新型站與Ⅱ型遙測站資料對比評估

黃治國　韋馨豐　劉東林　陳怡　吳偉清

摘 要：通過對比評估吳川氣象觀測站2016年1月1日-12月31日新型站與Ⅱ型遙測站的氣溫、氣壓、相對濕度、雨量、風向、風速、地面0cm溫度、草溫、5-20cm淺層地溫、40-320cm深層地溫資料，發(fā)現(xiàn)氣壓、氣溫、風向、風速、40-320cm深層地溫資料吻合度較好，而相對濕度、地面0cm溫度、草溫、5-20cm淺層地溫則存在差異。主要是由于儀器受到的太陽輻射、大氣輻射、降雨天氣的影響存在差異，撤換儀器帶來的局部探測環(huán)境的變化等原因造成的。對比評估出新型站與Ⅱ型遙測站資料差異化的技術評判標準，為保證新型站原始資料質量有十分重要的意義。

關鍵詞：地面觀測；新型站；Ⅱ型遙測站；對比

中圖分類號：P412.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0064-02

Abstract： By comparing the data of air temperature， air pressure， relative humidity， rainfall， wind direction， wind speed， ground 0 cm temperature， grass temperature， 5-20 cm shallow ground temperature and 40-320 cm deep ground temperature at Wuchuan Meteorological Observation Station from January 1 to December 31， 2016， the data of air temperature， air pressure， relative humidity， rainfall， wind direction， wind speed， ground surface 0 cm temperature and 40-320 cm deep ground temperature are compared. It is found that the air pressure， air temperature， wind direction， wind speed and 40-320 cm deep ground temperature data are in good agreement， while the relative humidity， surface 0cm temperature， grass temperature and 5-20cm shallow ground temperature are different. It is mainly due to the difference of the influence of solar radiation， atmospheric radiation and rainfall weather， and the change of local detection environment caused by the replacement of the instrument. The comparison and evaluation of the technical evaluation criteria for the data differentiation between the new type station and the Ⅱ-type telemetry station is of great significance for guaranteeing the quality of the original data of the new type station.

Keywords： ground observation； new type station； Ⅱ-type telemetry station； comparison

1 概述

多年來，氣象科研人員為了提高天氣預報的準確率和提高氣象服務水平，利用氣候資料做了大量的統(tǒng)計分析和預測方面的研究工作，并取得諸多研究成果[1-8]。目前，新型站自動觀測已經(jīng)成為廣東省各個氣象觀測站取得氣象數(shù)據(jù)的主要方式，并且實現(xiàn)了雙套新型自動站同時運行。觀測系統(tǒng)的變化導致觀測結果之間的差異是不可避免的。從氣候學的觀點來看，這種差異會造成均一性數(shù)據(jù)集開發(fā)以及極端天氣事件分析的誤差甚至錯誤[9]。氣象觀測經(jīng)歷了單一的人工觀測；人工觀測和Ⅱ型遙測站自動化觀測并行，逐步過渡到以Ⅱ型遙測站為主，人工觀測為輔；Ⅱ型遙測站自動化觀測和新型站自動化觀測并行，逐步過渡到以新型站為主，Ⅱ型遙測站為備份站，人工觀測為輔；最后升級到雙套新型站自動化觀測，其中一套為備份使用，人工觀測為輔。本文通過對比評估新型站與Ⅱ型遙測站自動觀測資料，得到新型站與Ⅱ型遙測站資料差異化的技術評判標準，為提高新型站原始資料質量有十分重要的意義。

2 資料來源和對比評估結果

2.1 資料來源

本文采用吳川氣象觀測站2016年1月1日-12月31日新型站與Ⅱ型遙測站的氣溫、氣壓、相對濕度、雨量、風向、風速、地面0cm溫度、草溫、5-20cm淺層地溫、40-320cm深層地溫資料。分別從2016年各個月份的A文件中提取大部分要素數(shù)據(jù)，其中Ⅱ型遙測站的雨量數(shù)據(jù)是先通過2016年各個月份的Z文件轉換成A文件，再從A文件中提取。

2.2 新型站與Ⅱ型遙測站觀測資料對比評估結果

從差值的月平均值 X、差值標準差σ、降水量誤差百分率、風向相符率、月缺測率、月一致率等六個技術評判標準對新型站與Ⅱ型遙測站資料差異化進行研判。兩年一次的儀器撤換工作對自動站數(shù)據(jù)有明顯影響，主要影響要素有相對濕度、地面0cm溫度、草溫、5-20cm淺層地溫；草溫探測環(huán)境的不一致，導致草溫數(shù)據(jù)的一致性比較差。

