彭雙姿，卿燃莉，劉麗萍，秦文卓，朱三平，謝 堅(jiān)，孫玉之，周麗瓊

(湖南省邵陽(yáng)市氣象局，湖南 邵陽(yáng) 422000)

冬季降雪、積雪時(shí)地溫觀測(cè)常見(jiàn)問(wèn)題探討

彭雙姿，卿燃莉，劉麗萍，秦文卓，朱三平，謝 堅(jiān)，孫玉之，周麗瓊

(湖南省邵陽(yáng)市氣象局，湖南 邵陽(yáng) 422000)

針對(duì)2011年1月中下旬湖南低溫雨雪天氣過(guò)程的地溫氣象數(shù)據(jù)對(duì)比審核出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行分析，總結(jié)出一些地溫觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，以及積雪覆蓋后地溫觀測(cè)誤操作以后的補(bǔ)救措施。

積雪;地溫觀測(cè);注意事項(xiàng)

1 引言

下墊面溫度和不同深度的土壤溫度統(tǒng)稱地溫。下墊面溫度包括裸露土壤表面的地面溫度、草面(或雪面)溫度及最高、最低溫度。淺層地溫包括離地面5、10、15、20 cm深度的地中溫度。深層地溫包括離地面40、80、160、320 cm深度的地中溫度。測(cè)量地溫使用玻璃液體地溫表和鉑電阻地溫傳感器［1］。已有一些專家對(duì)于雨雪冰凍天氣情況下的地面氣象觀測(cè)資料特征進(jìn)行分析并取得研究成果：孫軍杰等分析不同深度的積雪對(duì)地面溫度具有保溫效果［2］;婁偉平等根據(jù)地溫和雪深的關(guān)系，建立了積雪表面和深層的溫度預(yù)報(bào)模式［3］。部分臺(tái)站既有自動(dòng)站地溫觀測(cè)，又有地溫人工觀測(cè)，還有草面(雪面)溫度觀測(cè)。目前鮮有專門(mén)針對(duì)積雪狀態(tài)下地溫觀測(cè)的探討。由于湖南省積雪深度厚、維持時(shí)間長(zhǎng)的雨雪冰凍天氣較少，導(dǎo)致有些臺(tái)站觀測(cè)員因經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)規(guī)范及技術(shù)規(guī)定理解不透，在觀測(cè)時(shí)常出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的做法。

2011年1月18—25日，受北方較強(qiáng)冷空氣和西南暖濕氣流共同影響，湘中以南出現(xiàn)持續(xù)低溫、雨雪、冰凍災(zāi)害性天氣。在審核2011年1月月報(bào)表時(shí)，此次低溫雨雪天氣過(guò)程中地溫觀測(cè)出現(xiàn)的問(wèn)題較多。本文對(duì)觀測(cè)中應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)分析，提出減少地溫觀測(cè)錯(cuò)情方法。

圖1 A站自動(dòng)站0 cm地面溫度及雪深時(shí)序圖

2 0 cm地溫人工站與自動(dòng)站對(duì)比審核

圖1是A站今年1月17日21時(shí)至25日20時(shí)自動(dòng)站0 cm地溫遙測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序圖及當(dāng)日08時(shí)積雪深度。自動(dòng)站地面溫度遙測(cè)數(shù)據(jù)21日以后有白天急升，晚上劇降的現(xiàn)象，日較差達(dá)到10℃以上。根據(jù)［2，3，4］等的研究結(jié)果認(rèn)為：地面溫度傳感器被積雪覆蓋期間，因?yàn)榉e雪的隔熱作用，所以自動(dòng)站地面溫度日變化較小，尤其是積雪深度較大時(shí)，地面最低溫度、地面最高溫度都在0℃附近，地面溫度變化曲線趨于平直。由圖上可知，18—25日A站地面一直為積雪覆蓋，0 cm自動(dòng)站地溫日變化幅度大，與鄰站相比也有較大差異(圖略)。因此該站的自動(dòng)站地面溫度遙測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)該是異常的。經(jīng)查詢?yōu)樵撜局蛋鄦T錯(cuò)誤理解規(guī)范要求：錯(cuò)誤的將溫度傳感器上的積雪進(jìn)行了清除。根據(jù)規(guī)定［1］，鉑電阻地面溫度傳感器被積雪埋住時(shí)仍按正常觀測(cè)，但需在觀測(cè)薄備注欄注明被積雪覆蓋的時(shí)間。

