人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)氣象數(shù)據(jù)差異的原因分析

鄭金新+黎洛絲+肖祥+郭志萍

摘要：DZZ1-2型自動(dòng)站自2005年開始試運(yùn)行，06年正試投入業(yè)務(wù)運(yùn)作，本文通過對(duì)紫金縣氣象站人工觀測(cè)數(shù)據(jù)與DZZ1-2型自動(dòng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從中找出人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)兩種觀測(cè)體系所獲的觀測(cè)數(shù)據(jù)存在的差異。

關(guān)鍵詞：人工觀測(cè)；自動(dòng)觀測(cè)；數(shù)據(jù)差異；原因分析

中圖分類號(hào)：P416文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-0432（2014）-01-53-1

自2005年紫金氣象觀測(cè)站投入使用DZZ1-2型遙測(cè)自動(dòng)氣象站以來，基本實(shí)現(xiàn)了氣象觀測(cè)的自動(dòng)化，豐富了獲取氣象資料的方法。但是通過所獲取資料分析，發(fā)現(xiàn)人工數(shù)據(jù)與自動(dòng)數(shù)據(jù)存在著一定的差距。本文通過對(duì)紫金氣象站2006年1～12月壓、溫、風(fēng)、雨量等資料分析，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)比人工觀測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更有連續(xù)性。自動(dòng)觀測(cè)更能體現(xiàn)出大氣中的真實(shí)狀態(tài)，更能滿足氣象現(xiàn)代化的建設(shè)需要。

1人工與自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)差異的原因

1.1觀測(cè)儀器原理產(chǎn)生的差異

自動(dòng)氣象站中使用的傳感器與人工觀測(cè)使用的儀器在原理上是不一樣的，自動(dòng)氣象站傳感器比較靈敏，所得的數(shù)據(jù)更有準(zhǔn)確性，傳感器性能好、便清潔維護(hù)。自動(dòng)氣象站不會(huì)產(chǎn)生由于人工觀測(cè)而出現(xiàn)的主觀錯(cuò)誤。例如：人工觀測(cè)2分鐘風(fēng)的平均值時(shí)，容易產(chǎn)生主觀誤差；對(duì)深層地溫進(jìn)行人工觀測(cè)時(shí)，由于受到外界環(huán)境的影響，當(dāng)從地中取出讀數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差；在人工觀測(cè)溫度時(shí)，人體也會(huì)對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生影響，這些誤差都是由于進(jìn)行人工觀測(cè)時(shí)，經(jīng)常存在視覺誤差和習(xí)慣誤差，這樣就會(huì)產(chǎn)生讀數(shù)不準(zhǔn)的情況，從而導(dǎo)致誤差甚至錯(cuò)誤產(chǎn)生，這些誤差在自動(dòng)氣象站中都會(huì)規(guī)避掉。

1.2觀測(cè)時(shí)間產(chǎn)生的差異

在地面觀測(cè)規(guī)范中，人工觀測(cè)要求在45～60分鐘之間完成包括云、能、天、溫、壓、濕、地面溫度等要素觀測(cè)，其中蒸發(fā)量可以安排在40分鐘至正點(diǎn)后10分鐘之間觀測(cè)。由于人工觀測(cè)是靠觀測(cè)員逐項(xiàng)進(jìn)行，時(shí)間跨度較大，氣象要素也會(huì)隨之變化。在一般情況下，人工觀測(cè)要素距正點(diǎn)的時(shí)間約是：溫度和濕度相差約10～12分鐘；風(fēng)向、風(fēng)速相差約4～6分鐘；本站氣壓相差約1～2分鐘；地面溫度相差至少12分鐘。在以上相差時(shí)段內(nèi)，氣象要素值會(huì)不有同程度的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在夏季氣溫有較明顯上升時(shí)，觀測(cè)時(shí)間差10分鐘，可造成0.4℃～0.9℃的差值。自動(dòng)氣象站是在00～01分內(nèi)按順序幾乎是瞬間完成各要素觀測(cè)的。由此說明，由于兩者觀測(cè)體制在觀測(cè)時(shí)間上不同步，因此觀測(cè)結(jié)果必然會(huì)出現(xiàn)差異。顯然，自動(dòng)觀測(cè)能準(zhǔn)確的測(cè)到正點(diǎn)值。因此，由于自動(dòng)氣象站觀測(cè)時(shí)間的一致性，觀測(cè)的資料有更好的使用價(jià)值。

