自動與人工氣象觀測的相對濕度差異分析

王華章++高磊

摘要 利用大連站2005—2010年自動站和人工站的相對濕度資料，分析平均相對濕度對比差值的日、月和年變化規(guī)律。結(jié)果表明：90%自動站日平均相對濕度值高于人工觀測值，平均偏高3.1%；自動站與人工站的相對濕度差值有明顯的日變化規(guī)律，5：00—7：00對比差值最大，13：00最小，全天24 h定時觀測相對濕度對比差值均為正值；7—8月和12月對比差值最大，4—5月最小。月最小相對濕度觀測值均小于35%，其對比差值與月最小相對濕度位相相反。只要相對濕度大于月平均最小相對濕度，其對比差值隨著濕度的增大而增大，高濕情況的對比差值偏大。

關(guān)鍵詞 自動氣象站；人工站；相對濕度；差異分析；遼寧大連

中圖分類號 P426.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）12-0223-03

Analysis of Differences Between Automatic and Manual Observation Relative Humidity：A Case of Dalian Station

WANG Hua-zhang 1 GAO Lei 2

（1 Dalian Meteorological Information Centre in Liaoning Province，Dalian Liaoning 116001； 2 Dalian Meteorological Equipment Support Centre）

Abstract Based on the meteorological data collected relative humidity from automatic and manual observation stations from 2005 to 2010 in Dalian.The regularity of average relative humidity comparison differential value of day，month and annual changes were analyzed.The results indicated that 90% daily average relative humidity of automatic weather station was higher than that of artificial observation station with average at 3.1% higher.The differences between automatic and manual observation data had obvious diurnal variation.Among the 24 times for timing，the maximum difference value in comparison was at 5：00—7：00，and the minimum was at 13：00，and scheduled observation values were all positive.During the month of Jan.to Dec.，the maximum ratio was July to August and the minimum was April to May.The difference of minimum monthly relative humidity was less than 35%，and reverse phase with minimum monthly relative humidity.So long as average relative humidity had exceeded minimum monthly average relative humidity，the comparison differential value was growing with average relative humidity increased and the bias of that was comparatively larger under the condition of high relative humidity.

Key words automatic weather station；manual observation station；relative humidity；difference analysis；Dalian Liaoning

近些年來，地面監(jiān)測中國家基本（準(zhǔn)）站中的主要觀測項目基本由人工器測轉(zhuǎn)為自動觀測。2003年1月1日大連基準(zhǔn)氣候站安裝了天津氣象儀器廠生產(chǎn)的CAWS600系列自動氣象站，2005年1月1日正式投入業(yè)務(wù)使用。了解人工觀測系統(tǒng)及自動觀測系統(tǒng)2種觀測系統(tǒng)所獲取資料的差異，對2種不同觀測數(shù)據(jù)序列進(jìn)行對比分析。

不同因素均可影響觀測資料序列的非均一性，其中觀測儀器的改變是其中的重要原因之一[1-5]。中國氣象局關(guān)于觀測規(guī)范明確指出[6-7]：在大氣探測自動化進(jìn)程中，在統(tǒng)一的氣候資料存檔和管理原則下，需要開展一定時間的平行觀測，對觀測資料進(jìn)行質(zhì)量評估，以確保資料的均一性[8]。

近年來，研究者對大連站的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)差異進(jìn)行了分析[9-16]，對相對濕度的研究尚未見報道。為了給未來研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供一定的參考價值，該文對大連站2種儀器觀測的相對濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

1 資料與方法

選取大連市氣象局檔案館2005年1月1日至2010年12月31日全年逐小時相對濕度觀測數(shù)據(jù)，對全部資料進(jìn)行了質(zhì)量檢驗，明顯的錯誤已被剔除。本文所有數(shù)據(jù)的對比差值均是指自動站觀測值與人工觀測值之差，日平均相對濕度指2：00、8：00、14：00和20：00 4個時次觀測值的平均。endprint

由于人工觀測相對濕度在低溫時誤差增大，自動觀測在高溫高濕時誤差較大，因此，本文除對全部記錄進(jìn)行對比分析外，還對相對濕度進(jìn)行了分類，分析不同溫度和濕度條件下2種觀測結(jié)果的差異，根據(jù)不同氣溫條件，對3類情況進(jìn)行分析：一是氣溫低于-10 ℃；二是氣溫在-10～28 ℃之間；三是高于28 ℃。同時，對相對濕度按照低于35%為“干”，高于80%為”高濕“的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，用以考查相對濕度的自動觀測在各種情況下與人工觀測的偏差。