3 雪面溫度與0 cm地溫對(duì)比審核

湖南省部分測(cè)站要求觀測(cè)草溫，在出現(xiàn)積雪后，要求將草溫傳感器置于雪面上，轉(zhuǎn)為觀測(cè)雪面溫度(轉(zhuǎn)觀測(cè)雪面溫度時(shí)本文仍稱草溫傳感器)。這是近年來(lái)新增加的一個(gè)觀測(cè)項(xiàng)目，對(duì)于新測(cè)報(bào)員來(lái)說(shuō)也是容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤的項(xiàng)目之一。

圖2a、2b分別是17日21時(shí)至25日20時(shí)B站和C站自動(dòng)站雪面溫度和0 cm地溫及雪深數(shù)據(jù)時(shí)序圖。從B站時(shí)序圖可見(jiàn)，18—25日，該站一直有積雪，19—23日積雪深度在6 cm以上。從地溫及雪面溫度變化看，19日07時(shí)以前，雪面溫度低于地面溫度，0 cm地面溫度維持在0℃附近。地溫傳感器位于積雪下，由于積雪的保溫作用［2，4］，雪面溫度低于地面溫度，因此該時(shí)間段地溫、雪面溫度觀測(cè)記錄無(wú)誤。20—25日一直維持有較厚的積雪，白天地面溫度升溫幅度達(dá)到5℃以上，應(yīng)該是值班員將積雪錯(cuò)誤清除所致;該站地面溫度夜間變化幅度小，是因?yàn)樵撜緸?次站，夜間不值守班，夜間降雪將地面溫度傳感器覆蓋(或地面?zhèn)鞲衅飨孪葸M(jìn)積雪中)，因?yàn)榉e雪的隔熱保溫作用，使得夜間地面溫度傳感器變化幅度較少。因此該站20—25日自動(dòng)站地面溫度傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)有誤。19—20日，草溫傳感器溫度穩(wěn)定維持在0.5℃附近，變化幅度小，應(yīng)該是草溫傳感器被積雪覆蓋后，沒(méi)有及時(shí)從積雪里移置至雪面造成。21日雪面溫度突然從0℃降至-5℃以下，應(yīng)該是該天值班員將草溫傳感器從雪里拿出置于雪面觀測(cè)，該記錄是正確的。23日白天地溫由于錯(cuò)誤清除積雪，溫度上升至10℃附近，草溫同時(shí)上升至3℃以上，這時(shí)積雪深度還有6 cm以上，23日積雪深度為別為9 cm、4 cm、2 cm，期間無(wú)降水天氣現(xiàn)象，24—25日雪面溫度高達(dá)8℃以上。該數(shù)據(jù)可疑，綜合分析其可能原因：一是該時(shí)段有日照，由于太陽(yáng)直射溫度傳感器，導(dǎo)致草溫傳感器溫度急升;二是積雪融化較快，雪面下降使得草溫傳感器位于雪面以上，所測(cè)溫度為近雪面氣溫。根據(jù)規(guī)定［1］，觀測(cè)草面溫度的測(cè)站，在測(cè)站出現(xiàn)積雪后，應(yīng)該在20時(shí)將草溫傳感器轉(zhuǎn)移至雪面進(jìn)行雪面溫度觀測(cè)。在觀測(cè)雪溫期間，應(yīng)經(jīng)常巡視草溫傳感器，使其置于積雪表面上。湖南地理位置較偏南，雪后天氣放晴時(shí)，地面溫度上升較快，從圖上看，清除積雪后的地面溫度，可升至10℃左右，因此融雪速度較快。對(duì)于融雪時(shí)導(dǎo)致草溫傳感器裸露空氣中的情況，沒(méi)有作特別說(shuō)明，筆者理解為在融雪時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)巡視儀器，當(dāng)雪面下降使感應(yīng)器露出時(shí)，應(yīng)將草溫傳感器新安置，保持雪面溫度傳感器一半在雪里，一半在空氣里。

