卓尼自動站風(fēng)杯凍結(jié)氣象條件分析及數(shù)據(jù)處理方法

楊 揚(yáng)

甘肅省卓尼縣氣象局 ，甘肅 卓尼 747600

一、數(shù)據(jù)及方法

（一）資料說明

選取2015-2018年卓尼站風(fēng)杯凍結(jié)總次數(shù)30次數(shù)據(jù)。

（二）方法

概率統(tǒng)計(jì)方法包括條件概率，氣象要素物理分析方法，氣溫、濕度、風(fēng)速要素風(fēng)杯凍結(jié)后不正常記錄處理方法。

二、結(jié)果分析

（一）自動站風(fēng)杯凍結(jié)的月分布

月變化特征明顯，風(fēng)杯凍結(jié)主要出現(xiàn)在11月至次年3月，出現(xiàn)頻率占總數(shù)的87%，其中1月出現(xiàn)的頻率最高，占總次數(shù)的27%，12月占總次數(shù)的20%，3月占總次數(shù)的17%，11月占總次數(shù)的13%，2月占總次數(shù)的10%，4月、5月、10月偶爾出現(xiàn)，6-9月無凍結(jié)。風(fēng)杯凍結(jié)主要伴隨的天氣現(xiàn)象：雪、雨夾雪，降雪致使風(fēng)杯凍結(jié)占總次數(shù)的77%，雨夾雪致使風(fēng)杯凍結(jié)占總次數(shù)的23%。降雪致使風(fēng)杯凍結(jié)的月份有1-3月、11-12月，其中1-2月、12月占滿全月，3月、11月是部分。雨夾雪致使風(fēng)杯凍結(jié)主要月份有：4-5月、10月，其中3月、11月也偶爾出現(xiàn)。

（二）自動站風(fēng)杯被凍時(shí)間

對卓尼站2015-2018年風(fēng)杯凍結(jié)個(gè)例分析得出，凍結(jié)時(shí)間主要出現(xiàn)在02時(shí)至06時(shí)之間，10時(shí)至20時(shí)之間。凍結(jié)前降雪、雨夾雪持續(xù)時(shí)間長達(dá)4h以上或雪、雨夾雪停止后1h之內(nèi)。

（三）自動站風(fēng)杯凍結(jié)時(shí)的氣象條件分析

根據(jù)卓尼地面觀測站A、J文件（A文件為地面月報(bào)文件、J文件為地面月分鐘數(shù)據(jù)文件），對比較典型的2次風(fēng)杯凍結(jié)個(gè)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；結(jié)果列于表2、表3、圖1、圖2。

表1 自動站風(fēng)杯凍結(jié)時(shí)的氣象條件分析

表2 卓尼站2015年4月6日02時(shí)01分至06時(shí)00分風(fēng)杯被凍結(jié)前1小時(shí)、半小時(shí)氣象要素統(tǒng)計(jì)表

表3 卓尼站2016年1月31日10時(shí)26分至19時(shí)57分風(fēng)杯被凍結(jié)前1小時(shí)、半小時(shí)氣象要素統(tǒng)計(jì)表

圖1 2015年4月6日02時(shí)01分至06時(shí)00分風(fēng)杯凍結(jié)前1小時(shí)氣溫、風(fēng)速變化情況

圖2 2016年1月31日10時(shí)26分至19時(shí)57分風(fēng)杯凍結(jié)前1小時(shí)氣溫、風(fēng)速變化情況

卓尼站2015年4月5日19時(shí)34分開始降雨，持續(xù)到6日夜間由雨轉(zhuǎn)化為雨夾雪，從表2得知，6日夜間凍前1h、0.5h平均氣溫均為0.6℃，因氣溫較高，濕度減小，部分融化的液態(tài)水會流到轉(zhuǎn)子與定子之間的縫隙里，從A文件資料得知，02h凍結(jié)時(shí)的氣溫為-0.3℃，氣溫在-1.0～1.0℃之間變化，促成了融化和凍結(jié)兩個(gè)過程交替持續(xù)[1]，液態(tài)水就會發(fā)生凍結(jié)，從圖1得知凍前1h、0.5h二分鐘風(fēng)速在0～1.0m/s之間，轉(zhuǎn)子與定子有相對靜止的時(shí)刻，從而凍在一起。

