ایستگاه هواشناسی خودکار فرودگاهی

ایستگاه هواشناسی خودکار فرودگاهی سیستم حسگر خودکاری است که برای ایمنی و کارآیی عملیات هوانوردی، پیش‌بینی آب‌وهوا و اقلیم‌شناسی نیازهای مشاهداتی هوانوردی و هواشناختی را انجام می‌دهد. ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی بخشی از ستون فقرات مشاهدات هواشناختی در ایالات متحده و کانادا است و به دلیل کارآیی و صرفه جویی در هزینه کاربرد آن در سطح جهانی در حال افزایش است.

سیستم خودکار مشاهدهٔ سطح(Automated Surface Observing System)

سیستم خودکار مشاهدهٔ سطح در ایالات متحده مشترکا به وسیلهٔ خدمات هواشناسی ملی آمریکا، وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا و ادارهٔ هوانوردی فدرال به کار گرفته و کنترل می‌شود. پس از سال‌ها پژوهش و توسعه، به‌کارگیری این سیستم از سال ۱۹۹۱ آغاز گردیده و در سال ۲۰۰۴ تکمیل گردید.
این سیستم‌ها معمولاً در فواصل یک ساعته گزارش می‌دهند، ولی اگر وضعیت آب‌وهوا به سرعت تغییر پیدا کند و همچنین در آستانهٔ انجام عملیات هوانوردی مشاهدات ویژه‌ای را گزارش می‌کند. این سیستم معمولاً همهٔ پارامترهای AWOS III را گزارش می‌کند، ضمن این که دارای توانایی گزارش دما و نقطهٔ شبنم در درجهٔ فارنهایت، آب‌وهوای کنونی، یخبندان جوی، آذرخش، فشار سطح دریاو میزان بارش می‌باشد.
در کنار خدمات هوانوردی این سیستم به عنوان شبکهٔ اصلی مشاهدات اقلیم‌شناسی در ایالات متحده کاربرد دارد که از این لحاظ شبکهٔ تراز اول ایستگاه‌های اقلیم‌شناسی است. به همین دلیل همهٔ سیستم‌های ASOS در فرودگاه قرار ندارند، مثلاً یکی از آن‌ها در قلعه بلودیر در سنترال پارک نیویورک سیتی و دیگری در رصدخانه هواشناسی بلوهیل نزدیک بوستون ماساچوست قرار دارد.

سیستم حسگر خودکار آب‌وهوا(Automated Weather Sensor System)

این سیستم نیز در ایالات متحده به وسیلهٔ ادارهٔ هوانوردی فدرال به کار گرفته و کنترل می‌شود، ولی خدمات هواشناسی ملی آمریکا و وزارت دفاع ایالات متحده در عملیات و به کارگیری آن هیچ نقشی ندارند. ویژگی‌های گزارش دهی سیستم حسگر خودکار آب‌وهوا بسیار شبیه سیستم خودکار مشاهدهٔ سطح است.

ابزار مشاهده

ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی از ابزارهای گوناگون پیچیده‌ای برای مشاهدهٔ آب‌وهوا بهره می  برند. این ابزارها عبارتند از:

سرعت و جهت باد

بیشتر ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی مجهز به بادنمای مکانیکی برای سنجش سرعت و جهت باد هستند. این سیستم دارای طراحی ساده‌ای است. باد سه کاسه‌ای که به صورت افقی می‌چرخند را دور پایهٔ بادنما می چرخاند و سرعت تقریبی باد را تخمین می‌زند، در حالی که بادنما در بالا به گونه می‌چرخد که روی آن کمترین مقاوت در برابر باد را نشان می‌دهد و بدین گونه جهتی که باد از آن سو می‌وزد را نشان می‌دهد.
نسل نوین حسگرها امواج صدا را برای اندازه‌گیری سرعت و جهت باد به کار می‌برند. این اندازه‌گیری بر پایهٔ زمانی است که پالس‌های فراصوت از یک مبدل انرژی به مبدل دیگر حرکت می‌کنند که بستگی به عامل سرعت باد دارد. زمان انتقال در هر دو سوی سر مبدل اندازه‌گیری می‌شود. بر پایهٔ این نتایج حسگر سرعت و جهت باد را محاسبه می‌کند. در مقایسه با حسگرهای مکانیکی حسگرهای فراصوتی دارای چندین مزیت هستند که مهم‌ترین این مزیت‌ها عبارتند از نداشتن قطعات متحرک، توانایی خود عیب یابی پیشرفته و نیاز به رسیدگی کمتر .
ایستگاه‌های سیستم مشاهده خودکار سطح ادارهٔ هوانوردی فدرال و خدمات آب‌وهوایی ملی آمریکا و بیشتر سیستم‌های مشاهدهٔ خودکار آب‌وهوا که به تازگی نصب شده‌اند مجهز به حسگرهای باد فراصوت می‌باشند.
برخلاف همهٔ اندازه‌گیری‌های دیگر که تقریباً بین ۳ تا ۹ پا(۱ تا ۳ متر) بالاتر از سطح زمین انجام می‌شوند، سرعت و جهت باد در ارتفاع ۳۰ پایی(۱۰ متری) انجام می‌گردد.

