淺析地面氣象對比觀測數(shù)據(jù)差異成因分析

劉清華

[摘 要]：各行各業(yè)的技術(shù)上的進(jìn)步和蓬勃發(fā)展源自于高新技術(shù)的發(fā)展。雖然高新技術(shù)使氣象部門的設(shè)備有了明顯的改善，然而天有不測風(fēng)云。在高新技術(shù)的支持下對天氣的觀測數(shù)據(jù)仍會出現(xiàn)一些偏差。因此，現(xiàn)在依據(jù)前幾年氣象觀測積累的經(jīng)驗對觀測數(shù)據(jù)和實際狀況出現(xiàn)偏差做出分析，找出存在偏差的主要原因，對提高氣象預(yù)測做出貢獻(xiàn)。

[關(guān)鍵詞]：天氣 氣候 地面 氣象 比較 觀測 數(shù)據(jù) 偏差

國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，高新技術(shù)不斷創(chuàng)新，自動化成果不斷涌現(xiàn)。自動化成果在氣象觀測過程中的運用更多，各類氣象數(shù)據(jù)的收集越來越迅速，氣象觀測已經(jīng)很少使用人工完全觀察、收集數(shù)據(jù)。雖然自動化氣象觀測的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，但在和觀測數(shù)據(jù)對比仍存在差異。解決了偏差就可以很好的校正氣象觀測自動化系統(tǒng)，預(yù)測出更加精確的天氣情況，人民的生產(chǎn)生活更便捷。

1、氣溫與濕度來看，主要的偏差原因是

1.1 由于觀測時間的不同而產(chǎn)生的觀測數(shù)據(jù)的偏差

傳統(tǒng)的人工觀測要求在整點前45分鐘進(jìn)行觀測；而自動化觀測系統(tǒng)具有實時性，只要在某一時刻隨時進(jìn)行采集。二者之間只差15分鐘左右，在實際的天氣狀況中，15分鐘之間就已可能是“風(fēng)云變幻”，45分鐘之間就完全可以下一場傾盆暴雨。所以，人工的觀測可以對這樣的實際狀況進(jìn)行敘述，而自動化觀測只能機(jī)械的對當(dāng)前地面的溫度、濕度進(jìn)行收集，卻不能對局部的天氣的變化進(jìn)行描述。在某種特定的狀況下，一分鐘之前天氣可能還晴朗，可是往往在一分鐘之后暴雨傾盆的情況在夏天的時候也經(jīng)常發(fā)生。這對自動化觀測提出了更高的要求，要求自動化觀測對整點采集數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行分析，在條件允許的狀況下應(yīng)適當(dāng)增加采集數(shù)據(jù)的時點。

1.2 由于觀測環(huán)境的不同而產(chǎn)生的觀測數(shù)據(jù)的偏差

人工觀測與自動化觀測環(huán)境的不同。在人工觀測的時候先把百葉箱門打開，加快百葉箱中空氣的流通，在夏冬時節(jié)，打開百葉箱的作用非常明顯，所以影響夏冬時節(jié)空氣流通的因素比較明顯。將裝水的器皿放置在百葉箱中，百葉箱中水蒸氣量增加，使百葉箱的濕度加大。但是在自動化觀測時就不需要放置容器，也就不會有那么多水蒸汽，對環(huán)境中的濕度影響很小。這點在實際工作中最有體會，比如，在每天的20時對比觀測中，如果晴好天氣，特別是天氣干燥時，人工器測的相對濕度要比自動站的相對濕度大，而在空氣濕度大時，兩者的數(shù)據(jù)很接近。

1.3 由于人工采集數(shù)據(jù)和自動化采集數(shù)據(jù)精確度不同而產(chǎn)生的偏差

水銀溫度表是現(xiàn)在使用最多的一種溫度表，它的精確讀數(shù)為0.2攝氏度，精確度不是特別的高，并且人工讀數(shù)有時還會因為觀測員的視覺誤差導(dǎo)致讀數(shù)發(fā)生一些偏差。但是自動觀測系統(tǒng)就不同，自動觀測系統(tǒng)的傳感器十分準(zhǔn)確，可以讀出小數(shù)點后3到4位的攝氏度數(shù)。也就可以看出自動化系統(tǒng)要比人工采集數(shù)據(jù)精確。

2、自動化觀測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存在差異的原因

自動化觀測系統(tǒng)中也偶然出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差，在觀測雨量時，情況和觀測濕度與溫度時不同。在觀測溫度與濕度時，觀測越多次數(shù)得到的測量數(shù)據(jù)越精確。然而在觀測雨量時，觀測次數(shù)越多觀測結(jié)果越不準(zhǔn)確。自動化觀測系統(tǒng)測量雨量要依靠雨量傳感器，觀測雨量通過電能驅(qū)動雨量傳感器在干簧管中翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生電磁脈沖信號。

