嚴(yán)家德金蓮姬 王巍巍 王 靜

（南京信息工程大學(xué)中國氣象局氣溶膠-云-降水重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，南京210044）

百葉箱與通風(fēng)輻射罩的氣溫日最值差異

嚴(yán)家德*金蓮姬 王巍巍 王 靜

（南京信息工程大學(xué)中國氣象局氣溶膠-云-降水重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，南京210044）

利用2009年8月—2010年7月的平行觀測資料，對新型自動(dòng)氣象站中百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)氣溫日最值對比差的分布、粗差率、一致率以及平均值等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對日最值的出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行對比，對日最值對比差與環(huán)境風(fēng)速的關(guān)系進(jìn)行分析，建立并驗(yàn)證了百葉箱氣溫日最值的訂正方法。結(jié)果表明：百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫日最值對比差的分布均呈右偏態(tài)，且偏斜程度較大，不服從正態(tài)分布；日最高氣溫與最低氣溫的一致率分別為90.0%和81.5%，兩者存在較大差異，但其粗差率基本一致，均略高于3.0%；與通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)相比，百葉箱的日最值數(shù)據(jù)總體偏高0.2℃左右，同時(shí)其出現(xiàn)時(shí)間也存在不同程度的滯后；氣溫日最值的差異會(huì)隨著環(huán)境風(fēng)速的增強(qiáng)而減小，特別是當(dāng)風(fēng)速大于4.5 m·s-1時(shí)，其差異可縮小到0.1℃以內(nèi)；以環(huán)境風(fēng)速為主要參數(shù)的氣溫訂正方法將最高氣溫的差異縮小到0.03℃，一致率提高到95.2%，將最低氣溫的差異縮小到0.01℃，一致率提高到94.1%。

新型自動(dòng)氣象站；最高氣溫；最低氣溫；對比差訂正

引 言

近年來，中國氣象局在地面觀測自動(dòng)化方面投入了大量的人力物力，以提高地面氣象觀測的集約性和準(zhǔn)確性。自2008年，中國氣象局氣象探測中心開始承擔(dān)新型自動(dòng)氣象站的組織研發(fā)和考核工作，當(dāng)前已完成開發(fā)與生產(chǎn)，并開始在部分省市投入運(yùn)行。新型自動(dòng)氣象站是在總結(jié)我國近10年自動(dòng)氣象站和自動(dòng)氣候站實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)代氣象業(yè)務(wù)對綜合氣象觀測提出的要求，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一功能、統(tǒng)一結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一方法、統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計(jì)思路開發(fā)研制的［1］，它不僅保留了常規(guī)的百葉箱氣溫觀測系統(tǒng)，還借鑒了美國氣候觀測網(wǎng)（USCRN）要素設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，裝備了通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)，可對氣溫變化進(jìn)行長期高精度觀測［2］。

觀測系統(tǒng)改變是造成觀測資料序列非均一性的重要原因之一［3-6］，需通過長期對比觀測與研究，找出相應(yīng)的訂正方法，以保證訂正前后數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性［7-9］。2000年開始自動(dòng)氣象站在我國正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行［10］，開展了大量與人工觀測的比對工作。研究結(jié)果［5，7-8，11-12］表明：自動(dòng)觀測與人工觀測氣溫的偏差基本都在允許范圍內(nèi)，且沒有明顯的季節(jié)性和地域性差異，但由于自動(dòng)氣象站溫度傳感器的靈敏度比干濕球溫度表高，導(dǎo)致在氣溫變化較快的情況下兩者偏差較大。此外，太陽輻射、系統(tǒng)偏差以及觀測時(shí)間上的不同步，也是造成觀測數(shù)據(jù)存在偏差的主要原因［13-15］。美國于20世紀(jì)90年代初開始在全美布設(shè)自動(dòng)地面氣象觀測系統(tǒng)（ASOS）后，就專門設(shè)立了自動(dòng)觀測系統(tǒng)氣候資料連續(xù)性研究計(jì)劃（CDCP），用于開展關(guān)于觀測系統(tǒng)的變化對數(shù)據(jù)資料影響的研究，結(jié)果表明：ASOS與人工觀測系統(tǒng)相比，日平均值、日最值以及日較差的氣溫?cái)?shù)據(jù)均存在明顯差異［16-17］。而2004年開始建設(shè)的美國氣候觀測網(wǎng)（USCRN）［2］，與其他觀測系統(tǒng)相比，也存在類似情況。受系統(tǒng)偏差、輻射、風(fēng)速等因素影響，USCRN與ASOS相比，日最高氣溫偏大，日最低氣溫偏小，總體偏差在0.1℃左右［16］，而與美國最值測量系統(tǒng)MMTS相比，最大偏差達(dá)1℃左右［18］。所有這些比對研究均為了解儀器改變對觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響以及為觀測系統(tǒng)改變后數(shù)據(jù)的連續(xù)使用提供了參考。

