对自动气象站与人工站数据差值对比分析

在自动站长期运行的过程中,大家都会发现自动站采集到的数据与人工观测的数据存在着一定的差异,对于这些差异,一定要与人工观测记录进行比较,如果超过了自动站与人工站记录差值的标准则要进行分析与处理。 1自动站与人工站记录差值标准 自动站业务技术汇编规定:台站作为自动气象站运行的直接监控单位,必

须对自动气象站采集的数据进行实时监控,发现数据异常(自动站数据与人工站观测数据相比,气压差值≥0.8 hPa、气温差值≥1.0℃、风速差值≥1.0 m/s、过程降水量相对误差≥4%、地面温度日极值差值≥2.0℃、浅层地温差值≥1.5℃、深层地温差值≥0.5℃),要连续跟踪观测对比,如果正点数据连续3 h、分钟数据连续1 h出现异常,视为仪器故障,应及时报告和排除。自动气象站单轨运行后,若自动气象站数据与人工器测数据的差值较大,且不能及时排除的,要恢复相应要素的人工观测。

在日常值班中不难发现,自动站数据与人工站数据差值大于上述标准的情况很多,至于哪些情况下记录是正确的,哪些情况下记录是错误的,以至于怎样检查和排除故障,这就需要进行综合分析。

2 风速差值≥1.0m/s的分析和处理

2.1 设备差别影响 河南省目前人工站采用EL型风向、风速计,风记录器是EL或EN型的;EL系列机械部件多、精度差,测风原理是风带动发电机产生电流,以电流大小来计算风速。自动站风速传感器是通过风带动磁棒盘旋转,经过霍尔电路处理脉冲信号,计算出风速;数字信号,无时间和温度漂移,精度高。由于二者的构造、原理、精度不同,设备差别很容易造成误差,所以偶尔误差≥1.0 m/s,不需要处理。

2.2 时间差影响 人工站2 min风速是估计值,自动站2 min风速是采集器读取的实际值。由于实际风速的大小变化是很随机、很偶然的,并且风的阵性很强,而且两者有5 min的时间差,偶尔二者误差≥1.0 m/s,也是很自然的。人工站计算10 min风速时间采取的是记录器自计钟的时间,这种计时误差大,只要在15 min内,不须时间订正,所以10 min的记录自身误差就不小;自动站风速10 min时间采取的是标准的北京时间,误差小于30 s,10 min的记录精度高;由于计时的方式不同,二者偶尔误差≥1.0 m/s,也是正常的。建议人工站要提高读取风速的精度,及时校正自计钟时间,减小时间误差。

2.3 硬件问题影响 EL型风速计发电机主轴的两个小钢套出现油干枯、造成其间摩擦力大;传输电缆老化、破损、腐蚀,造成电阻增大;指示器电子元件老化、大大影响其性能;记录器钟表不准确、风速笔尖漏跳、机械故障等;以上原因均可造成人工站自身的风速误差,和自动站记录比较,误差就更大。处理方法:及时清洗仪器或更换设备。

风速传感器的损坏多是霍尔敏感元件引起的,损坏时风速示值变化较大,容易发现。老化、腐蚀、灰尘、油干枯,会引起风杯转速变慢,能导致启动风速大和风速示值变小的情况发生。最简洁的处理方法是更换传感器[1]。

3 仪器或设备故障

从观测场到值班室的数据传输电缆破损、鼠咬、老化,都会引起传输电缆的电阻发生变化,采集器是根据电阻的变化来计算出气象要素值的,如果传输电缆出现上述问题,必然会造成误差值大。况且数据传输电缆走地下管道,出现破损、鼠咬、老化现象后,容易进水,更容易出现数据不正常。这就解释了某些站雨天数据误差大,晴天数据正常的现象,只需要更换温湿传感器传输电缆就可解决问题。

4 地面温度日极值差值≥2.0℃ 的分析和处理

4.1 时间差影响 人工站地面温度日极值读取时间为 19:40~19:45,自动站地面温度日极值从24 h记录中挑取出来的,两者有时间差别。在正常的天气条件下数据完全符合误差小于2.0℃的标准。还有一种情况是在人工站读取后,地面实际温度有了明显的上升或者下降,造成二者之间的误差≥2.0℃,这样的误差也不需要处理。

4.2 天气现象的影响 由于存在时间差,在人工站读取后,有较大的阵雨、雨发生和冷空气过站,可使实际空气的温度迅速下降;本站或者附近出现大风、冰雹、龙卷、飑等短时剧烈天气现象,使几分钟内气象要素突变;地面温度日极值产生误差≥2.0℃是正常的。这样的误差是真实天气的反映,不需要处理[2]。

4.3 设备维护不规范和设备损坏 地面三支温度表维护不规范包括:埋设不规范、土壤不疏松、感应部分没有和土壤密贴或被草芽、草叶和杂物遮盖等。自动站地面传感器维护不规范除上述原因外,还有接线盒进水、传输线老化损坏等问题。人工站地面三支表损坏是物理性损坏,造成其性能下降;自动站设备损坏包括地面传感器损坏和传输线损坏;以上不论是人工站还是自动站设备损坏的都必须更换仪器

参考文献

[1] 中国气象局监测网络司. 地面气象测报业务系统软件操作手册.北京:气象出版社,2005.29-33.

[2] 龙安河. 地面气象测报工作的一点体会. 贵州气象,1998(22):37-39.