河南省自動與人工觀測氣壓資料差異分析

周志剛

（河南省氣象信息網(wǎng)絡與技術(shù)保障中心，河南 鄭州 450000）

氣象部門于1950年開始采用人工方式觀測，到2003年已經(jīng)持續(xù)50多年。隨著科技進步以及為滿足氣象預報、氣象服務、氣候預測等業(yè)務的需求，全省開始啟用自動觀測。截止到2011年年底，全省119個國家站實現(xiàn)了自動觀測，其中2004年啟用有開封1個站，2005年啟用48站，2007年啟用16站，2011年啟用54站。

啟動自動觀測以后，兩種觀測所使用的儀器和觀測時間上都有一定差異，至于自動觀測的氣壓要素與原來人工觀測的氣壓要素是否存在差異，需要對兩種資料進行對比分析評估。本次評估最北端的臺站是南樂站，緯度36.08°N，最南端是新縣站，緯度31.64°N，南北跨度4.44度；最東端永城站，經(jīng)度116.44°E，最西端靈寶站，經(jīng)度110.86°E，東西跨度5.58度。拔海高度最高為鄭州嵩山站1178.4米，最低為永城站32.5米，高度差1 145.9米。自動觀測均使用PT220氣壓傳感器觀測，人工站使用水銀氣壓表觀測。

在人工觀測方式改為自動觀測方式前，按要求要進行兩年的平行觀測。所謂平行觀測就是在同一個觀測場內(nèi)分別安裝一套人工觀測儀器和一套自動觀測儀器，同時按《地面氣象觀測規(guī)范》的要求進行觀測。這樣做是為了消除探測環(huán)境差異和觀測時間差異對觀測資料的影響。本次評估采用平行觀測第二年的自動觀測與人工觀測的本站日平均氣壓、月平均氣壓、年平均氣壓資料進行分析。分析內(nèi)容主要包括：日平均氣壓差值（用自動站觀測值減去人工站觀測值）和差值標準差、月平均本站氣壓差值和差值標準差、年平均本站氣壓差值和差值標準差。標準差是表示一組數(shù)據(jù)離散程度的最好的指標。其值越大，說明離散程度越大，其值越小說明數(shù)據(jù)比較集中。

1 評估結(jié)果

1.1 日差值

全省全年日差值平均值為-0.05hPa，日最大差值為1.6hpa，日最小差值為-2.6hpa，標準差為0.39。從日差值頻次和正態(tài)分布圖（見圖1）中可以看出，日平均氣壓對比差值呈正態(tài)分布（偏負），差值為負值的有26122個觀測值，占總數(shù)的60.2%，差值在[-0.8，0.8]的觀測值有41474個，占95.5%。對比差值最大值出現(xiàn)在7月21日的固始站，最小值在10月31日的開封站。

圖1 日差值頻次和正態(tài)分布圖

1.2 月差值

各月差值平均值為-0.05hpa，月差值最大值為0.94hpa，月差值最小值為-1.88hpa。月差值偏高最大的為9月的桐柏站和12月的黃泛區(qū)站，偏低最多的為4月的開封站；從月差值頻次和正態(tài)分布圖（見圖2）中可以看出，各月月平均氣壓差值偏低的臺站占63.0%；差值平均值主要集中在[-0.8，0.8]之間，占到全省所有評估臺站的95.5%。從月平均氣壓變化曲線（見圖3）和月平均氣壓差值曲線（見圖4）上可以看出，兩個變化曲線相近，說明月差值月變化規(guī)律明顯，月平均氣壓越高差值越大，反之越小。全省各月差值的標準差為0.35，說明兩種觀測數(shù)據(jù)差值分布集中，變化不大。

圖2 月差值頻次和正態(tài)分布圖

圖3 月平均氣壓變化曲線

圖4 月平均氣壓差值曲線

1.3 年差值

圖5 年差值頻次和正態(tài)分布圖

全省各站年平均氣壓差值為-0.05hpa，最大差值0.71hpa，最小差值-1.53hpa，極差2.24hpa，標準差為0.30。差值偏高最大的為黃泛區(qū)站，偏低最多的為開封站。由年差值頻次圖和正態(tài)分布圖（圖5）中可以看出，其趨勢與月值一致，年平均氣壓差值偏低（差值小于0）的臺站占多數(shù)，占60.0%；年平均氣壓差值主要集中在[-0.8，0.4]之間，占到全省所有評估臺站的92.4%。

2 原因分析

經(jīng)過對日、月、年差值數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)數(shù)據(jù)差異的原因如下：

2.1 人工站儀器出現(xiàn)異常未能及時發(fā)現(xiàn)。比如氣壓表、氣壓計超檢使用，導致數(shù)據(jù)長期不穩(wěn)定，差值較大。

2.2 人工站數(shù)據(jù)誤讀。雖然誤讀數(shù)據(jù)不多，但每次誤讀不是5hPa，就是10hPa，對數(shù)據(jù)質(zhì)量影響較大。

2.3 氣壓計差值超過1.5hPa，未能及時調(diào)整，影響02時氣壓觀測值的準確性。

2.4 自動站氣壓傳感器、采集器因受到雷擊或接線接觸不良等原因出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變野值，由于數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗不足而沒能正確處理。

2.5 兩種儀器所放的位置存在差異。人工站放在值班室，自動站放在觀測場的采集器箱子中，個別站兩者拔海高度存在差異。

2.6 兩種觀測值的觀測時間存在差異。按照《地面氣象觀測規(guī)范》的要求，人工站是在整點前的55-60分完成，而自動站數(shù)據(jù)都是在正點00分采集。

3 建議

由于在評估中發(fā)現(xiàn)自動站大多數(shù)差異是由傳感器、采集器故障及軟件原因引起的，因此，在以后的自動站運行中建議：

3.1 加強采集器的升級、換代工作，使儀器在性能方面更加穩(wěn)定、可靠。

3.2 做好儀器的安全防護工作，特別注意作好防雷安全。

3.3 加強業(yè)務人員在儀器維修與維護方面的培訓，使之能及時發(fā)現(xiàn)使用中異常現(xiàn)象，使故障得到及時維修，降低數(shù)據(jù)的缺測率。

3.4 根據(jù)業(yè)務需要，及時升級測報軟件。

3.5 做好儀器備份工作，在可能的條件下，臺站盡量采用多套自動站儀器同時運行。

[1]鞠曉慧.自動與人工觀測氣壓的差異及原因分析[J].氣象，2010（01）.

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[3]王曉默.自動氣象站與人工觀測的數(shù)據(jù)對比分析[J].氣象科技，2007（04）.

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