1 數(shù)據(jù)簡介

中國氣象局綜合觀測培訓(xùn)實(shí)習(xí)基地（南京）位于南京市北郊，是中國氣象局與南京信息工程大學(xué)共建的綜合性氣象觀測培訓(xùn)與實(shí)習(xí)基地。自2009年建站以來，基地開展了新型自動(dòng)氣象站的常態(tài)化地面氣象觀測，為氣象研究積累了大量資料。該基地新型自動(dòng)氣象站的百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)所用的溫度傳感器核心元件均為Pt100鉑熱電阻，具有良好的阻溫關(guān)系，能準(zhǔn)確快速感應(yīng)被測空氣的溫度。百葉箱是氣象臺(tái)站安裝溫、濕度儀器的標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)設(shè)備，能有效減少太陽對儀器的直接輻射和地面對儀器的反射輻射，主要依靠自然通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)對外界環(huán)境變化的感應(yīng)。通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)借鑒了USCRN要素設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，可對氣溫變化趨勢進(jìn)行長期高精度觀測［2］。它由3個(gè)獨(dú)立的測溫單元聯(lián)合完成對氣溫的觀測，每一測溫單元均由通風(fēng)防輻射罩、自吸式通風(fēng)扇和溫度傳感器等組成。在自吸式通風(fēng)扇的作用下，單元體內(nèi)外空氣能進(jìn)行高效交換，使溫度傳感器的溫度能在較短的時(shí)間內(nèi)與周圍環(huán)境氣溫達(dá)到平衡［16］。該基地新型自動(dòng)站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)南北相距約50 m，下墊面基本一致，溫度傳感器均安裝在距離地面1.5 m處［19-20］，系統(tǒng)的采樣頻率為0.5 Hz。

本文的平行觀測時(shí)間段為2009年8月—2010年7月，所涉及的氣溫?cái)?shù)據(jù)樣本為1 min平均值，日最值的統(tǒng)計(jì)時(shí)段從前一觀測日的20：00（北京時(shí)，下同）起，至當(dāng)前觀測日的19：59止，風(fēng)速為1.5 m高度處的10 min滑動(dòng)平均值。文中所指對比差為百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的氣溫?cái)?shù)據(jù)之差

式（1）中，Tl和Tc分別為百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的氣溫?cái)?shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)對比

2.1 最值數(shù)據(jù)差異

2.1.1 一致率和粗差率

一致率Cr表征兩套儀器數(shù)據(jù)的一致性程度，用統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)對比差值絕對值小于2倍標(biāo)準(zhǔn)差的樣本比例表示，而粗差率Gr表示兩套儀器異常差值的多寡，其值越大說明存在異常的數(shù)據(jù)越多［21］。根據(jù)《對比觀測期間監(jiān)測資料評估技術(shù)方法》［22］，Cr應(yīng)大于80%，Gr應(yīng)小于3%。經(jīng)計(jì)算，百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的日最高氣溫和最低氣溫?cái)?shù)據(jù)的一致率Cr分別為90.0%和81.5%，均優(yōu)于規(guī)范要求的80%，但粗差率Gr分別為3.3%和3.1%，略大于3%，未能滿足規(guī)范要求。

