藏区气象局与自动观测对比分析

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引言

西藏自动气象站建设自2005年开始，至今大多数台站已结束平行观测期，现在气候分析和气象服务工作所用各类资料大多为自动气象站观测数据，这就存在人工观测资料与自动观测资料使用时的相互衔接问题。本文通过分析这两种观测方法取得的一些气象要素的差值规律，为气候分析、气象服务机构使用人工站资料的街接问题提供参考作用。异常差值的原因分析可供观测人员判断人工站和自动站运行状态、仪器故障等方面提供理论上的依据。

1所用观测资料及对比分析气象要素的选定

1.1所用观测资料起止时间选用西藏林芝国家基准气候站2005年1月1日～2006年12月31日人工观测和自动观测逐日所选定的气象要素。

1.2对比分析气象要素的选定本文主要从以下四个方面来选取对比分析要素的对象：

1.2.1剃除与观测时差有关系，及人工观测中人为因素占主导的要素项目。如各类正点温度值、2min风向风速等观测项目。

1.2.2不考虑浅层、深层地温的对比分析，因已有分析结果且较有规律性。

1.2.3自动降水和蒸发项目因自动观测仪器本身正常工作的环境要求和实际情况有一定差距，加之调整仪器至最佳工作状态困难，致使所获观测资料与人工站无可比性，故不选取此类项目。

1.2.4选取与气候极值研究及对人民生活有较大影响的观测要素，并尽可能消除观测时差和人工观测误差的影响，使所选要素尽量准确、客观。

1.3本文所确定的对比分析要素及行业差值要求范围根据以上四个方面的考虑，经过筛选，本文选取以下要素来做对比分析：

1.3.1逐日10min最大风速、风向及出现时间（ffm/sdd°)

1.3.2逐日最高气压(Pxhpa)

1.3.3逐日最低气压(Pnhpa)

1.3.4逐日最高气温(Tx℃)

1.3.5逐日最低气温(Tn℃)

1.3.6逐日地面最高温度(Dx℃)

1.3.7逐日地面最低温度(Dn℃)

1.3.8逐日最小相对湿度(U%)

2分析对比方法

以经过自治区气象局信息整编科审核更正过的人工站、自动站数据文件为基础，用Excel工作表中的数据导入功能做出所选要素的人工、自动对比表，并统计其差值。此项工作量大，且须认真，是分析工作的重要依据和前提。将相应要素的差值各自汇总制成表格供业务工作中使用，并运用Excel图表制作功能绘制出各类差值的折线图。这样做使各类要素差值状况直观呈现，便于对比分析工作的开展。本文在对所选要素对比分析过程中，对差值产生原因也做一些初步探讨。特别需要指出的是：西藏各个国家基准气候站人工站逐日最高气压、逐日最低气压、逐日最小相对湿度的挑取方法自2007年1月1日起按照新的观测时次规定有所变化，即按新规定人工站所挑逐日最高气压、逐日最低气压、逐日最小相对湿度与自动站的观测值非常接近，其差值基本都在允许范围之内。故对此三项要素所做的对比分析结论仅限于1953年建站至2007年1月1日之前的人工观测资料。

3分析报告

3.1逐日10min最大风速、风向及出现时间风速差值在±1.0m/s之内的占95％。差值最大上下限值-1.7～2.3m/s。特殊情况：2005年6月28日风速差值3.8是因为人工站风速迹线有缺测并影响极值挑取造成。风向差值在±45°之内的占85％。差值最大上下限值-176°～169°。（将人工站按十六方位符号的记录转为中心角度参与比较）出现时间差值在±20分钟之内的占69%。±60分钟之内的占81%，＞±60分钟的占19%。风速差值较为稳定一致，个别差值较大的原因除了采用计算方法不同的因素外，主要是人工站手工挑取时人为误差所致。风向差值较大是因为自动站采用滑动平均方法计算风向，而人工站则按定时所显风向统计所得。即主要是方法不同造成。时间差值较大的原因有2点：

3.1.1因人工站的迹线时间与实际时间误差在≤±20分钟内无须订正而导致。

3.1.2一天之内有两段或以上次大风速的极值较接近时，在人工站挑取的最大值有可能是自动站的次大风速出现时段。总之，风速、风向及出现时间这三者之间是相互影响的，分析造成差值原因时要根据以上分析要点综合考虑。

3.2逐日最高气压±0.5hPa之内的占97%，差值最大上下限0.9～-0.4hPa。差值为0或正值的次数占大多数，高达86%，即逐日最高气压自动站观测值普遍高于人工站所挑值，差值稳定度较好，易于与2007年之前人工站按四次定时观测规定挑取的逐日最高气压作比较。

3.3逐日最低气压差值在±0.5hPa之内的占98%，差值最大上下限0.7～-0.8hPa，差值为0或负值的次数占72%，即逐日最低气压自动站观测值普遍低于人工站所挑值，且差值稳定度较好，易于与2007年之前人工站按四次定时观测时挑取的逐日最低气压作比较。特殊情况：2006年3月1日差值-1.4是因为前一日20时人工站观测前后气压有急剧下降过程，属人工站和自动站20时观测时间不同步所致。

