天气现象人工观测与自动观测的对比分析

天气现象人工观测与自动观测的对比分析

祁绪龙尚志明

（青海省果洛藏族自治州玛沁县气象局青海果洛藏族自治州814099）

摘要：随着现代气象业务的发展,自动化的气象观测仪器在全国各地应用开来,并逐步替代了原有的人工观测仪器,实现了自动气象站的单轨运行。本文根据近年来自动气象数据与人工观测数据的对比，对各种气象要素的统计差异进行了分析，发现其中的一些序列差异，并对此做出了分析探讨。

关键词：天气现象；人工观测；自动站；差异分析

引言：自动气象站是能自动观测大气状况并储存地面气象要素的气象仪器。为提高气象站对大气的检测能力，2001年我国启动了大气监测自动化工程，但投入气象业务使用后，所得的气象检测要素却与人工监测数据存在差异。分析其原因，在自动气象站检测数据与人工监测数据存在较大差异时，确定差异因素是由于仪器故障还是由于各是不同对象监测体造成的，为提高气象监测精确率，有必要对自动气象站与人工观测差异进行分析，这是气象业务的需要，也是确保自动气象站监测数据准确的必要措施。

虽然自动站的建立很大程度上节省了观测站的人力配置，但是自动站不可避免的与人工站同一时间记录的气象数据出现差异，这就需要在自动站与人工记录出现差值大于规定的情况下，需要结合天气现象、计算机、采集器等多方面的情况进行分析，反复地跟踪对比与观察，才能提高记录的准确性，以确保采集数据的质量。

1、人工观测与自动观测的差异分析

1.1大风

大风是瞬时风速达到17.0m/s（或目测估计风力达到或超过8级）的风。

人工观测：为目测估计，主观性较强，起止时间不准确，而且出现漏记的可能性比较大，尤其是在夜间。

自动观测：当瞬时风速达到或超过17.0m/s时，业务软件自动记录在FJ文件夹，自动业务软件会弹出报警对话框，提醒观测员有大风天气现象出现，此时要注意及时查询、记录和编发重要报。OSSMO业务软件不能自动记录天气情况，需要人工去FJ文件夹查询起止时间，新型站ISOS业务软件能自动记录大风的符号和起止时间，但重要报仍需人工编发。

自动观测起止时间准确，一般不会出现漏记大风现象，但是当自动站业务软件关闭时，会出现漏记大风现象，因大风的记录是通过业务软件根据瞬时风速来判断，当业务软件关闭时，就会出现漏记现象。

1.2降水

人工站定时观测降水量与自动站相比存在差异，其主要原因是人工站在测量降水时都是在各固定的时次进行。这样，由于测量过程中有部分降水沾附到储水瓶及雨量杯上致使人工测量数据较真实值小，且降水时间越长，量取次数越多，其与自动站所测值的差值就越大。结合降水过程中观测数据的天气现象和风向风速，降水时风的垂直切变不大时，雨量传感器安装牢固，从而可以排除降水过程中振动和风切所引起的翻斗翻转现象。也就确保了自动站所测数据的准确性。当然人工站与自动站的降水量差异有时也可能与阵性降水的时间分布不均有一定的关系。

1.3温度

自动站与人工观测温度上存在差异的主要原因为：首先是观测时间的不同导致两者测量的数据存在偏差；二是空气对流，天气变化大，温度表有一定的滞后性，而自动站温度传感器的灵敏度较高，优于温度表；三、自动站温度传感器和人工站的温度表安装在不同的百叶箱内，且有一定的距离，也会对自动站和人工站的数据造成一定的影响；四、人工观测百叶箱温度时开门的瞬间都会引起温度的变化，而自动站则在一个相对稳定的环境中，无开关门的影响。

1.4湿度

相对湿度存在较大差异的原因有以下几个方面：

（1）两者观测时间不同，时间的前后不一样，则测量出的数据也不同。

（2）测湿仪器不同，自动站湿敏电容测湿的测量原理与人工站测干湿球温度表的测量原理差别很大，在低温、低湿下湿敏电容的性能优于干湿球温度表，但在高温、高湿下，湿敏电容的性能明显降低，在接近100%时会出现数据失真的现象。

（3）人工站的干湿球温度表查算的相对湿度误差较大，特别是在湿度变化剧烈时，具有明显的滞后性。

2、对与自动站和人工观测的思考

2.1观测数据误差的主要原因

自动站与人工站观测的各要素之间的差异是客观存在的、历史上任何的观测系统的改变都会产生数据的差异。主要产生差异的原因有以下三点：

（1）观测时间存在差异，地面气象测报规范要求人工观测时次为45~60分钟之间完成气温、湿度、降水、风、地温的观测，自动站则是在00~01分钟内按一定的顺序完成各项目观测的。人工观测靠观测员逐项进行，观测时间跨度较大，由于近地面气象要素随时间而变化，人工观测和自动观测时间上的不同步导致两种观测结果出现差异。这种差异随气象要素的时间变化速率和变化幅度大小而不同，一般而言，气象要素随时间的变化率越大则自动气象站与人工观测数据间的差异越大。

（2）仪器原理差异存在差异，自动气象站使用的气象传感器与人工观测用的仪器在原理上是不同的。自动气象站的传感器有较小的时间常数，可以观测到大气中比较小却有意义的波动，所得到的极值更具有代表性。

（3）自动气象站安装在有人值守的气象台站使用时，每小时存储观测记录一次，一天共24次；有特殊要求的自动气象站，如中小尺度监测站等，观测时次更多。观测时次的增加，能获取更多有用的气象信息。在我国，采用的观测时制是北京时，由于我国幅员辽阔，不同的台站，不同的观测时次所观测到的各类平均值存在不能忽略的差异。以温度观测为例，4次、8次和24次观测所得到的平均值是有差异的，部分台站4次观测和24次观测的月平均温度可相差0.6℃，年平均温度可相差0.2℃。

2.2需要规范和完善观测系统

由于观测系统发生改变，但目前来看，对资料影响的分析研究很少。传统的质量控制对横向的控制比较多，但纵向的质量控制很少。自动站与人工站的资料能否连接起来就用，是否要做均一性检验，把仪器变更的因素考虑进去，再将长序列的资料进行订正使用，这些都是今后要进一步研究的问题。

2.3定期维护仪器

仪器的安装和维护直接影响到数据的准确性，台站间统计量存在差异，一定程度上反映了台站间仪器的日常使用和维护存在差异。许多自动站观测数据的缺测是由于自动站出现故障，无法及时修复造成的，应加强台站的管理和仪器的维护保养，加强对自动站观测运行情况的实时监控。

结语：天气现象自动观测避免了人工目测主观性强、观测频次少、易出现漏记等缺点，自动观测站能够实现全面、连续地反映事实状况，但是现阶段由于业务软件等原因，还会存在如下问题，大风自动化观测当自动站业务软件关闭时，会出现漏记现象、自动观测的判断条件单一、客观、会出现误记、漏记现象等，当自动观测仪器出现故障时，其判断也会出现错误。为了保障数据的完整性和正确性，还需要进一步改善业务软件，需要业务人员注意仪器设备的维护，保持业务软件的正常运行，当出现不正常记录时及时进行人工干预。

参考文献：

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[4]王晓默，薛峰，章磊.自动气象站与人工观测的数据对比分析[J].气象科技，2007（8）：602-606

作者姓名：祁绪龙（1992-），男，汉族，青海玛沁人，本科学历，助理工程师，从事气象工作。