圖2 B站(a)、C站(b)自動(dòng)站雪面溫度、地面溫度及雪深時(shí)序圖。虛線為自動(dòng)站0 cm地溫小時(shí)變化曲線，實(shí)線為自動(dòng)站雪面溫度小時(shí)變化曲線，單位℃;柱狀是當(dāng)日08時(shí)人工測(cè)量雪深，標(biāo)在次坐標(biāo)軸上，單位cm。

在積雪覆蓋期間，C站地面溫度一直維持在0℃附近，變化幅度小，因此自動(dòng)站地面溫度觀測(cè)記錄可靠;同一時(shí)段雪面溫度變化平穩(wěn)，18—20日草面溫度傳感器溫度較0 cm地面溫度更高，19日隨著積雪深度加厚，草面溫度傳感器溫度有小幅上升，此記錄明顯有誤。經(jīng)查詢?cè)撜景惭b草溫傳感器時(shí)，沒(méi)有預(yù)留出移動(dòng)傳感器的線，導(dǎo)致草溫傳感器不能移動(dòng)。由于雪面溫度傳感器位于草面，積雪覆蓋時(shí)，由于草葉的支撐，雪層下面的空氣較裸地更多，深層地溫向淺層和地表輸送的熱量更好的得到保持，草溫傳感器測(cè)量的是雪層下的氣溫，因此出現(xiàn)了草面溫度傳感器測(cè)得的溫度大于地面溫度的情況。也再次說(shuō)明隨著積雪厚度加厚，雪層的保溫效果更好。20日隨著積雪加厚，雪層在重力作用下下降，草溫傳感器進(jìn)入雪層中，溫度出現(xiàn)0℃左右的直線。該站雪面溫度應(yīng)該做缺測(cè)處理。根據(jù)規(guī)定［1］，安裝草面溫度傳感器時(shí)，應(yīng)該預(yù)留0.5m的線，以便于在積雪出現(xiàn)后，將草溫傳感器轉(zhuǎn)置雪面，進(jìn)行雪面溫度觀測(cè)。

4 淺層地溫自動(dòng)站人工站對(duì)比

圖3 E站1月自動(dòng)站、人工站20時(shí)5 cm地溫(℃)、雪深(cm)時(shí)序圖

圖3是E站1月自動(dòng)站5 cm地溫及人工站20時(shí)對(duì)比觀測(cè)時(shí)序圖，從圖中分析可知由于自動(dòng)站和人工站距離近，數(shù)據(jù)變化基本一致。從19—23日，受積雪覆蓋，自動(dòng)站5 cm地溫變化平穩(wěn)，呈緩慢下降趨勢(shì)，人工站5 cm地溫21日較自動(dòng)站明顯偏高。可能原因是人工站淺層地溫積雪被破壞。從日照數(shù)據(jù)分析21日該站有5.5h日照，積雪破壞后，雪層的隔熱作用被破壞，太陽(yáng)短波輻射被地面吸收并向地下輸送，造成人工站5 cm地溫明顯的上升。詢問(wèn)該站得知，19日由于積雪深度太厚，曲管地溫表被積雪掩埋，在觀測(cè)前巡視儀器時(shí)，找不到地溫場(chǎng)，錯(cuò)誤的將積雪破壞了，20日和21日的日照使得殘留的積雪快速融化，5 cm地溫人工站明顯高于自動(dòng)站。

5 減少積雪覆蓋時(shí)的地溫觀測(cè)誤操作方法

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及前期地溫觀測(cè)出現(xiàn)的一些常見(jiàn)問(wèn)題，整理出減少雨雪天氣地面溫度錯(cuò)情的方法：

①在冬季來(lái)臨前做好充分準(zhǔn)備，注重學(xué)習(xí)地面觀測(cè)有關(guān)業(yè)務(wù)理論知識(shí)，全面掌握觀測(cè)、記錄、發(fā)報(bào)、編制報(bào)表等一系列技術(shù)規(guī)定。