2.1 兩種雨量觀測體制的差異

根據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》的規(guī)定，人工觀測雨量時，在正點之前的52分鐘之內(nèi)完成；自動觀測系統(tǒng)觀測一般就是在正點時間瞬間完成，兩者之間相差8分鐘左右。連續(xù)下雨時，人工觀測的結(jié)果會損失一點的雨量。在實踐中可看到，在時間上有差異和不同步，觀測的結(jié)果會有一定差異。然而人工觀測系統(tǒng)的安裝與自動觀測系統(tǒng)中的傳感器安裝要求基本相同，可是安裝位置和地點卻不同，這會使測量數(shù)據(jù)的存在差異。

2.2 工作原理的差異性會產(chǎn)生偏差

第一，雨量傳感器中有計量翻斗，它的基本定位點螺釘?shù)木嚯x也許會使計量翻斗的轉(zhuǎn)動次數(shù)和快慢產(chǎn)生較大的影響，所以基點的位置調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性會直接影響降水計量的準(zhǔn)確度，也能使雨量的測量出現(xiàn)誤差。第二，測量傳感器在運行時的機(jī)械因素會使測量數(shù)值上出現(xiàn)偏差，一般來說，雨量傳感器一般是以單位時間內(nèi)的翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)作為降水量累計數(shù)值，然而在實踐時機(jī)械設(shè)備運行不靈敏也能造成偏差。第三，由于保養(yǎng)維護(hù)不當(dāng)造成測量偏差，翻斗過程中不合理機(jī)械組成部分會造成測量偏差。因此，翻斗雨量傳感設(shè)備的日常維護(hù)與保養(yǎng)很重要，會間接影響對雨量測量的準(zhǔn)確度。在日常使用中如果能很好的注意過濾網(wǎng)的清理，以免塵沙、樹葉、小蟲等堵塞管網(wǎng)，保持節(jié)流管的順暢性就能減少這些偏差。

3、地面與淺層的地溫

土壤表面熱平衡計算方法，對土壤的溫度產(chǎn)生的影響源自于不同性質(zhì)的土壤。與緊密土壤相比，在白天強(qiáng)光照射下松軟土壤反射能力比較差，而在夜間熱輻射比較多，白天吸收大量的熱能，升溫會比較快。在夜間輻射降溫較多，溫度的下降速度較快。在疏松的地況下，平整度不符合要求，地溫的變化發(fā)生比較快，難以實現(xiàn)相同的變化，二者之間就會產(chǎn)生很大數(shù)值差異。另外，土壤的表面并不是均質(zhì)，比熱和導(dǎo)熱率等物理因素不同。當(dāng)土壤板結(jié)后，對二者所產(chǎn)生的影響不同。太陽光直射會使它們產(chǎn)生不一樣的影響，地面出現(xiàn)的最高溫度極值與白天的日照強(qiáng)弱與時間有關(guān)，特別是地溫的極值經(jīng)常會出現(xiàn)在中午12點至下午 2 點，若天空中的云很少甚至沒有，在太陽光的照耀下溫度差增大，地面的溫度升高加快，特別是地面上有更顯著的溫度變化。

4、氣壓

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，人工站的氣壓表都設(shè)置在專門的氣壓室內(nèi)，外界各種因素相對穩(wěn)定一些；而自動站的氣壓傳感器都是裝置在采集器內(nèi)部，采集器放置在觀測站的機(jī)房內(nèi)，因此人工站與自動站的氣壓表放置環(huán)境存在一定的差異。根據(jù)各站的實際情況來說，氣壓表與氣壓傳感器在海拔高度上存在一定的差異。以某站為例，氣壓傳感器的海拔高度為73.5米，而氣壓表的海拔高度則為72.9米。就外部環(huán)境來說，氣壓室一般建在封閉環(huán)境下，溫度與室內(nèi)溫差小，跟外界氣溫變化而改變；氣壓傳感設(shè)備裝在機(jī)房，有空調(diào)和暖氣設(shè)備，氣壓傳感設(shè)備在外部環(huán)境上難以反映外界的狀況，隨著春夏秋冬的變化，氣壓傳感器在外部環(huán)境的基礎(chǔ)上對外界的情況不能很好的反應(yīng)，產(chǎn)生誤差。由于當(dāng)前人工站的氣壓表精度一般為0.1hpa，而觀測員在讀數(shù)的時候，難免受到角度等因素的影響，導(dǎo)致氣壓的讀取值出現(xiàn)誤差，而自動站由于材質(zhì)是固定的，氣壓的精度和采集值受到的影響相對比較小。

結(jié)語

地面氣象觀測水平的提高，仍存在一些觀測數(shù)據(jù)差異，應(yīng)創(chuàng)新加強(qiáng)思想重視和誤差處理技術(shù)，能使氣象觀測事業(yè)提高。根據(jù)分析對地面氣象對比觀測數(shù)據(jù)的差異，在觀測氣象實踐時，人工的觀測誤差仍存在，自動化設(shè)備會產(chǎn)生因程序太機(jī)械導(dǎo)致人工智能判斷產(chǎn)生誤差。所以，假如在實際工作時能將自動化和人工相結(jié)合，就能更好的服務(wù)于氣象，更好的服務(wù)于人民群眾。

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