데이터는 ADARS로 공급되며, ADARS는 각 자동화 공항 역에 낙뢰의 근접성을 알리는 메시지를 보낸다.역에서 5마일(8.0km) 이내에 낙뢰가 발생하면 역(TS)에 뇌우보고됩니다. 낙뢰는 역(TS)에서 5마일(8.0km) 이상에서 10마일(16km) 미만에서 10마일(16km) 이상 낙뢰는 역(VCTS)에서 10마일(16km) 이상 3048마일 미만 떨어진 곳에 낙뢰가 보고됩니다.m) 관측소에서 멀리 떨어진 번개(LTG DSNT)[17]만 발생시킨다.

그러나 현재 일부 역에는 외부 서비스를 필요로 하지 않고 현장에서 실제로 낙뢰를 측정하는 자체 낙뢰 센서가 설치되어 있다.이 뇌우 센서는 번개에 의해 발생하는 전계의 섬광과 순간적인 변화를 모두 감지하여 작동합니다.이 두 가지가 서로 몇 밀리초 이내에 검출되면 스테이션은 낙뢰 가능성을 등록합니다.첫 번째 번개로부터 15분 이내에 두 번째 번개 가능성이 감지되면, 방송국은 [18]뇌우를 기록합니다.

데이터 배포

데이터는 일반적으로 각 공항에서 자동화VHF 무선 주파수(108-137MHz)를 통해 전달되며, 자동화된 기상 관측을 방송한다.이것은 많은 경우 Automatic Terminal Information Service(ATIS; 자동 단말 정보 서비스)를 통해 이루어집니다.또한 대부분의 자동 기상 관측소에는 전화나 모뎀을 통해 실시간 관측치를 검색하기 위한 개별 전화번호가 있습니다.

미국에서는 FAA가 운영하는 컴퓨터 시스템인 AWOS/ASOS 데이터 수집 시스템(ADAS)이 원격으로 시스템을 폴링하여 관찰에 액세스하고 METAR 형식으로 전 세계에 전파합니다.

인적 증강을 필요로 하는 한계

현재 자동 공항 기상대는 다양한 기상 상태를 보고할 수 없다.여기에는 다음이 포함됩니다.

  • 얕거나 군데군데 낀 안개
  • 먼지 날리기
  • 담배를 피우다
  • 떨어지는 재
  • 화산 폭발
  • 토네이도
  • 우박, 얼음 알갱이, 눈알 등 비나 눈의 형태가 아닌 강수량
  • 동시에 내리는 여러 가지 형태의 강수
  • 새로운 적설 깊이
  • 전체 적설량
  • 인클라우드 및 클라우드 투 클라우드 번개
  • 역 바로 위에 있지 않은 구름
  • 지상 1만 2천 피트 이상의 구름
  • 구름형

이들 중 다수는 항공기에 위험을 초래할 수 있고 기상학계의 관심사이기 때문에, 보다 바쁜 공항의 대부분은 자동화된 공항 기상 관측소의 관측치를 보강하거나 추가 정보를 제공하는 비상근 또는 상근 인간 관측자를 보유하고 있다.자동화 스테이션이 이러한 현상의 많은 부분을 검출할 수 있도록 하기 위한 연구가 진행 중입니다.

자동화 스테이션은 수리 또는 교체가 필요한 기계적 고장도 겪을 수 있습니다.이는 물리적 손상(자연적 또는 인위적 원인 중 하나), 기계적 마모 또는 겨울 날씨 동안의 심각한 결빙 때문일 수 있습니다.시스템 정지 중에 인간 관측자는 종종 자동 관측소에서 누락되거나 대표적이지 않은 관측치를 보완해야 한다.또한 자연 손상, 기계적 마모 및 결빙에 덜 취약한 보다 견고한 시스템을 생산하기 위한 연구도 진행 중입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "AC 150/5220-16E - Automated Weather Observing Systems (AWOS) for Non-Federal Applications - with Change 1 – Document Information". Faa.gov. Retrieved 23 May 2019.
  2. ^ a b "Surface Weather Observation Stations – ASOS/AWOS". Faa.gov. Retrieved 23 May 2019.
  3. ^ "SUBJ: Receipt and Dissemination of Weather Observations" (PDF). Faa.gov. Retrieved 23 May 2019.
  4. ^ "Surface Weather Observation Stations – ASOS/AWOS". Faa.gov. Retrieved 23 May 2019.
  5. ^ "8260.19H - Flight Procedures and Airspace – Document Information". Faa.gov. Retrieved 23 May 2019.
  6. ^ "Buying, Operating, and Maintaining AWOS – Airports". www.faa.gov. Retrieved 2019-11-09.
  7. ^ "All Weather". Allweatherinc.com. Retrieved 13 February 2013.
  8. ^ "Mesotech". Mesotech.com. Retrieved 13 February 2013.
  9. ^ Wade, Charles G. (June 2003). "A Multisensor Approach to Detecting Drizzle on ASOS". Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. American Meteorological Society. 20 (6): 820. Bibcode:2003JAtOT..20..820W. doi:10.1175/1520-0426(2003)020<0820:AMATDD>2.0.CO;2. Retrieved March 23, 2020.
  10. ^ "Freezing Fog: Definition, Causes, and Dangers". Buzzle.com. Archived from the original on 22 August 2016. Retrieved 6 August 2016.
  11. ^ Ismail Gultepe (2 January 2008). Fog and Boundary Layer Clouds: Fog Visibility and Forecasting. Springer Science & Business Media. p. 1127. ISBN 978-3-7643-8419-7. Retrieved 5 August 2016.
  12. ^ "MMmetar". Meteocentre.com. Retrieved 6 August 2016.
  13. ^ "Vaisala CT25K Laser Ceilometer" (PDF). Esrl.com. Vaisala. Retrieved 30 January 2015.
  14. ^ "A NEW LOW MAINTENANCE DEW POINT SENSOR FOR THE NATIONAL WEATHER SERVICE (NWS) AUTOMATED SURFACE OBSERVING SYSTEM (ASOS)" (PDF). Confex.com. Retrieved 15 June 2017.
  15. ^ "Corel Office Document" (PDF). Noaa.gov. Retrieved 15 June 2017.
  16. ^ "AUTOMATED SURFACE OBSERVING SYSTEM (ASOS) RELEASE NOTE SOFTWARE VERSION - 2.7B All Weather Precipitation Accumulation Gauge (AWPAG)" (PDF). News.noaa.gov. Retrieved 2013-07-04.
  17. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2012-10-19. Retrieved 2011-06-26.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  18. ^ ASOS Lightning Assessment - 국립 기상 서비스, 아카이브 완료: 2008년7월 6일 Wayback Machine에서 아카이브 완료

외부 링크