②值班前注意休息，特別是觀測(cè)前10min不要做其他事情，人工觀測(cè)注意復(fù)讀，避免誤讀。

③地面3只溫度表被雪埋住時(shí)，在降雪或吹雪停止后，小心將表從雪中取出(勿使水銀柱、游標(biāo)滑動(dòng))，水平地安裝在未被破壞的雪面上，感應(yīng)部分和表身埋入雪中一半。當(dāng)發(fā)現(xiàn)表身下陷雪內(nèi)，或在觀測(cè)前巡視時(shí)表身又被雪埋住時(shí)，均應(yīng)重新安裝在雪面上。讀數(shù)時(shí)若感應(yīng)部分又被雪蓋，可照常讀數(shù)。

④自動(dòng)站地面溫度傳感器安裝在原地面溫度表和曲管地溫表東側(cè)的裸地內(nèi)。在巡視儀器時(shí)要查看地面溫度傳感器的埋設(shè)情況，保持地面溫度傳感器一半埋在土中，一半露出地面，擦拭沾附在上面的雨露和雜物，但是當(dāng)?shù)孛鏈囟葌鞲衅鞅环e雪埋住時(shí)仍按正常觀測(cè)，但需在觀測(cè)薄備注欄注明。此時(shí)不能破壞地面溫度傳感器上面的積雪。

⑤草溫/雪溫的觀測(cè)區(qū)域位于裸地地溫觀測(cè)區(qū)西側(cè)，傳感器安裝在距地6 cm高度處，并與地面大致平行。在冬季，當(dāng)有降雪但未掩沒(méi)草層時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行草溫觀測(cè)。當(dāng)積雪掩沒(méi)草溫傳感器時(shí)，將傳感器置于原來(lái)的雪面上，這時(shí)測(cè)量雪面溫度，并在觀測(cè)薄備注欄注明起止日期。觀測(cè)雪溫期間，應(yīng)經(jīng)常巡視雪溫傳感器，使其置于積雪表面上，積雪融化后，繼續(xù)觀測(cè)草溫。草溫和雪溫觀測(cè)的切換應(yīng)在20時(shí)進(jìn)行。

⑥湖南屬于積雪時(shí)間較短的地區(qū)，在積雪將地溫場(chǎng)掩沒(méi)之前，做好標(biāo)記，便于觀測(cè)時(shí)迅速找到曲管地溫表位置;在積雪掩沒(méi)曲管地溫表后，可以把雪沿地溫表表身?yè)荛_(kāi)一道縫，露出刻度線觀測(cè)，而不是成片扒開(kāi)積雪。淺層地溫傳感器和直管地溫照常觀測(cè)，不能破壞原有積雪狀態(tài)。

堆積一定的積雪厚度對(duì)地面具有保溫和隔熱作用，對(duì)于錯(cuò)誤清除自動(dòng)站0 cm地溫傳感器積雪的臺(tái)站，或因?yàn)榉e雪厚度太厚，在尋找地溫場(chǎng)時(shí)將積雪破壞的臺(tái)站，建議通過(guò)堆積同樣厚度的積雪的辦法進(jìn)行補(bǔ)救。

［1］ 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范［Z］.北京：氣象出版社，2003.

［2］ 孫軍杰，于溪濱，郭松林.不同積雪深度對(duì)地溫的增溫效應(yīng)［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，1995，16(6)：49.

［3］ 劉冬梅，黃少平，周曉香.低溫雨雪冰凍天氣過(guò)程的自動(dòng)站數(shù)據(jù)處理［J］. 貴州氣象，2009，35(3)：40-42.

［4］ 葛炳華，李運(yùn)鋒，劉國(guó)鋒.人工與遙測(cè)地面溫度有無(wú)積雪的對(duì)比分析［J］. 氣象與減災(zāi)，2007，(1)：30.

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B

1003-6598(2011)03-0054-04

2010-03-11

彭雙姿(1979-)，女，高工，主要從事大氣探測(cè)工作。