自動觀測與人工站溫濕度對比差變化研究

自動觀測與人工站溫濕度對比差變化研究

2000年前后，中國天然氣辦公室逐步建成并使用了當(dāng)?shù)氐淖詣託夂蛘?。土壤?shù)據(jù)的采集從人工裝置采集（以下簡稱人工站）改為自動氣象站（以下簡稱自動站）。自動觀測和人工觀測的不同原理、觀測時(shí)間、采樣方法和算法的不同，導(dǎo)致自動觀測數(shù)據(jù)和人工觀測數(shù)據(jù)的差異。近年來,國內(nèi)的有關(guān)專家和學(xué)者對氣溫、降水等數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行了分析,但對較大樣本相對濕度差異分析比較少。相對濕度是揭示空氣中水汽變化的重要?dú)庀笠?為了確切、真實(shí)地分析由于儀器更換造成相對濕度觀測資料的差異,本文利用陜西省97個(gè)地面自動氣象站與人工氣象站平行1a、6個(gè)基準(zhǔn)站平行4a的觀測資料,分析不同地域、不同濕度溫度等級的人工站與自動站對比差值以及影響對比差值大小的主要原因。1資料與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)使用陜西省2004年27站、2005年37站自動與人工平行觀測第二年資料,2007年21站平行觀測第二年、12站平行觀測第一年資料;使用了漢中、安康、洛川、定邊、綏德5個(gè)基準(zhǔn)站2004—2007年、西安2004—2005年資料(西安2006年遷站)。以上資料均經(jīng)過臺站、省級、國家級三級質(zhì)量控制。相對濕度對比差值均用人工站減去自動站數(shù)據(jù)。對比差值的標(biāo)準(zhǔn)差、頻率均用陜西省97個(gè)人工與自動氣象站平行1a的相對濕度日平均值的對比差值計(jì)算。顯著性檢驗(yàn)以人工站1971—2000年的歷史資料為標(biāo)準(zhǔn)氣候值,其平均值、標(biāo)準(zhǔn)差能代表觀測序列總體,以其為標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)自動站年、月平均數(shù)據(jù)與歷史序列有無顯著性差異。采用t統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。為了驗(yàn)證自動站與人工站的差異是否與站點(diǎn)所處的氣候區(qū)域和地形特征有關(guān)系,本文將陜西省97個(gè)氣象站按照陜西省陜北、關(guān)中、陜南3個(gè)自然區(qū)劃分。2通過分析相對濕度差異2.1樣本的對比差值對比陜西97個(gè)測站日平均相對濕度,自動觀測比人工觀測日平均相對濕度平均偏低2.28%,對比差值的標(biāo)準(zhǔn)差為3.07%,在共計(jì)35432個(gè)有效樣本中,36%的樣本對比差值為-2%～2%,79%的樣本對比差值為-4%～4%,其中82%的樣本對比差值為正值,即自動站的日平均相對濕度小于人工觀測值(圖1)。2.2日內(nèi)比較值的變化2.2.1濕度變化與不夠的比較用陜西6個(gè)基準(zhǔn)站2004—2007年4a逐小時(shí)對比差值的平均值求得陜西相對濕度對比差值日變化(圖2),一日中06時(shí)對比差值最小為2.0%,14時(shí)最大為2.9%,19時(shí)次大為2.7%,最小與最大值的差值為0.9%。陜西相對濕度對比差值日變化與相對濕度的日變化有一定關(guān)系,相對濕度21—06時(shí)即夜間變化很小,最大值出現(xiàn)在06時(shí),日出后開始降低,最小值出現(xiàn)在15—16時(shí),此后逐漸回升。相對濕度對比差值日變化與相對濕度日變化位相相反,即出現(xiàn)當(dāng)相對濕度較大時(shí),自動站與人工站差異較小,相對濕度較小時(shí),自動站與人工站差異較大。2.2.2比春3—對比差值四季日變化圖3可看出:冬(12—次年2月)、夏(6—8月)兩季日變化振幅為1.4%～1.5%,比春(3—5月)秋(9—11月)兩季0.6%～0.7%明顯偏大;一日中最小對比差值春、夏、秋出現(xiàn)在06時(shí),冬季出現(xiàn)在08時(shí);最大對比差值冬、夏、秋出現(xiàn)在14時(shí),春季出現(xiàn)在21時(shí)。