2.1.2 差值分布

日最高氣溫對比差ΔTmax和日最低氣溫對比差ΔTmin直接反映了百葉箱與通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)在日最值觀測上的差異，

其中，Tlmax，Tlmin和Tcmax，Tcmin分別為百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的日最高值、日最低值，其分布如圖1所示。

由圖1可知，ΔTmax和ΔTmin數(shù)據(jù)樣本分布情況基本一致：大部分屬于正偏差，分別達(dá)到79.3%和88.4%，零偏差較少，僅為13.4%和9.0%，負(fù)偏差低于10%，僅為7.2%和2.6%；兩者分布比例最大值均出現(xiàn)在0.2℃處，分別約25%和32%，約67%的ΔTmax和65%的ΔTmin分布于［-0.2℃，0.2℃］；ΔTmax的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差為0.20℃和0.22℃，ΔTmin的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差為0.22℃和0.18℃，約83%的ΔTmax和89%的ΔTmin分布于［0℃，0.4℃］。

在USCRN和ASOS的對比研究中，ΔTmax和ΔTmin零偏差樣本比例分別高達(dá)73%和55%［16］，是本文結(jié)果13.4%和9.0%的近6倍。這與USCRN，ASOS以及新型氣象自動(dòng)站通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)有強(qiáng)制通風(fēng)裝置［23］，對氣溫改變的響應(yīng)較快，而百葉箱氣溫觀測系統(tǒng)僅靠大氣湍流實(shí)現(xiàn)通風(fēng)，響應(yīng)速度易受環(huán)境風(fēng)速等因素影響有關(guān)。

2.1.3 正態(tài)分布檢驗(yàn)

對比差分布是否服從正態(tài)分布，可通過顯著性檢驗(yàn)來判斷。假設(shè)樣本服從正態(tài)分布，則其偏度系數(shù)g1和峰度系數(shù)g2亦服從正態(tài)分布，且數(shù)學(xué)期望均為0。在0.05顯著性水平下，若g1和g2與其均方差滿足

則拒絕假設(shè)，認(rèn)為樣本不服從正態(tài)分布，否則就可認(rèn)為樣本服從正態(tài)分布［24］。

新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的日最值數(shù)據(jù)對比差的分布特征量g1，g2和如表1所示。由表1可知，兩者偏度系數(shù)均大于0且接近于1，表明ΔTmax和ΔTmin分布均呈右偏態(tài)，且偏斜程度較大，有較多的數(shù)據(jù)分布在平均值左側(cè)；兩者峰度系數(shù)均大于0且超過2，說明ΔTmax和ΔTmin分布比正態(tài)分布更集中在平均值周圍，分布呈尖峰狀態(tài)，而ΔTmax的g2比ΔTmin大，則說明ΔTmax有更多的數(shù)據(jù)分布于［0，0.4］；由于ΔTmax和ΔTmin的g1和g2以及關(guān)系滿足式（4）和式（5），所以在0.05顯著性水平下，最高氣溫和最低氣溫的對比差樣本均不服從正態(tài)分布。

表1 日最值對比差分布特征量Table 1 Distribution characteristics of the extreme temperature differences

2.1.4 平均值與標(biāo)準(zhǔn)差年變化

百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)日最值對比差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的年變化如圖2和圖3所示。由圖2可知，最高氣溫對比差的月平均值和最低氣溫對比差的月平均值的年變化趨勢基本一致，1—10月（3月除外），兩者基本上隨時(shí)間遞增，在10月達(dá)到最大值，分別為0.40℃和0.33℃，之后逐漸下降至12月的0.17℃和0.19℃。1—3月以及12月的和1—4月以及12月的較小，不超過0.2℃，而其他月份的數(shù)據(jù)則相對較大，但也均小于0.4℃。從對比差平均值的波動(dòng)范圍來看，較大，在0.08～0.40℃間波動(dòng)，幅度為0.32℃，而在0.13～0.33℃間波動(dòng)，幅度為0.20℃，約為波動(dòng)幅度的65%。

