大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測系統(tǒng)誤差分析

范存飛++趙宇++殷宇飛++侯波++張鵬

摘要 通過分析2014—2015年新賓國家基本氣象站大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)和人工觀測數(shù)據(jù)，比對(duì)數(shù)據(jù)差異性，結(jié)合風(fēng)速、降水和日照等要素，分析大型蒸發(fā)的日數(shù)據(jù)規(guī)律，找出大型蒸發(fā)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差因子，并分析各項(xiàng)因子對(duì)數(shù)據(jù)的影響程度。

關(guān)鍵詞 大型蒸發(fā)；系統(tǒng)誤差；地面測報(bào)；自動(dòng)氣象站

中圖分類號(hào) P412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）16-0206-01

從2012年起，新型自動(dòng)站在全國范圍內(nèi)推廣，蒸發(fā)數(shù)據(jù)、固態(tài)降水?dāng)?shù)據(jù)和能見度數(shù)據(jù)等人工觀測要素實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化觀測。不同因素均可影響觀測資料的穩(wěn)定性，其中觀測方式的改變是其中最重要的一個(gè)原因。國家氣象局相關(guān)觀測規(guī)范明確指出：在觀測自動(dòng)化進(jìn)程中，需要開展一定時(shí)間的對(duì)比觀測，對(duì)觀測資料進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，確保觀測數(shù)據(jù)的可靠性。很多觀測站在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)存在不穩(wěn)定性，易受其他因素影響，存在明顯的系統(tǒng)誤差。新賓國家基本氣象站2013年5月安裝了華云氣象儀器廠生產(chǎn)的DYYZII型CAWS3000新型自動(dòng)站，2014年1月1日正式投入業(yè)務(wù)使用。

為了給業(yè)務(wù)工作提供一定的幫助，該文對(duì)新賓國家基本氣象站的大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)和人工觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 研究方法

選取新賓國家基本氣象站2014年5月1日到2014年10月31日和2015年5月1日到2015年10月31日期間逐日大型蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)，對(duì)該時(shí)段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，剔除明顯錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。挑取對(duì)比差值超過人工測量訂正值上限的數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)。通過本文中的對(duì)比差值是指每日20：00自動(dòng)站大型蒸發(fā)測量值與人工測量值之差。新賓地區(qū)冬季采用小型蒸發(fā)人工測量方式，大型蒸發(fā)停用，故只采用非結(jié)冰期數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2 要素分析

2.1 風(fēng)速

2.1.1 影響。作為連通管方式的大型蒸發(fā)儀器，風(fēng)速對(duì)被測水平面的擾動(dòng)明顯，所以風(fēng)速對(duì)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)的影響非常大。

2.1.2 數(shù)值分析。剔除采樣數(shù)據(jù)中有降水類現(xiàn)象影響的數(shù)據(jù)，剔除有明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，實(shí)際采樣天數(shù)為148 d，對(duì)剩余目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：①風(fēng)速0～4 m/s。該風(fēng)速區(qū)間內(nèi)日數(shù)為111 d，占實(shí)際采樣天數(shù)的75.2%。該風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)的平均誤差為7%（最小誤差為0%，2015年7月11日，人工測量值為31，自動(dòng)觀測值為31；最大誤差為11%，2014年9月22日，人工測量值為33，自動(dòng)觀測值為37）。②風(fēng)速5～10 m/s。該風(fēng)速區(qū)間內(nèi)日數(shù)為28 d，占實(shí)際采樣天數(shù)的19.2%，該風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)的平均誤差為22%（最小誤差為6%，2014年6月3日，人工測量值為39，自動(dòng)觀測值為42；最大誤差為30%，2014年8月8日，人工測量值為40，自動(dòng)觀測值為52）[1-3]。③風(fēng)速11～17 m/s。該風(fēng)速區(qū)間內(nèi)日數(shù)為6 d，占實(shí)際采樣天數(shù)的4.3%，該風(fēng)速區(qū)間內(nèi)，大型蒸發(fā)自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)的平均誤差為28%（最小誤差為20%，2014年8月28日，人工測量值為32，自動(dòng)觀測值為39；最大誤差為36%，2014年5月18日，人工測量值為30，自動(dòng)觀測值為41）。④風(fēng)速17 m/s以上（大風(fēng)）。采樣時(shí)段內(nèi)共計(jì)2次無降水大風(fēng)天氣，分別為2014年6月2日和2105年5月16日，誤差分別為33%和34%。

