RM YOUNG气象传感器的极限耐力：在地球上最恶劣的天气中生存

华盛顿山以其凶猛的天气而闻名，对任何天气仪器来说都构成了巨大的挑战。这座新罕布什尔州怀特山脉的最高峰海拔6288英尺，以飓风级别的风速、低于冰点的温度和持续的雾冰积聚而臭名昭著。尽管海拔不高，但华盛顿山上的条件与世界上一些最高的山峰相当。华盛顿山天文台是一个有人驻守的气象站，持续监测这些极端条件。严酷的环境对设备和人员都提出了绝对极限的要求，需要创新的解决方案和坚固的仪器，比如R.M. Young公司的产品，以确保准确的数据收集。

极端条件的挑战

华盛顿山峰的年平均降雪量超过281英寸，季节性降雪量纪录达到566.4英寸。气温可以骤降至-47华氏度，而风力经常超过飓风级别的，1934年记录到的最高风速为231英里每小时，当时的记录是世界纪录。这些条件使准确的气象观测变得极其困难。风、冰和湿度的组合对每一个仪器都施加了极大的应力，需要不断地维护和迅速的故障排除，以防止仪器失灵。

低于冰点的温度与雾气条件相结合，产生了雾凇冰，这对收集准确的天气数据是一个重大挑战。山顶的年平均气温为28华氏度，一年中有60%的时间有雾，雾凇冰在所有表面上形成，包括仪器，极端情况下每小时可达六到九英寸。虽然有些仪器可以加热，但寒冷温度和强风的结合往往使加热变得低效且昂贵，有些仪器根本无法加热。因此，天气观察员需要频繁手动除冰，以保持传感器的正常运行。全天24小时有人看守，观察员们与飓风级别的风、低于冰点的温度和大量的扬沙作斗争，有时会被100英里的时速风吹得动弹不得。被迫在再次移动前等待平静期，同时被摇晃得如同搅拌机一般。无情的风振动松动了螺丝，破坏了安装系统，并且偶尔会导致仪器完全丢失。在这些极端条件下，观察者必须进行持续的维护、安装和故障排除，以确保仪器保持无冰状态并正常工作。

雾冰白色条件

仪器故障与维护策略

在如此极端的环境中，失败是不可避免的。华盛顿山上的每一台设备都曾在某个时刻发生过故障，而且通常以独特且不可预测的方式。几乎每天都有多个风速计需要维护。冗余系统和快速响应能力使天文台能够应对这些故障。

为了尽量减少数据丢失。当仪器出现故障时，首要任务是诊断根本原因，这可能从机械疲劳到冰侵入。观察者与仪器制造商紧密合作，传达故障数据并改进设计。

鉴于故障的不可预测性，天文台配备了多套备用仪器。例如，冗余的风速测量包括至少六台在有利条件下部署的风速计，还有四台应该能够在极端天气中以每小时150英里的速度生存和运行。目的是确保数据收集的连续性，即使多个传感器在恶劣天气中损坏。一些仪器需要大量的维修，并且必须被运输到山脚下的商店，这个过程可能需要超过一周的时间，这取决于运输到山顶的可用性。

观察者安装一个R.M. Young风速仪

R.M. Young在可靠数据收集中的作用

R.M. Young 公司与华盛顿山天文台有着悠久的历史，可以追溯到四十年前。他们的风速仪和其他传感器几十年来一直是天文台的常用设备。特别是 R.M. Young 05108-45，重型高山风速监测仪，已被证明是测量极端环境中风速的最可靠和最精确的仪器之一。

在夏季，风监测器作为天文台的“黄金标准”风传感器，这意味着它的测量结果被用作官方记录的风速。风监测器的运行范围广泛，从不到一米每秒到超过一百米每秒，这对于获取完整的数据集非常重要。与天文台的四个皮托管风速计相比，风监测器在误差率不超过1%的范围内持续提供风速测量结果。

