冬季降雪、積雪時地溫觀測常見問題探討

彭雙姿，卿燃莉，劉麗萍，秦文卓，朱三平，謝 堅，孫玉之，周麗瓊

(湖南省邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000)

冬季降雪、積雪時地溫觀測常見問題探討

彭雙姿，卿燃莉，劉麗萍，秦文卓，朱三平，謝 堅，孫玉之，周麗瓊

(湖南省邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000)

針對2011年1月中下旬湖南低溫雨雪天氣過程的地溫氣象數據對比審核出現的各種問題進行分析，總結出一些地溫觀測經驗，以及積雪覆蓋后地溫觀測誤操作以后的補救措施。

積雪;地溫觀測;注意事項

1 引言

下墊面溫度和不同深度的土壤溫度統稱地溫。下墊面溫度包括裸露土壤表面的地面溫度、草面(或雪面)溫度及最高、最低溫度。淺層地溫包括離地面5、10、15、20 cm深度的地中溫度。深層地溫包括離地面40、80、160、320 cm深度的地中溫度。測量地溫使用玻璃液體地溫表和鉑電阻地溫傳感器［1］。已有一些專家對于雨雪冰凍天氣情況下的地面氣象觀測資料特征進行分析并取得研究成果：孫軍杰等分析不同深度的積雪對地面溫度具有保溫效果［2］;婁偉平等根據地溫和雪深的關系，建立了積雪表面和深層的溫度預報模式［3］。部分臺站既有自動站地溫觀測，又有地溫人工觀測，還有草面(雪面)溫度觀測。目前鮮有專門針對積雪狀態下地溫觀測的探討。由于湖南省積雪深度厚、維持時間長的雨雪冰凍天氣較少，導致有些臺站觀測員因經驗不足，對規范及技術規定理解不透，在觀測時常出現一些錯誤的做法。

2011年1月18—25日，受北方較強冷空氣和西南暖濕氣流共同影響，湘中以南出現持續低溫、雨雪、冰凍災害性天氣。在審核2011年1月月報表時，此次低溫雨雪天氣過程中地溫觀測出現的問題較多。本文對觀測中應注意的事項進行總結分析，提出減少地溫觀測錯情方法。

圖1 A站自動站0 cm地面溫度及雪深時序圖

2 0 cm地溫人工站與自動站對比審核

圖1是A站今年1月17日21時至25日20時自動站0 cm地溫遙測數據時序圖及當日08時積雪深度。自動站地面溫度遙測數據21日以后有白天急升，晚上劇降的現象，日較差達到10℃以上。根據［2，3，4］等的研究結果認為：地面溫度傳感器被積雪覆蓋期間，因為積雪的隔熱作用，所以自動站地面溫度日變化較小，尤其是積雪深度較大時，地面最低溫度、地面最高溫度都在0℃附近，地面溫度變化曲線趨于平直。由圖上可知，18—25日A站地面一直為積雪覆蓋，0 cm自動站地溫日變化幅度大，與鄰站相比也有較大差異(圖略)。因此該站的自動站地面溫度遙測數據應該是異常的。經查詢為該站值班員錯誤理解規范要求：錯誤的將溫度傳感器上的積雪進行了清除。根據規定［1］，鉑電阻地面溫度傳感器被積雪埋住時仍按正常觀測，但需在觀測薄備注欄注明被積雪覆蓋的時間。

3 雪面溫度與0 cm地溫對比審核

湖南省部分測站要求觀測草溫，在出現積雪后，要求將草溫傳感器置于雪面上，轉為觀測雪面溫度(轉觀測雪面溫度時本文仍稱草溫傳感器)。這是近年來新增加的一個觀測項目，對于新測報員來說也是容易出現操作錯誤的項目之一。