圖2 日最高氣溫與最低氣溫對比差平均值年變化Fig.2 Annual change of the monthly mean extreme temperature difference

圖3 日最高氣溫與最低氣溫對比差標(biāo)準(zhǔn)差年變化Fig.3 Annual change of the monthly extreme temperature standard deviation average

ΔTmax和ΔTmin平均值與標(biāo)準(zhǔn)差均為0.20℃左右，說明大部分樣本集中在0～0.4℃之間，但略大于略小于，說明百葉箱和通風(fēng)輻射罩最低氣溫的差異相對較大，但其離散性卻比最高氣溫小，這可能與最值出現(xiàn)時(shí)的氣象條件存在較大差異有關(guān)。

2.2 日最值出現(xiàn)時(shí)間差異

2.2.1 日最值出現(xiàn)時(shí)間概率分布

百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的日最值在不同時(shí)次出現(xiàn)的概率分布如圖4所示。最高氣溫一般出現(xiàn)在太陽高度角最大之后2 h，就南京而言，這個(gè)時(shí)間為14：00左右。由圖4a可以看出，百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的最高氣溫約有67%出現(xiàn)在13：00—15：00，且在14：00出現(xiàn)最高值的頻次最大，約占總樣本數(shù)的33%，這與氣溫的日變化趨勢一致；最高氣溫在20：00出現(xiàn)的概率為13%左右，是概率分布的第2峰值；百葉箱和通風(fēng)輻射罩的最高氣溫的出現(xiàn)概率除13：00—15：00存在超過1%的較大差異外，其他時(shí)次的差異均在1%以內(nèi)。

由圖4b可以看出，百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)約有51%的最低氣溫樣本出現(xiàn)在04：00—06：00，其中在05：00概率最大，約占總樣本數(shù)的22%，這與氣溫的日變化趨勢基本相符；百葉箱和通風(fēng)輻射罩最低氣溫的概率在19：00出現(xiàn)第2峰值，兩者分別為9.4%和8.7%；兩者最低氣溫概率分布除在07：00和08：00存在較大差異外，其他時(shí)次差異均在1%以內(nèi)。

圖4 日最值在不同時(shí)次出現(xiàn)的概率分布（a）最高氣溫，（b）最低氣溫Fig.4 Frequency distribution of the extreme temperature appearance time（a）maximum temperature，（b）minimum temperature

2.2.2 日最值出現(xiàn)時(shí)間差異

對新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)最高氣溫和最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間分別進(jìn)行比較，并對各區(qū)間樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，百葉箱測溫系統(tǒng)日最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間與通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)相比較，時(shí)間一致的樣本僅為16%，而時(shí)間滯后的樣本為60%左右，且有超過7%的樣本滯后1 h以上；滯后時(shí)間在10 min以內(nèi)的樣本所占比例最大，約為總樣本數(shù)的1/3；兩者時(shí)間差在10 min以內(nèi)的比例為60.5%。百葉箱和通風(fēng)輻射罩最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間一致的樣本僅為8.5%，而時(shí)間滯后的樣本達(dá)65.4%，滯后1 h以上的超過5%；滯后時(shí)間在10 min以內(nèi)的樣本所占比例最大，為40.4%；兩者時(shí)間差在10 min以內(nèi)的比例為62.0%。

表2 日最值出現(xiàn)時(shí)間差異統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of extreme temperature appearance time

由此可以看出，新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的最值出現(xiàn)時(shí)間均存在較大差異：時(shí)間一致的樣本，最高氣溫不到20%，最低氣溫不到10%；百葉箱測溫系統(tǒng)時(shí)間滯后的樣本比例均超過了60%，但其中大部分樣本滯后時(shí)間在10 min以內(nèi)?？傮w來看，百葉箱測溫系統(tǒng)最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間平均滯后2.5 min，最低氣溫平均滯后3.2 min。