除了风速测量，R.M. Young 的仪器在温度监测中也发挥着至关重要的作用。天文台在山顶站和一系列的中尺度网（mesonet）站点上都依赖于 R.M. Young 的铂温度探头和多板辐射屏蔽装置。除了温度传感器，这些 mesonet 站点还配备了 R.M. Young 的风监测仪，以确保在偏远和暴露的地点可靠地收集风数据。

在未来一年内，白山地区将部署多达30个额外的区域气象站，其中大部分将位于暴露的环境中以记录风数据。每个站点都将配备R.M. Young风速仪，因其可靠、精确、低功耗和易于维护而被选中。除了风速测量，所有新站点都将配备R.M. Young温度探头和多板辐射罩，以确保精确和一致的温度数据收集。

与其他传感器相比的性能

虽然天文台测试了各种类型的风速仪，但R.M. Young的仪器因其耐用性、精确性和维护方便而脱颖而出。风监测器在山地地形中可靠运行的能力使其成为天文台不断扩展的中尺度网路中部署的理想选择。此外，其低功耗使其成为电力预算有限的偏远站点的实用选择。

观察者也欣赏对 R.M. Young 仪器进行维护的简便性。风速监测器可以在现场使用最少的工具进行维修，通常只需要螺丝刀或六角扳手。考虑到恶劣的条件和频繁的维护需求，这种易于维修的特性是一个重要的优势。天文台通常避免使用需要频繁软件或固件更新的仪器，因此 R.M. Young 传感器的模拟可靠性更加珍贵。

照片由赛拉娜·阿诺德提供

捕捉历史天气事件

华盛顿山的极端天气在多年间被详细记录，R.M. Young 的仪器在捕捉关键数据方面起到了至关重要的作用。R.M. Young 在天文台的持续存在确保在极端天气发生时，可以获得必要的测量数据。从飓风级别的阵风、零下温度到快速的结冰事件，这些仪器帮助人们对该地区严酷的气候有一个全面的理解。

在过去的七年里，华盛顿山使用R.M. Young风监测仪记录了227小时的飓风级风速，包括2020年8月4日的最高风速为每小时123英里。虽然夏季的风速通常低于冬季，但R.M. Young的仪器在2024年8月9日最近也测得超过每小时100英里的风速。R.M. Young定期向华盛顿山发送设备，以在极端条件下进行现实世界的测试，确保在最恶劣的环境中耐用性和准确性。其中一个项目支持了珠穆朗玛峰探险的准备工作，可靠的风测量对于成功至关重要。

在极端环境中部署仪器的教训

对于希望在恶劣条件下部署气象站的组织，华盛顿山天文台提供了宝贵的见解。最重要的教训是，没有哪种仪器是无敌的——故障会发生，冗余是至关重要的。设备选择应优先考虑耐用性和长期支持。在需要频繁更新或软件维护的极端环境中，这些设备可能不切实际，因为维护非常困难。

安装和安装方法应不断优化。振动、冰荷载和极端风速可能会使固定不牢固的仪器松动或破坏。现场维修应简单，并且所需工具应尽量少。华盛顿山上的观测人员遵循这样的理念：如果一个设备不能在高速行驶的车辆上被扔出后存活下来，那么它不太可能在山顶条件下长时间存活。

结论

华盛顿山天文台为气象仪器提供了一个无与伦比的测试场地。极端条件要求仪器不仅准确，而且坚固且易于维护。R.M. Young的传感器在这一严酷环境中展示了其韧性，发挥了监测和理解世界最恶劣天气的重要作用。随着技术的发展和新挑战的出现，从华盛顿山学到的教训将继续塑造极端环境中气象仪器的未来。

特别感谢华盛顿山天文台的Keith Garrett和Mike Carmon对本案例研究的宝贵贡献。

本文最初发表在《国际气象技术》的四月期刊中。