2.1.3 分析結(jié)果。自動(dòng)觀測值系統(tǒng)誤差隨著風(fēng)速的提高而升高。在0～4 m/s區(qū)間，誤差值隨著風(fēng)速的提高而升高的現(xiàn)象不明顯，風(fēng)速對(duì)該區(qū)間系統(tǒng)誤差影響比較小。在5～10 m/s區(qū)間，系統(tǒng)誤差隨風(fēng)速的提高而明顯升高，升高曲線平滑，說明風(fēng)速對(duì)該區(qū)間系統(tǒng)誤差影響較大。在11 m/s以上區(qū)間，系統(tǒng)誤差較5～10 m/s區(qū)間有所提高，但系統(tǒng)誤差相對(duì)穩(wěn)定，并不隨風(fēng)速的升高而進(jìn)一步加大，系統(tǒng)誤差在11 m/s左右達(dá)到峰值[4]。

2.2 降水

2.2.1 影響。按照蒸發(fā)的相關(guān)規(guī)定，降水持續(xù)期間，蒸發(fā)值記為0，但是作為連通管方式的大型蒸發(fā)儀器，降水對(duì)水面擾動(dòng)明顯，較大程度地影響大型蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)值分析。剔除有明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，降水采樣日數(shù)為136 d，剔除無效降水日數(shù)28 d（降水量小于1.0 mm）。實(shí)際降水日數(shù)為108 d，其中1～10 mm降水量區(qū)間77 d；11～20 mm降水量區(qū)間17 d；21～40 mm降水量區(qū)間11 d；41～80 mm降水量區(qū)間2 d。①非陣性降水：1～10 mm降水量區(qū)間平穩(wěn)降水52 d（分鐘降水量小于0.2 mm，小時(shí)降水量小于6.0 mm）。11～20 mm降水量區(qū)間平穩(wěn)降水12 d。21～40 mm降水量區(qū)間平穩(wěn)降水8 d。共計(jì)72 d均為雨強(qiáng)較小的平穩(wěn)降水，大型蒸發(fā)平均系統(tǒng)誤差為7%（最小誤差0%，最大誤差10%）。通過對(duì)降水量的分析發(fā)現(xiàn)，降水量與大型蒸發(fā)系統(tǒng)誤差沒有相關(guān)性，降水量的大小對(duì)蒸發(fā)觀測沒有明顯影響。②陣性降水。陣性降水共計(jì)35次，分鐘降水量大于0.5 mm降水18次，小時(shí)降水量大于20 mm降水量8次，陣性降水雨強(qiáng)大于中雨的19次。大型蒸發(fā)平均系統(tǒng)誤差為18%（最小誤差14%，最大誤差27%）。隨著陣性降水雨強(qiáng)的增大，大型蒸發(fā)系統(tǒng)誤差明顯提高[5-6]。

2.2.3 分析結(jié)果。通過對(duì)降水的分析發(fā)現(xiàn)，降水量對(duì)大型蒸發(fā)系統(tǒng)誤差沒有明顯影響，但是雨強(qiáng)對(duì)大型蒸發(fā)系統(tǒng)誤差有明顯影響，雨強(qiáng)越大系統(tǒng)誤差越大。

3 結(jié)論

通過對(duì)風(fēng)速和降水2種要素的分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速越大，大型蒸發(fā)系統(tǒng)誤差越大，雨強(qiáng)越大，大型蒸發(fā)系統(tǒng)誤差越大，出現(xiàn)該現(xiàn)象的問題在于大型蒸發(fā)的構(gòu)造和測量原理，連通器類型的大型蒸發(fā)儀器對(duì)測量水平面要求較高，而風(fēng)和降水都對(duì)水面擾動(dòng)較大，故這2種要素對(duì)大型蒸發(fā)的系統(tǒng)誤差影響較大[7-13]。

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