2.3 環(huán)境風(fēng)速對最值數(shù)據(jù)的影響

觀測系統(tǒng)防輻射效果的不一致是造成不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)存在差異的主要原因［16，18，25］，這種差異會(huì)隨太陽輻射的增強(qiáng)而更加明顯，而較大的環(huán)境風(fēng)速或者在儀器內(nèi)部安裝強(qiáng)制通風(fēng)裝置能較好地降低太陽輻射影響［17，23，26］。在新型自動(dòng)氣象站中，通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)配置了自吸式通風(fēng)扇，使測溫單元始終處于強(qiáng)制通風(fēng)狀態(tài)，保證儀器內(nèi)外的空氣能進(jìn)行高效率地交換，從而降低太陽輻射對內(nèi)部氣溫影響。此外，當(dāng)外部環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)內(nèi)部的溫度在通風(fēng)扇的作用下也會(huì)快速隨之發(fā)生變化，使得溫度傳感器能在較短時(shí)間內(nèi)對氣溫的改變做出響應(yīng)。而傳統(tǒng)的百葉箱測溫系統(tǒng)并沒有強(qiáng)制通風(fēng)裝置，僅靠大氣湍流實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)外的大氣交換，這就有可能在環(huán)境風(fēng)速較小的情況下出現(xiàn)響應(yīng)滯后的現(xiàn)象。

不同的環(huán)境風(fēng)速對新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)最值差異的影響如表3所示。由表3可以看出，隨著風(fēng)速的增大，最值的差異會(huì)逐漸減小：當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)，最值差異都比較大，最高氣溫差異的平均值為0.30℃，最低氣溫差異的平均值為0.25℃；當(dāng)風(fēng)速大于1.5 m·s-1時(shí)，最值差異明顯減小，兩者平均值都小于0.2℃，達(dá)到了常規(guī)氣溫觀測精度差異的要求；而當(dāng)風(fēng)速大于4.5 m·s-1時(shí)，兩者平均值進(jìn)一步縮減到0.06℃和0.07℃，均在0.1℃以內(nèi)，數(shù)據(jù)一致性較好。最值對比差的標(biāo)準(zhǔn)差反映了不同環(huán)境風(fēng)速下，測溫系統(tǒng)最值差異的離散程度。由表3可以看出，隨著風(fēng)速的增大，最值差異的離散程度同樣呈現(xiàn)下降趨勢，其中最高氣溫的標(biāo)準(zhǔn)差從0.24℃下降至0.11℃，而最低氣溫的標(biāo)準(zhǔn)差則從0.19℃下降至0.05℃。

基于前面的分析結(jié)果：新型自動(dòng)氣象站中百葉箱測溫系統(tǒng)最高氣溫出現(xiàn)時(shí)間平均滯后2.5 min，最低氣溫平均滯后3.2 min，表4對不同風(fēng)速情況下，最值出現(xiàn)時(shí)間差小于平均滯后時(shí)間的樣本比例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。由表4可以看出，當(dāng)風(fēng)速小于1 m·s-1時(shí)，不管是最高氣溫還是最低氣溫，均僅有35%左右的樣本符合條件，當(dāng)風(fēng)速大于3 m·s-1時(shí)，符合條件的樣本分別增加到60%和55%以上；而當(dāng)風(fēng)速大于4 m·s-1時(shí)，符合條件的最低氣溫樣本比例超過了80%。說明環(huán)境風(fēng)速增大能有效改善百葉箱測溫系統(tǒng)最值監(jiān)測的滯后效應(yīng)，且對最低氣溫的改善效果更為明顯。

因此，新型自動(dòng)氣象站百葉箱測溫系統(tǒng)最值數(shù)據(jù)偏高，最值出現(xiàn)時(shí)間滯后現(xiàn)象與其通風(fēng)方式有較大關(guān)系，需建立相應(yīng)的訂正方法，以確保數(shù)據(jù)能真實(shí)客觀反映大氣的實(shí)際變化。