2.3不同年份、不同高度的對比差值將陜西省97個(gè)氣象站按照陜北、關(guān)中、陜南3個(gè)自然區(qū)劃分得到不同區(qū)域逐月對比差值。從圖4知,全省相對濕度對比差值1—12月均為正值,12月、1—3月為1%～2%,4—11月為2%～3.7%,其中4—6月對比差值最大為3.5%～3.7%。陜北、關(guān)中、陜南3個(gè)區(qū)域的對比差值月際變化基本一致且差異不明顯,僅陜北冬季明顯偏低,原因是陜北冬季氣溫低于0oC天數(shù)較多,從表1可知,在氣溫低于0oC時(shí),各定時(shí)值的對比差值符號不一致,導(dǎo)致對比差值平均值減小。2.4影響相對濕度比較的原因2.4.1不同站域濕度情況下對比差值自動氣象站用濕敏電容在相對濕度80%以下,線性度好,測濕性能較好;在80%以上,開始出現(xiàn)非線性。從表1得知,U<80%時(shí)(氣溫低于0oC除外),對比差值與其絕對值基本一致,說明自動站測濕線性度好,人工站普遍大于自動站;U≥80%時(shí),對比差值與其絕對值差異隨著濕度的升高逐漸加大,說明自動站測濕出現(xiàn)非線性,各定時(shí)值的對比差值符號不一致,導(dǎo)致對比差值平均值減小;相對濕度U≥90%后,對比差值出現(xiàn)負(fù)值,其數(shù)值小于其絕對值數(shù)值,說明人工站小于自動站的概率加大;高溫高濕(U≥90%,25≤T<30oC)時(shí),對比差值數(shù)值與期絕對值數(shù)值相當(dāng),人工站測值小于自動站。以上分析說明,自動站與人工站差異與相對濕度大小有關(guān),當(dāng)相對濕度小于80%、溫度高于0oC,各定時(shí)值對比差值符號同向,基本為正值,表現(xiàn)較有規(guī)律;相對濕度大于80%,各定時(shí)值對比差值的正負(fù)不確定,其規(guī)律性不強(qiáng),不利于資料均一性訂正。2.4.2同步與不同步許多分析自動站和人工站觀測資料差異時(shí)認(rèn)為觀測時(shí)間的不一致是造成二者差異的主要原因。選取定邊站2006年數(shù)據(jù),對其進(jìn)行同步對比差值與不同步日、月對比差值比較。對比差值同樣使用人工站數(shù)據(jù)減去自動站數(shù)據(jù)。同步:根據(jù)觀測規(guī)范規(guī)定的人工觀測程序,約49分觀測下一正點(diǎn)的數(shù)據(jù),選取J文件正點(diǎn)前11分鐘數(shù)值,認(rèn)為該值與人工正點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)同步。不同步:自動站00分進(jìn)行正點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣,認(rèn)為該值與人工正點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)不同步。從圖5和圖6可看出,同步與不同步日、月平均值的對比差值一致,觀測時(shí)間不一致對其基本無影響。因此,觀測時(shí)間不一致并不是造成自動站與人工站日、月平均值差異的主要原因。3定邊、黃河縣、黃隴河用t統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn),陜西自動站相對濕度年平均值與人工站歷史長序列年平均值相比有20.8%的站有顯著性差異,具體站點(diǎn)為定邊、寶雞、高陵、渭南、靖邊、子洲、子長、安塞、富縣、蒲城、澄城、合陽、秦都、勉縣、城固、戶縣、周至、潼關(guān)、嵐皋和平利;月平均值相比有7.5%的站有顯著性差異。在有顯著性差異的月份中,63%出現(xiàn)在4—6月,與前面分析結(jié)果中4—6月相對濕度對比差值最大一致。4濕度特性分析4.1自動觀測比人工觀測日平均相對濕度平均偏低2.28%,對比差值的標(biāo)準(zhǔn)差為3.07%,79%的樣本對比差值為-4%～4%,84%的樣本自動站的日平均相對濕度小于人工觀測值。4.2相對濕度對比差值地域差異不明顯,但存在日、月際變化,每日06時(shí)最小為2%,14時(shí)最大為3%;每年4—6月最大,約為4%。4.3相對濕度小于80%,溫度高于0