Введение
SNOTEL — это автоматизированная система мониторинга снежного покрова и связанных с ним климатических параметров, эксплуатируемая Службой охраны природных ресурсов (NRCS) Министерства сельского хозяйства США на западе Соединенных Штатов. В 11 штатах, включая Аляску, насчитывается более 900 станций SNOTEL (или станций снежной телеметрии). Станции обычно располагаются в труднодоступных высокогорных водосборных бассейнах, где доступ часто затруднен или ограничен. Доступ для обслуживания NRCS осуществляется различными способами – от пеших походов и лыжных переходов до использования вертолетов. Все станции SNOTEL измеряют содержание воды в снегу, количество выпавших осадков и температуру воздуха. На некоторых станциях также измеряются глубина снега, влажность и температура почвы, скорость ветра, солнечная радиация, влажность воздуха и атмосферное давление. Эти данные используются для прогнозирования годовых запасов воды, предсказания паводков и проведения общих климатических исследований.
История
Установка SNOTEL началась в середине 1960-х годов. Изначально его использование для прогнозирования климата не планировалось, но сейчас он является стандартным источником климатических данных для западных штатов США, расположенных на достаточной высоте для формирования как минимум сезонного снежного покрова. Постоянное совершенствование алгоритмов корректирует и восполняет недостающие данные, а усовершенствования в системах связи повышают общее качество сбора информации.
Технология метеорных всплесков
SNOTEL использует технологию связи посредством метеорных всплесков для сбора и передачи данных в режиме, близком к реальному времени. Радиосигналы в диапазоне VHF отражаются под большим углом от постоянно существующего пояса ионизированных метеоров, расположенного на высоте примерно от 80 до 120 км над землей. Спутники не используются; NRCS осуществляет эксплуатацию и контроль всей системы. Объекты спроектированы для автономной работы в течение года без обслуживания. Они питаются от аккумуляторов, подзаряжаемых солнечными панелями. Состояние каждого объекта ежедневно контролируется при передаче данных о 8 рабочих функциях. Серьезные проблемы или ухудшение работы приводят к реагированию электронщиков NRCS, находящихся в шести офисах сбора данных. Объекты SNOTEL опрашиваются двумя главными станциями, управляемыми NRCS в Бойсе (штат Айдахо) и Огдене (штат Юта). Центральный компьютер в Национальном центре воды и климата NRCS (NWCC) в Портленде (штат Орегон) управляет работой системы и получает данные, собранные сетью SNOTEL.
Возможности системы
Основные площадки SNOTEL оснащены снегоизмерительной подушкой, накопительным датчиком осадков и датчиком температуры воздуха. Однако они способны обрабатывать 64 канала данных и принимают аналоговые, параллельные или последовательные цифровые датчики. Микропроцессоры, установленные на площадках, выполняют такие функции, как вычисление суточных максимальных, минимальных и средних температур. Как правило, данные с датчиков регистрируются каждые 15 минут и передаются при ежедневном опросе всех площадок. Специальные опросы проводятся чаще для удовлетворения конкретных потребностей. Новое поколение удаленных площадок, главных станций и центральных вычислительных комплексов позволяет проводить почасовой опрос удаленных площадок. Система позволяет изменять конфигурацию удаленной площадки, передавая соответствующие команды, указывающие, какие датчики включить или какие параметры передавать. На любом канале датчика можно выполнять различные вычисления, например, выбирать максимальное, минимальное, среднее значение, стандартное отклонение или круговое усреднение. Каждый датчик может опрашиваться независимо с заданным интервалом. Например, скорость ветра может измеряться каждую минуту в течение дня для вычисления среднего значения, а данные с снегоизмерительной подушки – каждые 15 минут для определения накопленной суммы. Производительность системы повысилась за прошедшие годы, главным образом благодаря лучшему пониманию характеристик связи по метеорным всплескам и усовершенствованию оборудования. Хотя стандартным показателем отклика на общесистемный опрос является 95%, в большинстве случаев достигается показатель более 99%.
Хранение, управление и доступность данных
Все данные поступают в центральный компьютер SNOTEL, который, в свою очередь, подключен к Централизованной системе прогнозирования (CFS) в NWCC, где к ним можно получить доступ. Поступив в CFS, данные хранятся в реляционной базе данных, где доступны различные программы для анализа и создания графиков. Текущие и архивные данные и результаты анализа доступны при подключении к CFS, на дисках или магнитных лентах, в печатном виде и через Интернет.