2016年1月31日10時(shí)26分至19時(shí)57分，從表3得知，凍結(jié)前1h氣溫最低值為-10.7℃，凍結(jié)時(shí)氣溫-7.5℃，1h內(nèi)氣溫上升3.2℃，從圖2曲線反映出隨后氣溫逐漸上升，小時(shí)內(nèi)相對濕度減小，從記錄的天氣現(xiàn)象來看，降雪從31日09時(shí)44分停止后1h之內(nèi)，在風(fēng)速小于1.0m/s時(shí)，發(fā)生了凍結(jié)。

綜上所述：風(fēng)杯凍結(jié)氣溫起了關(guān)鍵性作用。若氣溫較高，液態(tài)水就不能凍結(jié)成冰，風(fēng)杯也就無法凍??；若氣溫較低，雪就不能融化成水，風(fēng)杯也就無法凍住。這兩次風(fēng)杯凍結(jié)的關(guān)鍵在于當(dāng)時(shí)氣溫變化，促成了融化和凍結(jié)兩個(gè)過程交替持續(xù)，在風(fēng)速小于1.0m/s并且有一段時(shí)間靜風(fēng)，風(fēng)杯靜止不動，天氣、溫度、濕度、風(fēng)速巧妙結(jié)合，促使風(fēng)杯被凍住[2]。

三、風(fēng)杯凍結(jié)后不正常記錄處理方法

實(shí)現(xiàn)自動觀測的臺站，并且有備份自動站，在風(fēng)杯凍結(jié)后，正點(diǎn)時(shí)次的記錄按照正點(diǎn)前10分鐘（51-00分）接近正點(diǎn)的正常記錄代替，以14時(shí)為例：用13時(shí)51-00分的數(shù)據(jù)代替，若正點(diǎn)前10分鐘數(shù)據(jù)不正?；蛉睖y，就按正點(diǎn)后10分鐘（01-10分）接近正點(diǎn)的數(shù)據(jù)代替。用14時(shí)01-10分的數(shù)據(jù)代替。

若正點(diǎn)前后10分鐘數(shù)據(jù)均異常或缺測，就用備份自動站對應(yīng)時(shí)次記錄代替。例如14時(shí)，13時(shí)51-00分、14時(shí)01-10分的數(shù)據(jù)異常或缺測，就用備份自動站相對應(yīng)的時(shí)次14時(shí)00分的數(shù)據(jù)代替。

風(fēng)杯凍結(jié)時(shí)段的風(fēng)向、風(fēng)速的分鐘數(shù)據(jù)及瞬時(shí)風(fēng)向、風(fēng)速均按缺測處理劃“-”該時(shí)段的二分鐘平均風(fēng)向風(fēng)速、十分鐘的風(fēng)向風(fēng)速、最大風(fēng)向風(fēng)速及出現(xiàn)時(shí)間全部用備份自動站對應(yīng)時(shí)次的記錄代替。

若備份自動站也被凍住，該要素人工觀測儀器已按規(guī)定撤除或超過正點(diǎn)后10分鐘，則該要素不再人工補(bǔ)測，按缺測處理劃“-”[3]。

對風(fēng)杯凍結(jié)后的不正常記錄處理，按照規(guī)定在24h內(nèi)通過MDOS系統(tǒng)備注提交。

四、結(jié)論

通過統(tǒng)計(jì)分析表明：卓尼自動站風(fēng)杯凍結(jié)主要出現(xiàn)在11月至次年3月，4-5月、10月偶爾出現(xiàn)，6-9月無凍結(jié)。自動站風(fēng)杯凍結(jié)主要是溫度、濕度、風(fēng)速以及天氣現(xiàn)象等氣象條件綜合影響的結(jié)果，風(fēng)杯被凍時(shí)比較適宜的氣象條件是：冬季降雪天氣，氣溫在0℃以下，當(dāng)小時(shí)內(nèi)氣溫上升≥2.0℃，春季降雨夾雪，氣溫在-1.0～1.0℃時(shí)，相對濕度≥74%、風(fēng)速≤1.0m/s或靜風(fēng)時(shí)，觀測員要密切監(jiān)視風(fēng)速數(shù)據(jù)，注意觀察風(fēng)杯轉(zhuǎn)動情況，若發(fā)現(xiàn)風(fēng)速較長時(shí)間為零或風(fēng)杯長時(shí)間不轉(zhuǎn)，則可判斷風(fēng)杯被凍住，首先應(yīng)放倒風(fēng)桿采取人工除冰直至風(fēng)杯轉(zhuǎn)動記錄恢復(fù)正常為止，其次對故障期間的記錄按照不正常記錄的處理方法進(jìn)行處理，在24h內(nèi)通過MDOS系統(tǒng)備注提交。