圖2a、2b分別是17日21時至25日20時B站和C站自動站雪面溫度和0 cm地溫及雪深數據時序圖。從B站時序圖可見，18—25日，該站一直有積雪，19—23日積雪深度在6 cm以上。從地溫及雪面溫度變化看，19日07時以前，雪面溫度低于地面溫度，0 cm地面溫度維持在0℃附近。地溫傳感器位于積雪下，由于積雪的保溫作用［2，4］，雪面溫度低于地面溫度，因此該時間段地溫、雪面溫度觀測記錄無誤。20—25日一直維持有較厚的積雪，白天地面溫度升溫幅度達到5℃以上，應該是值班員將積雪錯誤清除所致;該站地面溫度夜間變化幅度小，是因為該站為3次站，夜間不值守班，夜間降雪將地面溫度傳感器覆蓋(或地面傳感器下陷進積雪中)，因為積雪的隔熱保溫作用，使得夜間地面溫度傳感器變化幅度較少。因此該站20—25日自動站地面溫度傳感器觀測數據有誤。19—20日，草溫傳感器溫度穩定維持在0.5℃附近，變化幅度小，應該是草溫傳感器被積雪覆蓋后，沒有及時從積雪里移置至雪面造成。21日雪面溫度突然從0℃降至-5℃以下，應該是該天值班員將草溫傳感器從雪里拿出置于雪面觀測，該記錄是正確的。23日白天地溫由于錯誤清除積雪，溫度上升至10℃附近，草溫同時上升至3℃以上，這時積雪深度還有6 cm以上，23日積雪深度為別為9 cm、4 cm、2 cm，期間無降水天氣現象，24—25日雪面溫度高達8℃以上。該數據可疑，綜合分析其可能原因：一是該時段有日照，由于太陽直射溫度傳感器，導致草溫傳感器溫度急升;二是積雪融化較快，雪面下降使得草溫傳感器位于雪面以上，所測溫度為近雪面氣溫。根據規定［1］，觀測草面溫度的測站，在測站出現積雪后，應該在20時將草溫傳感器轉移至雪面進行雪面溫度觀測。在觀測雪溫期間，應經常巡視草溫傳感器，使其置于積雪表面上。湖南地理位置較偏南，雪后天氣放晴時，地面溫度上升較快，從圖上看，清除積雪后的地面溫度，可升至10℃左右，因此融雪速度較快。對于融雪時導致草溫傳感器裸露空氣中的情況，沒有作特別說明，筆者理解為在融雪時，應加強巡視儀器，當雪面下降使感應器露出時，應將草溫傳感器新安置，保持雪面溫度傳感器一半在雪里，一半在空氣里。

圖2 B站(a)、C站(b)自動站雪面溫度、地面溫度及雪深時序圖。虛線為自動站0 cm地溫小時變化曲線，實線為自動站雪面溫度小時變化曲線，單位℃;柱狀是當日08時人工測量雪深，標在次坐標軸上，單位cm。

在積雪覆蓋期間，C站地面溫度一直維持在0℃附近，變化幅度小，因此自動站地面溫度觀測記錄可靠;同一時段雪面溫度變化平穩，18—20日草面溫度傳感器溫度較0 cm地面溫度更高，19日隨著積雪深度加厚，草面溫度傳感器溫度有小幅上升，此記錄明顯有誤。經查詢該站安裝草溫傳感器時，沒有預留出移動傳感器的線，導致草溫傳感器不能移動。由于雪面溫度傳感器位于草面，積雪覆蓋時，由于草葉的支撐，雪層下面的空氣較裸地更多，深層地溫向淺層和地表輸送的熱量更好的得到保持，草溫傳感器測量的是雪層下的氣溫，因此出現了草面溫度傳感器測得的溫度大于地面溫度的情況。也再次說明隨著積雪厚度加厚，雪層的保溫效果更好。20日隨著積雪加厚，雪層在重力作用下下降，草溫傳感器進入雪層中，溫度出現0℃左右的直線。該站雪面溫度應該做缺測處理。根據規定［1］，安裝草面溫度傳感器時，應該預留0.5m的線，以便于在積雪出現后，將草溫傳感器轉置雪面，進行雪面溫度觀測。