2 結(jié)果分析

2.1 相對濕度差值的日變化

日平均相對濕度中對比差值≥0 的日數(shù)占樣本總數(shù)的90%，也就是說自動站有90%日觀測值大于人工觀測值，即自動站觀測值存在偏濕現(xiàn)象。描述自動站與人工站觀測相對濕度差值的日變化，從圖1可以看出，相對濕度差值有明顯的日變化，5：00—7：00變化最大，13：00變化最小，對比差值全天24 h均為正值，這說明在相對濕度測量中，自動觀測與人工觀測2個系統(tǒng)之間存在一定程度的“系統(tǒng)偏差”。

2.2 相對濕度差值的年變化

分析相對濕度對比差值逐月變化，從圖2可以看出，自動站與人工站各月相對濕度差值均為正值，變化區(qū)間為1%～5%，平均差值為3.2%。7—8月和12月對比差值為年內(nèi)最大，4—5月為年內(nèi)最小。由于冬季當(dāng)氣溫在-10 ℃以下時，人工觀測相對濕度由百葉箱干濕表轉(zhuǎn)換為毛發(fā)濕度表，用毛發(fā)表（經(jīng)訂正圖訂正）測濕，誤差很大。而在自動氣象站中，全年使用濕敏電容濕度傳感器觀測相對濕度。濕敏電容傳感器具有較好的線性度，響應(yīng)速度快，在相對濕度80%以下測濕的精度較好。在低溫時，它比毛發(fā)濕度表測濕準(zhǔn)確，但在高濕時誤差較大，尤其是長時間在高溫高濕環(huán)境中使用，誤差更大。

2.3 最小相對濕度的差值變化

最小相對濕度觀測值12個月均小于35%，一般出現(xiàn)在午后。從圖3可以看出，最小相對濕度對比差值與相對濕度觀測值位相相反，相關(guān)性為-0.64，最小相對濕度對比差值年平均為0.8%；最小相對濕度對比差值5—8月對比差值小于等于0，其他月份均大于0。

2.4 不同溫濕條件下比較

由于干濕球傳感器和濕敏電容傳感器測濕的特點，本文主要關(guān)注低溫和高溫高濕情況下的對比情況。從表1可以看出，在T≤-10 ℃的條件下，相對濕度的對比差值在RH≤35%時為負(fù)值，為3.7%，說明在低溫干濕的情況下，自動觀測存在偏干的現(xiàn)象。由于這種情況樣本數(shù)量很少，只是一個初步的分析結(jié)果。隨著濕度的增大，其對比差值變?yōu)檎?，并且對比差值隨著濕度的增大而增大，超過中國氣象局規(guī)定的2%。這是由于在-10 ℃以下，相對濕度的測量由干濕球傳感器換為毛發(fā)濕度表，而毛發(fā)濕度表的觀測誤差較大，從而使得偏差較大。

對于高溫的情況，不管相對濕度值的大小，2種觀測系統(tǒng)的觀測對比差值均為正值，而且隨著相對濕度的增大而增大。這主要是由于在高溫高濕時濕敏電容開始出現(xiàn)非線性，而在相對濕度接近100%時，出現(xiàn)明顯的失真，使得觀測誤差較大。總體而言，在較高氣溫條件下，高濕情況的對比差值偏大一些。

3 結(jié)論與討論

相對于傳統(tǒng)的人工觀測來說，自動觀測有一個偏濕的現(xiàn)象，年平均偏高3.1%，這說明自動觀測與人工觀測2個系統(tǒng)之間存在一定程度的“系統(tǒng)偏差”。

2種觀測儀器所測的相對濕度分布有明顯的日變化規(guī)律，5：00—7：00對比差值最大，13：00最小，而且對比差值全天24 h均為正值。

自動站與人工站各月相對濕度差值均為正值，平均差值為3.2%。7—8月和12月對比差值為年內(nèi)最大，4—5月最小。

月平均最小相對濕度均小于35%，其對比差值與月平均最小相對濕度觀測值位相相反。

在-10 ℃以下，只要相對濕度大于月平均最小相對濕度，其對比差值隨著濕度的增大而增大。

在較高氣溫條件下，高濕情況的對比差值偏大，而且自動觀測偏濕現(xiàn)象更明顯。

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