（1）差值的月平均值X：氣溫為0.1～0.1℃，氣溫月最高為0.2～0.4℃、氣溫月最低為0.1～0.2℃；氣壓為0.1～0.3hpa，氣壓月最高為-0.1～0.1hpa、氣壓月最低為-0.1～0.2hpa；相對濕度為-2.7～0.6%，相對濕度月最低為-1～1%；二分鐘風速為-0.2～0.1m/s，十分鐘風速為-0.2～0.1m/s，地面0cm溫度為-2.9～0.8℃，0cm地面溫度月最高為-5.2～1.5℃、0cm地面溫度月最低為-0.4～0.4℃；草溫為-4.5～2.6℃，草溫月最高為-4.7～4.5℃、草溫月最低-1.0～0.1℃；5cm淺層地溫為-1.0～2.9℃，10cm淺層地溫為-0.6～1.8℃，15cm淺層地溫為-0.6～1.4℃，20cm淺層地溫為-0.1～0.9℃，40cm深層地溫為-0.2～0.4℃，80cm深層地溫為0.0～0.2℃，160cm深層地溫為-0.1～0.4℃，320cm深層地溫為0.2～0.4℃。經(jīng)評估，在2016年8月4日15時08分-8月4日17時30分期間，吳川站撤換Ⅱ型遙測站儀器，新型站與Ⅱ型遙測站的相對濕度、地面0cm溫度、草溫、5-20cm淺層地溫的資料對比差值出現(xiàn)明顯增大，對氣壓、氣溫、風速、40-320cm深層地溫的影響屬于正常范圍。按照嚴格的要素對比新型站和Ⅱ型遙測站的差值，符合要求的只有氣溫、氣壓月最高、相對濕度月最低、0cm地面溫度月最低、80cm深層地溫。

（2）差值標準差σ：相對濕度、地面0cm溫度、草溫、5-20cm淺層地溫在2016年8月出現(xiàn)明顯的跳變，再次證實了撤換儀器給以上要素數(shù)據(jù)造成明顯影響。其它要素的差值標準差則表現(xiàn)為比較平緩的變動，同時也存在個別要素出現(xiàn)跳變。

（3）降水量誤差百分率：新型站月累計降水量大部分月份大于Ⅱ型遙測站。新型站年累計降水量大于遙測站年累計降水量。2016年1-3月、6-10月，兩個站的月降水量誤差百分率均小于4%，說明新型站的觀測數(shù)據(jù)可靠可用，年降水量誤差百分率為1.21%。2016年4月、5月和12月的月降水誤差百分率大于4%，產(chǎn)生誤差的主要原因是降水時空分布不均勻。2016年11月的月降水誤差百分率大于4%，產(chǎn)生誤差的主要原因是降水時空分布不均勻，次要原因是Ⅱ型遙測站資料缺測。

（4）風向相符率：二分鐘平均風向相符率為92.32%，十分鐘平均風向相符率相對較高，為94.05%，新型站與Ⅱ型遙測站的風向有較好的相符率。

（5）月缺測率：新型站2016年1-12月每個月的月缺測率都為0.0‰，資料完整率較高；Ⅱ型遙測站2016年2、3、4、7月每個月的月缺測率都為0.0‰，1月為0.13%、5月為0.39%、6月為0.16%、8月為0.67%、9月為0.27%、10月為0.81%、10月為0.54%、12月為1.08%，Ⅱ型遙測站的資料相對不完整，存在缺測情況。

（6）月一致率：氣溫為95.83%，氣溫月最高為41.67%，氣溫月最低為100%；氣壓為100%，氣壓月最高為100%，氣壓月最低為100%；相對濕度為95.83%，相對濕度月最低為100%；0cm地面溫度為93.75%，0cm地面溫度月最高為50%，0cm地面溫度月最低為100%；草溫為79.17%，草溫月最高為16.67%，草溫月最低為91.67%；淺層地溫5cm為79.17%，淺層地溫10cm為75%，淺層地溫15cm為87.5%，淺層地溫20cm為89.58%，深層地溫40cm、80cm、160cm、320cm均為100%。其中氣溫、氣溫月最低、氣壓、氣壓月最高、氣壓月最低、相對濕度、相對濕度月最低、0cm地面溫度月最低、深層地溫40-320cm要素的月一致率較高，說明新型站與Ⅱ型遙測站的資料較為一致。而地面0cm、淺層地溫15、20cm次之，草溫、淺層地溫5、10cm較差。氣壓、氣溫、相對濕度、深層地溫40-320cm要素的探測環(huán)境（采集器箱、百葉箱、深層土壤環(huán)境）比較穩(wěn)定，而地面0cm、草溫、淺層地溫5-20cm受到的太陽輻射、大氣輻射、降雨天氣的影響較大，導致新型站與Ⅱ型遙測站的月一致率相對較差。此外，淺層地溫15、20cm的月一致率又比淺層地溫5、10cm的相對較好，也證明了太陽輻射、大氣輻射、降雨天氣的影響因子對淺層地溫5、10cm的作用力大一些。影響淺層地溫5-20cm資料差異的原因還有土壤性質、土壤松緊度、溫度傳感器埋置高度是否一致等原因有關。草溫資料的月一致率較低，經(jīng)分析，草溫的小探測環(huán)境不夠規(guī)范，影響草溫資料差異的原因有草地面積要求1m2，傳感器安裝在距地6cm高處，并與地面大致平行，草株高度控制在6-10cm[10]。

3 結束語

（1）新型站與Ⅱ型遙測站資料存在差異，但新型站資料依然準確可用。

（2）造成新型站與Ⅱ型遙測站資料存在差異的主要原因是儀器受到的太陽輻射、大氣輻射、降雨天氣的影響存在差異，撤換儀器帶來的局部探測環(huán)境的變化。

（3）減小撤換儀器對觀測資料帶來的影響，做好儀器的日常維護，每天對比兩套新型站的數(shù)據(jù)，對于疑誤的數(shù)據(jù)可以做到及時排查與處理，對于提高新型站自動觀測資料質量有重要作用。

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