4 淺層地溫自動站人工站對比

圖3 E站1月自動站、人工站20時5 cm地溫(℃)、雪深(cm)時序圖

圖3是E站1月自動站5 cm地溫及人工站20時對比觀測時序圖，從圖中分析可知由于自動站和人工站距離近，數據變化基本一致。從19—23日，受積雪覆蓋，自動站5 cm地溫變化平穩，呈緩慢下降趨勢，人工站5 cm地溫21日較自動站明顯偏高。可能原因是人工站淺層地溫積雪被破壞。從日照數據分析21日該站有5.5h日照，積雪破壞后，雪層的隔熱作用被破壞，太陽短波輻射被地面吸收并向地下輸送，造成人工站5 cm地溫明顯的上升。詢問該站得知，19日由于積雪深度太厚，曲管地溫表被積雪掩埋，在觀測前巡視儀器時，找不到地溫場，錯誤的將積雪破壞了，20日和21日的日照使得殘留的積雪快速融化，5 cm地溫人工站明顯高于自動站。

5 減少積雪覆蓋時的地溫觀測誤操作方法

根據實踐經驗以及前期地溫觀測出現的一些常見問題，整理出減少雨雪天氣地面溫度錯情的方法：

①在冬季來臨前做好充分準備，注重學習地面觀測有關業務理論知識，全面掌握觀測、記錄、發報、編制報表等一系列技術規定。

②值班前注意休息，特別是觀測前10min不要做其他事情，人工觀測注意復讀，避免誤讀。

③地面3只溫度表被雪埋住時，在降雪或吹雪停止后，小心將表從雪中取出(勿使水銀柱、游標滑動)，水平地安裝在未被破壞的雪面上，感應部分和表身埋入雪中一半。當發現表身下陷雪內，或在觀測前巡視時表身又被雪埋住時，均應重新安裝在雪面上。讀數時若感應部分又被雪蓋，可照常讀數。

④自動站地面溫度傳感器安裝在原地面溫度表和曲管地溫表東側的裸地內。在巡視儀器時要查看地面溫度傳感器的埋設情況，保持地面溫度傳感器一半埋在土中，一半露出地面，擦拭沾附在上面的雨露和雜物，但是當地面溫度傳感器被積雪埋住時仍按正常觀測，但需在觀測薄備注欄注明。此時不能破壞地面溫度傳感器上面的積雪。

⑤草溫/雪溫的觀測區域位于裸地地溫觀測區西側，傳感器安裝在距地6 cm高度處，并與地面大致平行。在冬季，當有降雪但未掩沒草層時，繼續進行草溫觀測。當積雪掩沒草溫傳感器時，將傳感器置于原來的雪面上，這時測量雪面溫度，并在觀測薄備注欄注明起止日期。觀測雪溫期間，應經常巡視雪溫傳感器，使其置于積雪表面上，積雪融化后，繼續觀測草溫。草溫和雪溫觀測的切換應在20時進行。

⑥湖南屬于積雪時間較短的地區，在積雪將地溫場掩沒之前，做好標記，便于觀測時迅速找到曲管地溫表位置;在積雪掩沒曲管地溫表后，可以把雪沿地溫表表身撥開一道縫，露出刻度線觀測，而不是成片扒開積雪。淺層地溫傳感器和直管地溫照常觀測，不能破壞原有積雪狀態。

堆積一定的積雪厚度對地面具有保溫和隔熱作用，對于錯誤清除自動站0 cm地溫傳感器積雪的臺站，或因為積雪厚度太厚，在尋找地溫場時將積雪破壞的臺站，建議通過堆積同樣厚度的積雪的辦法進行補救。

［1］ 中國氣象局.地面氣象觀測規范［Z］.北京：氣象出版社，2003.

［2］ 孫軍杰，于溪濱，郭松林.不同積雪深度對地溫的增溫效應［J］. 中國農業氣象，1995，16(6)：49.

［3］ 劉冬梅，黃少平，周曉香.低溫雨雪冰凍天氣過程的自動站數據處理［J］. 貴州氣象，2009，35(3)：40-42.

［4］ 葛炳華，李運鋒，劉國鋒.人工與遙測地面溫度有無積雪的對比分析［J］. 氣象與減災，2007，(1)：30.

P412

B

1003-6598(2011)03-0054-04

2010-03-11

彭雙姿(1979-)，女，高工，主要從事大氣探測工作。