基于国家一般气象站地温场观测的改进

0引言

中国气象局综合观测培训实习基地（南京）位于南京信息工程大学内，属于国家一般气象站（简称一般站）。该气象站的安装以及分布严格按照《地面气象观测规范》进行，因此，该气象站可以作为国家一般气象站的典型代表。该气象站地温场的观测主要为人工观测，每天8时、14时、20时进行地温场的观测与记录。）

1深层地温场

1.1深层地温场介绍

在观测场内南面，面积为3*4（m2）的有浅草层覆盖的观测地段为深层地温场。深层地温观测包括40cm、80cm、160cm、320cm土壤深层地温，观测仪器为直管地温表。

直管地温表是装在带有铜底帽的管型保护框中，保护框中部有一条状长孔，使温度表刻度部位显露，便于读数。保护框的顶部连接在一根木棒（或三节棒）上，整个木棒和地温表（保护框）又放在一根硬橡胶套管内。木棒顶端有一个金属盖，恰好盖住硬橡胶套管。木棒上几处缠有绒圈，金属盖内装有毡垫，以阻止管内空气对流和管内外空气交换，也可防止降水等物落入[1]。

《地面气象观测规范》中对于地温场的分布有着明确的规定，但是由于下垫面性质的差异导致我国有着相当丰富的区域性气候。因此，地温场的设计一方面要按照《地面气象观测规范》的基本设计来布局，另一方面也要充分考虑当地的气候条件以及典型天气过程来辅助改进地温场的设计。下面就基于南京的气候特点，针对该一般站深层地温观测提出一些改进的措施。

1.2南京气候特点

南京素有“火炉之称”。近50年来南京夏季、冬季和全年的平均气温均在升高，未来仍将继续升高[2]。由于夏季深层地温与外界地温相差甚大，2011年07月03日14时该一般站地下温度与地表温度以及气温的数据。

可见，由于夏季地下与外界温差较大，在将直管温度表往外拿取读数的时候，尤其是在读取160、320cm地温表时，由于经过了从地下到地面长距离的拿取，使得在拿出过程中，温度已经发生变化。我们知道，传统的直管地温表底部都有铜底帽，铜底帽中装有许多铜屑，这样做的主要目的就是为了增强温度变化的滞后性，但是即使在这样的条件下，有时候在拿取过程中温度也会变化。

徐辉[3]曾针对襄樊市气象台做过这样一个实验，即以去掉毡垫、绒圈和铜屑的直管地温表作为比对实验，以严格按照《规范》安装的作为原始数据，实验结果显示对比数据比原始记录值偏高0.4℃~0.7℃。

所以说，毡垫、绒圈和铜屑对延迟温度表示数变化起到了相当关键的作用。

1.3观测改进和注意事项

为了保证深层地温读数能准确反映地温客观值，在深层地温场维护时就应该注重对毡垫、绒圈的维护。特别要定期检查铜屑的漏失情况。

另外，该一般站在深层地温场的北边约20cm处安有高约40cm的平台，设计初衷是在观测读数时，方便观测人员拿取深层直管地温表进行读数，以及防止踩踏浅草层而影响观测。但是观测读数时外界的阳光直射对读数有很大影响，所以该站台应当安置在深层地温场的南侧而不是在北侧，在观测时尽量背对太阳直射方向，用身影遮住地温表。

本文对于直管温度表提出一种新的改进方法：可以考虑不必将温度表从地下深层拿出而进行间接观测。可以利用光纤探头深入地下进行读数，原理可借鉴医学上的“胃镜”，这样可避免在拿出直管温度表观测时，由于土壤层温度分布不均匀以及地下与地上温度差异大所引起的温度误差，又相比与自动传感器不能真实反映深层地温，这种新式深层地温观测方法值得深入研究。

2浅层地温场

2.1浅层地温场介绍

浅层地温场是指地表（0cm）温度、地面最高、地面最低，以及5cm、10cm、15cm、20cm地温。该深度范围的地温场分布、安装以及观测读数应当完全按照《地面气象观测规范》来进行。

本文主要结合南京当地的气候条件以及典型的天气现象来提出对该一般站排水上的建设性意见。

梅雨季节，南京降水量巨大。2011年江苏省气象台宣布南京6月14日入梅，7月21日出梅，在12年来最长梅雨季节中的降水量相当惊人。省气象台18日暴雨蓝色预警信号，南京局部地区，降雨量超过50mm。这对于浅层地温场来说就需要及时的排水措施。但是该一般站却没有采取任何的排水措施，这对于浅层地温的观测带来了诸多的不便以及数据的不准确。

2.2排水措施设想

地温场排水问题一直困扰着频发强降水天气的气象站台，强降水不仅会影响地温的观测而且还会导致地温场泥土的丢失。有的一般站通过渠道引流来解决地温场积水问题。但是暴雨过后渠道中会留有相当部分的积水，水渠积水会形成一定的小气候，减小地表反射率，增大土壤容积热容量，对地表温度有较大影响。所以不能单纯的利用渠道来排水。

对于国家一般站浅层地温场的排水措施可借鉴于李建林、陈锐[4]等人对于贵阳国家基准气候站的改造方案：

开挖内径为1.78m×3.78m、外径为2.26m×4.26m、深为0.22m围栏基础(必须调整水平)；用水泥沙浆将24cm×11cm×6cm砌墙砖固定于基础内，砖与砖之间留4cm左右间隔(便于雨水渗透)，间隔间用泥土填平；2）在挖好的基础上再用24cm*11cm*6cm砌墙砖侧立着砌成内径为2.02m*4.02m的围栏墙，墙顶高度与地温场平面持平，同时在南北方围拦上分别各留排水孔4~5个，东西方围栏上分别各留排水孔2~3个，孔间距离约50cm~60cm；3）在砌好的围栏顶部和两侧分别贴上6*24cm 条形钢砖，然后用泥土填平围栏内外侧，泥土填至距围栏顶部2cm左右处。

实验证明，改进后的地温场，透水性能好，遇强降水天气时场内不会形成积水，可以有效缓解强降水对地温场稳定性的影响。

3结论

1）对于深层地温场中的人工观测，观测站台应当安置在地温场南侧。观测读数时应当背对太阳光直射方向，用身影遮住地温表读数，拿出地温表以及读数时应当迅速准确；

2）可以利用医学“胃镜”的原理对深层地温表进行改进，达到可以不拿出地温表就可以间接读数的目的，从而防止不必要的误差。但这种方法尚待进一步的研究；

3）对于年降雨量较大的气象台站应当着重考虑浅层地温场的排水措施，但应注意避免简单的在地表挖掘浅渠作为排水措施。

参考文献

[1]中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：85-88.

[2]张国存，查良松.南京近50年来气候变化即未来趋势分析[J].安徽师范大学学报(自然科学版)，2008，31(6)：580-584.

[3]徐辉.应重视直管地温表检查维护[J].气象，31(4)：88.

[4]李建林，陈锐.浅谈对地温场的改造[J].贵州气象，2002，26(2)：44.