1.3采集樣本不同產(chǎn)生的差異

人工觀測(cè)的結(jié)果主要就是通過記錄儀器顯示數(shù)值，也就是說觀測(cè)人員只讀一遍儀器的顯示數(shù)值即可。而自動(dòng)氣象站的觀測(cè)方式就不同了，它所顯示最后的數(shù)值是平均值。自動(dòng)氣象站會(huì)每10秒記錄一個(gè)數(shù)值，然后將其中的最大值和最小值去掉，將剩下的數(shù)值進(jìn)行平均，最后得出的觀測(cè)結(jié)果。即，自動(dòng)觀測(cè)值是由多個(gè)樣本值平均后得出，從而說明了自動(dòng)觀測(cè)獲取的要素值更加科學(xué)、準(zhǔn)確、可靠。

2人工與自動(dòng)觀測(cè)要素對(duì)比

氣壓。2006年人工與自動(dòng)觀測(cè)的氣壓讀數(shù)基本相同，從四次定時(shí)觀測(cè)的平均差值來看，人工觀測(cè)與自動(dòng)觀測(cè)結(jié)果幾乎一致，月平均差值均在0.1hpa以內(nèi)，月最高、最低氣壓差值均在0.8hpa以內(nèi)。因我站氣壓傳感器和氣壓表的安裝位置處于同一高度，避免了受高度差的影響，但兩者觀測(cè)結(jié)果仍與儀器原理差異有關(guān)，自動(dòng)氣象站的氣壓傳感器直接測(cè)出本站氣壓。而水銀氣壓表的讀數(shù)值要經(jīng)過公式計(jì)算（經(jīng)過訂正）后才能得出本站氣壓，因此，兩種觀測(cè)體制的測(cè)量結(jié)果必定存在差異。中國(guó)氣象局2004年頒布的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》是采用新的重力加速度公式，減少了計(jì)算誤差值，使人工觀測(cè)的氣壓值更接近大氣的真實(shí)值。

氣溫。統(tǒng)計(jì)2006年四次定時(shí)人工與自動(dòng)觀測(cè)的氣溫，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)的氣溫普遍比人工觀測(cè)的高。月平均差值均在0.2℃以內(nèi)，08、14時(shí)氣溫處在明顯升溫過程中，自動(dòng)比人工可高0.5℃；02時(shí)、20時(shí)的對(duì)比差值均在0.2℃以內(nèi)，02、20時(shí)處在降溫過程，差值較小；由此說明溫度日的變化趨勢(shì)與實(shí)際狀態(tài)基本吻合。這與白天自動(dòng)站溫度傳感器探頭熱敏電阻受太陽(yáng)輻射影響所致，在陰天或氣溫變化平緩的天氣里，這種差異就會(huì)偏小。

雨量。由于測(cè)量雨量的問題復(fù)雜，現(xiàn)以月總降水量、20～08時(shí)、08～20時(shí)的合計(jì)分別作比較。自動(dòng)站觀測(cè)的月合計(jì)年平均、20～08時(shí)降水量比人工站觀測(cè)的偏少，月合計(jì)年平均偏少0.7毫米，20～08時(shí)年平均偏少1.1毫米，08～20則人工站偏少0.4毫米。月降水量越小，差值越小；月總降水量越大，差值也越大。造成此種差異的原因是人為的讀數(shù)誤差。自動(dòng)氣象站采用的是翻斗式雨量計(jì)，其測(cè)量結(jié)果就比較可靠，沒有人為的讀數(shù)誤差。而人工站由于發(fā)報(bào)需要，在雨量較大時(shí)，測(cè)量必然會(huì)導(dǎo)致雨量的損失，雨量越強(qiáng)，損失就越多。此外，在量取時(shí)還會(huì)存在視線誤差。

3結(jié)語(yǔ)

由于觀測(cè)時(shí)間、觀測(cè)儀器、環(huán)境的差異，采集樣本等不同，造成自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)值存在一些差別。總之，自動(dòng)氣象站受外界因素影響較小，自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，更有連續(xù)性，自動(dòng)觀測(cè)體系更符合氣象現(xiàn)代化的發(fā)展需要。

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作者簡(jiǎn)介：鄭金新，河源市氣象局，助理工程師，研究方向：大氣探測(cè)。