3.4逐日最高气温差值在±0.5℃之内的占84%，差值最大上下限1.0℃～-0.6℃，差值为0或正值的次数占87%，即逐日最高气温自动站观测值普遍高于人工站观测值，因自动站测温探头响应时间与人工站水银测温液响应时间相比较短，故在温度急剧上升过程及最高气温维持时间较短的情况下，自动站观测值明显比人工站偏高。另人工站每日20时观测最高气温时水银测温液也存在因温度下降内聚力加大回缩的状况。此类情况更加使自动站的观测值高于人工站的观测值。特殊情况：2005年4月26日差值-2.2是因前一日20时人工站观测调整后至20时正点之间气温有急剧下降过程，并在当日再无高于4月25日20时的观测值所致。

3.5逐日最低气温差值在±0.5℃之内的占99.7%，再精确至±0.2℃之内的占97%。差值最大上下限0.7℃～-0.3℃，即逐日最低气温自动站观测值与人工站观测值基本一致。在不考虑两类仪器性能的前提下，主要原因与每日最低气温出现时持续时间较长有很大关系，这使得人工站响应时间较长的仪器也能有充足时间感应到最低气温值。

3.6逐日地面最高温度差值为0或正值的次数占90%，差值在+5.0之内的占83%，差值最大上下限13.6℃～-3.6℃。差值呈正值的原因与逐日最高气温的分析结论基本相同。经分析另有2点因素导致差值过大：

3.6.1在自动站地面温度传感器安装正确的前提下，如人工站地面最高温度表感应部分与土壤接触面较少，则会导致人工站所测地面最高温度偏低，则差值呈较大正值。

3.6.2在自动站地面温度传感器安装正确的前提下，如人工站地面最高温度表感应部分与土壤接触面较多，则会导致人工站所测地面最高温度偏高，则差值接近0或呈负值。此外，地温场内的土壤也是不均质的，其比热、导热率及其他物理特征在相邻之处差异也很大。加之地温上升过程较空气温度更加剧烈，这在地温较高的7月、8月份更加明显，故地面最高温度的差值区域较大。特殊情况：2005年6月17日差值-5.1、18日差值-4.2是负值并较大，可能与人工站地面最高温度表或自动站地面温度传感器的安放不当有关。19日差值-14.9经分析可能是前一天20时观测后未调整所致，人工站数据的正确性有疑问。

3.7逐日地面最低温度差值在±1.0℃之内的占96%，差值最大上下限2.0℃～-1.1℃。差值稳定性较好，原因与逐日最低气温差值分析结论基本相同。个别正值特别大的原因是有积雪出现时观测方法不同造成。负值特别大的原因是20时人工观测后在正点之前地温急剧下降到日最低所致，此类情况多出现在春夏雷阵雨天气过程之中。此外，另有2点因素导致差值过大：

3.7.1因人工站地面最低温度表的观测操作需要，须经常在地温上升过程中将地面最低温度表从所放观测地段收回，从而导致自动站地面温度传感器与人工站地面最低温度表感应部分所接触的土壤湿度有所不同，通过比热、导热率等因素影响地面最低温度。

3.7.2与安放时和土壤接触的过多或过少也有关系，这类情况的分析结论和逐日地面最高温度基本相同。特殊情况：2005年2月28日差值-2.2是因8时观测后有一明显下降过程但人工站未重新读数造成；2005年4月25日差值-4.4是因在20时人工站观测后至20时正点之间地面温度有较强降温至日最低所致；2006年2月5日差值7.8是因地面最低温度出现时段有积雪人工站地面最低温度表置于雪面观测而自动站温度传感器没有移动所致，即观测方法不同造成；2006年10月15日差值-7.0是因自动站地面最低温度缺测造成。

3.8逐日最小相对湿度差值在±10%之内的次数占88%，差值为负值的次数占97%，差值最大上下限3%～-20%。从差值表图上可以看出绝大多数差值为负值，极少数差值为正值者也在5%之内，差值较大者多出现在夏季湿度较大的雨季。即逐日最小相对湿度自动站观测值普遍低于人工站所挑值，造成此状况的原因经分析有3点：

3.8.1自动站湿敏电容湿度传感器与人工站毛发湿度计相比较，在低湿时具有响应时间短灵敏度高的特点，使之更能精确感应最小相对湿度。

3.8.2在夏季高湿季节，因自动站湿敏电容湿度传感器灵敏度有所下降，造成所测最小相对湿度与人工站所挑值差值过大。

3.8.3与人工站只有4次定时观测及挑取最小相对湿度的方法也有一定的关系。特殊情况：2005年4月26日的差值为17的原因是：前一日20时人工站观测后至正点湿度急剧上升且在26日再无下降所致。

4结论

4.1通过以上分析报告得出：所选气象要素的自动站观测数据绝大多数符合气象行业对自动观测仪器的差值要求，可以投入正常的综合观测业务运行。

4.2分析过程所绘制的各类差值图表可以形象得出这两种观测方法取得的一些气象要素的差值规律，为气候分析、气象服务机构使用人工站资料的街接问题提供参考作用。

4.3文中异常差值的原因分析可为气象观测人员判断人工站和自动站运行状态、仪器故障等方面提供理论上的依据。