表3 環(huán)境風(fēng)速對最值對比差的影響Table 3 Variations of extreme temperature difference with ambient wind speed

表4 環(huán)境風(fēng)速對最值出現(xiàn)時(shí)間的影響Table 4 Variations of extreme temperature appearance time with ambient wind speed

2.4 日最值差異訂正

研究表明，百葉箱的氣溫測量誤差與其內(nèi)部的風(fēng)速大小呈指數(shù)關(guān)系［23，26-27］，而百葉箱內(nèi)外的風(fēng)速呈線性關(guān)系［26］。因此，若假設(shè)新型自動(dòng)氣象站通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與實(shí)際氣溫相一致，且影響百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)差異的其他因素可以忽略或?yàn)槌?shù)，則可根據(jù)現(xiàn)有的觀測數(shù)據(jù)建立百葉箱氣溫觀測系統(tǒng)的溫度訂正值Y與環(huán)境風(fēng)速V之間的關(guān)系，

式（6）中，α，β和γ為待定訂正參數(shù)。根據(jù)平行觀測的數(shù)據(jù)，對新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩日最值的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用式（6）進(jìn)行擬合，可得到如表5所示的訂正參數(shù)。

表5 日最值差異訂正系數(shù)Table 5 Correction coefficients for the extreme temperature difference

圖5 日最值數(shù)據(jù)訂正前后對比（a）最高氣溫，（b）最低氣溫Fig.5 Validation of deviation correction for maximum temperture（a）and minimum temperature（b）

根據(jù)式（6）和表5的訂正參數(shù)，對百葉箱的氣溫日最值進(jìn)行訂正，并重新統(tǒng)計(jì)與通風(fēng)輻射罩日最值的差異，可驗(yàn)證上述訂正方法的有效性。由圖5可以看出，訂正后，百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)日最值對比差分布的峰值發(fā)生了明顯左移，其中最高氣溫對比差分布的峰值出現(xiàn)在0.0℃的位置，最低氣溫對比差分布的峰值出現(xiàn)在-0.1℃的位置。由表6的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，盡管訂正未對最值對比差分布的離散性（標(biāo)準(zhǔn)差）有較大改善（最高氣溫未發(fā)生明顯改變，最低氣溫減小了0.01℃），但其平均值的變化十分明顯，分別從訂正前的0.20℃和0.22℃縮小至0.03℃和0.01℃，改變量達(dá)到了0.2℃左右。訂正后最值數(shù)據(jù)的一致率也得到了較大提高，從訂正前的90%和81.5%分別提高到95.2%和94.1%，提高了5.2%和12.6%。因此，該訂正方法能對百葉箱的氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效訂正，可減少新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)間日最值的差異。

表6 訂正前后統(tǒng)計(jì)特征量Table 6 Statistical features before and after correction

3 小 結(jié)

本文對新型自動(dòng)氣象站百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)并行觀測的日最值數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，討論了兩者最值數(shù)據(jù)、最值出現(xiàn)時(shí)間的差異以及這種差異與環(huán)境風(fēng)速的關(guān)系，建立并驗(yàn)證了以環(huán)境風(fēng)速為主要參數(shù)的差異訂正公式。本文主要結(jié)論如下：

1）百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)的日最高氣溫和最低氣溫均存在較大的正偏差，其比例分別為79.3%和88.4%，而零偏差的樣本僅為13.4%和9.0%，兩者對比差的平均值分別為0.20℃和0.22℃。

2）百葉箱和通風(fēng)輻射罩氣溫觀測系統(tǒng)日最值的出現(xiàn)時(shí)間存在較大差異，其中兩者時(shí)間一致的樣本比例僅為16.0%和8.5%，而百葉箱時(shí)間滯后的樣本比例分別達(dá)到60%和65.4%，但其中大部分樣本的滯后時(shí)間均在10 min以內(nèi)?？傮w而言，百葉箱最高氣溫和最低氣溫出現(xiàn)時(shí)間平均滯后2.5 min和3.2 min。