بارش

ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی از دیودهای پرتوافشان برای شناسایی نوع بارش سود می‌برند. حسگرهای دیودهای پرتوافشان الگوی درخشش بارشی که از میان شعاع فروسرخ حسگر رد می‌شود(تقریبا شعاع ۵۰ میلی‌متری) را اندازه‌گیری کرده و به وسیلهٔ تحلیل الگویی اندازه ذره و سرعت فرو افتادن آن مشخص می‌کنند که بارش باران است یا برف. اگر وجود بارش تأیید شود، ولی دستگاه نتواند از روی الگوی آن تشخیص دهد که باران است یا برف، نوع بارش نامشخص گزارش می‌شود.
ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی توانایی گزارش کردن تگرگ و دیگر شکل‌های میانی بارش را ندارند.

عامل محدودکنندهٔ دید

ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی حسگر جداگانه‌ای برای تشخیص عامل محدودکنندهٔ میدان دید ندارند. در عوض اگر میدان دید زیر هفت مایل قانونی باشد سیستم با استفاده از نقطهٔ شبنم گزارش شده عامل محدودکنندهٔ دید را مشخص می‌کند. به این ترتیب که اگر رطوبت پایین باشد(اختلاف بسیاری میان دما و نقطهٔ شبنم وجود داشته باشد) غبار گزارش می‌شود. اگر رطوبت نسبی بالا باشد(اختلاف کمی میان دما و نقطهٔ شبنم باشد) بسته به دید دقیق مه تنک یا مه گزارش می‌شود. اگر دید نیم مایل یا کمتر باشد مه گزارش می‌شود. مه تنک زمانی گزارش می‌شود که دید بیشتر از نیم مایل ولی کمتر از ۷ مایل(۱۱ کیلومتر) باشد. اگر دما زیر نقطهٔ انجماد، میزان رطوبت بالا و دید نیم مایل یا کمتر باشد مه منجمد گزارش می‌شود.

پوشش و ارتفاع ابر

ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی دارای سلومتر لیزری برای سنجش ارتفاع ابرها هستند. لیزر به سوی بالا شلیک می‌شود و با استفاده از مدت زمان بازتاب نور به ایستگاه ارتفاع کف ابر تا زمین اندازه گرفته می‌شود. به علت منطقهٔ پوششی محدود(لیزر فقط برای ابرهایی که مستقیما در بالاسر هستند می‌تواند به کار رود) کامپیوتر سیستم میانگین زمان پوشش و ارتفاع ابر را محاسبه کرده و به کاربران گزارش می‌دهد. برد سلومتر ۳۷۰۰ متر است و ابرهای بالاتر از این ارتفاع در حال حاضر به وسیلهٔ ایستگاه‌های خودکار قابل شناسایی نیستند.

دما و نقطهٔ شبنم

ایستگاه‌های هواشناسی خودکار فرودگاهی از حسگرهای دما/نقطهٔ شبنم بهره می‌برند. این حسگرها پیوسته در حال کار کردن هستند و معمولاً همیشه به غیر از زمان تعمیر روشن نگه داشته می‌شوند.

فشار بارومتریک و تنظیمات ارتفاع سنج

داده‌های گرفته شده از حسگر فشار بارومتریک برای محاسبه تنظیمات ارتفاع‌سنج به کار می‌رود. خلبانان از مقادیر این داده‌ها برای تعیین ارتفاع خود سود می‌برند. برای اطمینان از فاصله ایمن از سطح زمین و سازه‌های روی زمین این حسگرها باید میزان بالایی از دقت و اطمینان را داشته باشند.