对比观测温度差异分析

(1.南昌市气象局，江西 南昌 330029；2.江西信息应用职业技术学院，江西 南昌 330043;3.新余市气象局，江西 新余 338025)
摘 要：文章通过比较分析认为观测仪器设备工作原理的变化、数据采集方法和观测规范的不同，共同催生出观测气象要素值的差异，同时还探讨了对比订正的措施。
关键词：误差分析；温度差异；自动站和人工站
中图分类号：P412.11  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2008)12—0039—02 
随着气象现代化的推进和软硬件技术的成熟，未来几年自动气象观测系统将全面取代人工气象观测系统而成为新一代地面观测系统。观测系统仪器设备的变化必然导致观测数据的差异，通过两个观测系统的温度观测值差异比较及产生原因分析，对校正气象要素值以建立具有均一性的气象要素时间系列［1］，合理地利用连续的气候资料服务于气象预测、科学研究和日后的单站运行都具有重要的意义。
1 观测值误差分析
1.1 观测值对比分析的必要性
美国最高——最低观测系统自动站日平均最高气温要比人工站低0.6℃，MMTS观测站的日平均气温、最高气温与人工站比较分别下降了0.1℃和0.4℃［2］。国内的顾品强等人通过资料分析发现II型自动站比人工站的日平均气温要低0.12℃，王颖等人对自动站和人工站的平行观测资料研究表明两者温度差异存在明显的日变化。由于仪器设计、仪器校准、仪器安装等原因［3］，自动站和人工站观测资料的非均一性的出现是必然的。平行观测积累一定量的资料后，通过分析将原有的人工站资料订正到自动站的资料上，使新旧气象资料具有连续可比较性和均一性。因此，通过对比分析找到新旧资料间的差异并进行有效订正就显得十分必要。
1.2 观测值误差的形成

为了比较新旧观测系统观测数据差异，选取了南昌站2007年5月6日至26日的4次日平均气温和日最高气温进行分析，绝对误差见表1和表2。

表1、2中的观测值及误差值表明：自动站和人工站的观测值间存在着误差，误差值有正有负，平均温度值较高时误差相对较小；日最高气温的高低与误差大小关系并不密切，但相对误差却随温度升高而减少。

1.3 误差成因分析

自动站和人工站温度观测值差异的形成原因很多，但观测原理、观测方法和数据处理方法的差异是导致误差形成的主要原因。
1.3.1 观测原理形成的误差。温度传感器是利用铂电阻值随温度变化而变化的原理制作而成的，将电阻随温度变化转换为电压随温度而变化，以到达测量温度的目的。具体电路图和公式如下：

传统的温度测量采用的是玻璃液体温度表，测温原理是利用其中的纯液体和玻璃的膨胀系数不同来指示温度。金属铂温度传感器的灵敏度要高于液体温度计，能够快速反应大气温度的变化，具有比较高的分辨率、准确度和稳定性。一般而言，自动站观测数据可信度要高于人工站。
1.3.2 观测方法不同引起的误差。
1.3.2.1 时空差异引起的误差。地面观测项目是在近地层中进行的，观测要素存在较大的时空差异［4］，即梯度变化大。根据规范，人工观测的温、压、湿、风和降水可在正点前15分内进行观测，时间跨度大，气象要素可能发生较大变化；而自动站观测要素数据的采集都在正点进行，两种观测系统规定的观测时间上的不一致，必然导致观测数据上的差异。

由于实体物质的排他性，自动站和人工站所安装的观测仪器不可能处在同一空间，位置的差异也必然导致观测结果的误差。
1.3.2.2 采样方式差异所产生的误差。严格说来，人工观测所获得的资料是单点瞬间采样，而自动站的观测值是10秒钟多点采样值的平均值。采样的样本数和算法不同必然导致新旧观测系统观测结果的差异。

观测仪器和观测方法的差异直接导致了新旧两个观测系统观测结果的差异，但仪器和观测方法在不同天气条件下对误差产生的贡献程度是不同的。在有云有风的夜晚主要以仪器所引起的误差为主，在有云有风的白天误差的产生主要由观测方法不同引起。
2 结语

南昌站两个观测系统的对比观测说明观测系统的更新必然会导致观测值的差异，误差产生的主要原因是观测方法的不同和仪器观测原理的差异。日平均气温和最高气温分析表明误差并不太明显，只需通过适当订正即可使新旧观测资料具有均一性和连续性，从而更好地服务于天气预测和科学研究。
［参考文献］
［1］ 中国气象局.地面有线综合遥测气象仪（II型）观测规范［J］.北京：中国气象出版社，1999.
［2］ 陈奕隆.美国地面观测系统［J］.气象科技，1994，（3）：48～54.
［3］ 余君.自动气象站和人工站气温、相对湿度观测结果的差异及其原因的研究［R］.北京：中国气象科学研究院，2007.
［4］ 韩辉福，王娟.Milos 500自动气象站和人工站降水量值差异分析［J］.青海气象，2006，（4）：46～47.

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