3）新型自動(dòng)氣象站中百葉箱的最值數(shù)據(jù)偏高以及最值出現(xiàn)時(shí)間相對滯后的現(xiàn)象與其通風(fēng)方式有關(guān)，會(huì)隨著環(huán)境風(fēng)速的增大而減小。當(dāng)風(fēng)速大于3 m·s-1時(shí)，最值差異的平均值降到0.1℃以內(nèi)，同時(shí)百葉箱最值時(shí)間滯后的現(xiàn)象也會(huì)得到很大程度的改善。

4）以環(huán)境風(fēng)速為主要參數(shù)的氣溫差異訂正方法，將最高氣溫和最低氣溫對比差的平均值縮小至0.03℃和0.01℃，一致率提高到95.2%和94.1%，訂正效果明顯。

上述結(jié)論是在對中國氣象局氣象綜合觀測培訓(xùn)實(shí)習(xí)基地（南京）的平行觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行總體分析而得的，今后可從系統(tǒng)偏差、太陽短波輻射、下墊面季節(jié)變化等方面進(jìn)行相關(guān)的統(tǒng)計(jì)與分析，以期得到更全面、更具有普遍性的結(jié)論。

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Comparative Analysis of Maximum and Minimum Temperatures of LTS and ASPTS

Yan Jiade Jin Lianji Wang Weiwei Wang Jing
（Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipition of China Meteorological Administration，Nanjing University of Information Science&Technology，Nanjing 210044）

In order to meet demands of comprehensive weather observation in modern meteorological service，a development and assessment program of new automatic weather station（NAWS）is sponsored and launched by Meteorological Observation Center of China Meteorological Administration.Besides the traditional louver temperature observation system（LTS），NAWS can also be equipped with aspirated radiation shield temperature observation system（ASPTS），which borrows the design experience of US Climate Reference Network，for the purpose of achieving future long term homogeneous temperature observations.NAWS has been employed in the surface meteorological station in some provinces of China.Differences between LTSand ASPTS results，influencing factors and the correction method all need investigation，therefore，a parallel experimental measurements consists of LTS and ASPTS is conducted.The experiment is carried out in Nanjing University of Information Science＆Technology（32°12′N，118°42′E，elevation is 32 m）from August 2009 to July 2010.Maximum and minimum temperature measurements derived from LTS and ASPTS are compared，and biases of extreme values and difference of the occurrence times are examined under different regimes of ambience wind speeds.A correction model based on ambient wind speed is developed and checked.Results indicate that differences of daily extreme temperature between LTS and ASPTS are not subject to the normal distributions，while they demonstrate a right skewed state and a great degree of deflection.The concordance rate of maximum temperature between LTS and ASPTS is 90.0%，while that of minimum temperature is 81.5%.The gross error rate of maximum temperatures between LTS and ASPTS is almost the same as that of minimum temperature，both of which are about 3.0%.Compared with ASPTS measurements，the extreme values derived from LTS have a positive deviation of 0.2℃and a lag of 2.5 minutes and 3.2 minutes for maximum temperature and minimum temperature，respectively.Differences of extreme values would be reduced with the enhancement of ambience wind speeds，even reduced to 0.1℃when the speed is stronger than 4.5 m·s-1.The deviation correction，which is developed mainly based on wind speed，reduces the difference to 0.03℃and 0.01℃，and increases the consistent rate to 95.2%and 94.1%for the maximum temperature and minimum temperature，respectively.

new automatic weather station；maximum temperature；minimum temperature；deviation correction

嚴(yán)家德，金蓮姬，王巍巍，等.百葉箱與通風(fēng)輻射罩的氣溫日最值差異.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2014，25（2）：185-192.

2013-07-03收到，2013-11-22收到再改稿。

公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201106049），中國氣象局大氣物理與大氣環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室開放課題（KDW1102）

*email：yanjd＠nuist.edu.cn