王華章++高磊
摘要 利用大連站2005—2010年自動(dòng)站和人工站的相對(duì)濕度資料,分析平均相對(duì)濕度對(duì)比差值的日、月和年變化規(guī)律。結(jié)果表明:90%自動(dòng)站日平均相對(duì)濕度值高于人工觀測(cè)值,平均偏高3.1%;自動(dòng)站與人工站的相對(duì)濕度差值有明顯的日變化規(guī)律,5:00—7:00對(duì)比差值最大,13:00最小,全天24 h定時(shí)觀測(cè)相對(duì)濕度對(duì)比差值均為正值;7—8月和12月對(duì)比差值最大,4—5月最小。月最小相對(duì)濕度觀測(cè)值均小于35%,其對(duì)比差值與月最小相對(duì)濕度位相相反。只要相對(duì)濕度大于月平均最小相對(duì)濕度,其對(duì)比差值隨著濕度的增大而增大,高濕情況的對(duì)比差值偏大。
關(guān)鍵詞 自動(dòng)氣象站;人工站;相對(duì)濕度;差異分析;遼寧大連
中圖分類(lèi)號(hào) P426.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739(2015)12-0223-03
Analysis of Differences Between Automatic and Manual Observation Relative Humidity:A Case of Dalian Station
WANG Hua-zhang 1 GAO Lei 2
(1 Dalian Meteorological Information Centre in Liaoning Province,Dalian Liaoning 116001; 2 Dalian Meteorological Equipment Support Centre)
Abstract Based on the meteorological data collected relative humidity from automatic and manual observation stations from 2005 to 2010 in Dalian.The regularity of average relative humidity comparison differential value of day,month and annual changes were analyzed.The results indicated that 90% daily average relative humidity of automatic weather station was higher than that of artificial observation station with average at 3.1% higher.The differences between automatic and manual observation data had obvious diurnal variation.Among the 24 times for timing,the maximum difference value in comparison was at 5:00—7:00,and the minimum was at 13:00,and scheduled observation values were all positive.During the month of Jan.to Dec.,the maximum ratio was July to August and the minimum was April to May.The difference of minimum monthly relative humidity was less than 35%,and reverse phase with minimum monthly relative humidity.So long as average relative humidity had exceeded minimum monthly average relative humidity,the comparison differential value was growing with average relative humidity increased and the bias of that was comparatively larger under the condition of high relative humidity.
Key words automatic weather station;manual observation station;relative humidity;difference analysis;Dalian Liaoning
近些年來(lái),地面監(jiān)測(cè)中國(guó)家基本(準(zhǔn))站中的主要觀測(cè)項(xiàng)目基本由人工器測(cè)轉(zhuǎn)為自動(dòng)觀測(cè)。2003年1月1日大連基準(zhǔn)氣候站安裝了天津氣象儀器廠生產(chǎn)的CAWS600系列自動(dòng)氣象站,2005年1月1日正式投入業(yè)務(wù)使用。了解人工觀測(cè)系統(tǒng)及自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)2種觀測(cè)系統(tǒng)所獲取資料的差異,對(duì)2種不同觀測(cè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行對(duì)比分析。
不同因素均可影響觀測(cè)資料序列的非均一性,其中觀測(cè)儀器的改變是其中的重要原因之一[1-5]。中國(guó)氣象局關(guān)于觀測(cè)規(guī)范明確指出[6-7]:在大氣探測(cè)自動(dòng)化進(jìn)程中,在統(tǒng)一的氣候資料存檔和管理原則下,需要開(kāi)展一定時(shí)間的平行觀測(cè),對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估,以確保資料的均一性[8]。
近年來(lái),研究者對(duì)大連站的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)差異進(jìn)行了分析[9-16],對(duì)相對(duì)濕度的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為了給未來(lái)研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值,該文對(duì)大連站2種儀器觀測(cè)的相對(duì)濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。
1 資料與方法
選取大連市氣象局檔案館2005年1月1日至2010年12月31日全年逐小時(shí)相對(duì)濕度觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)全部資料進(jìn)行了質(zhì)量檢驗(yàn),明顯的錯(cuò)誤已被剔除。本文所有數(shù)據(jù)的對(duì)比差值均是指自動(dòng)站觀測(cè)值與人工觀測(cè)值之差,日平均相對(duì)濕度指2:00、8:00、14:00和20:00 4個(gè)時(shí)次觀測(cè)值的平均。endprint
由于人工觀測(cè)相對(duì)濕度在低溫時(shí)誤差增大,自動(dòng)觀測(cè)在高溫高濕時(shí)誤差較大,因此,本文除對(duì)全部記錄進(jìn)行對(duì)比分析外,還對(duì)相對(duì)濕度進(jìn)行了分類(lèi),分析不同溫度和濕度條件下2種觀測(cè)結(jié)果的差異,根據(jù)不同氣溫條件,對(duì)3類(lèi)情況進(jìn)行分析:一是氣溫低于-10 ℃;二是氣溫在-10~28 ℃之間;三是高于28 ℃。同時(shí),對(duì)相對(duì)濕度按照低于35%為“干”,高于80%為”高濕“的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi),用以考查相對(duì)濕度的自動(dòng)觀測(cè)在各種情況下與人工觀測(cè)的偏差。
2 結(jié)果分析
2.1 相對(duì)濕度差值的日變化
日平均相對(duì)濕度中對(duì)比差值≥0 的日數(shù)占樣本總數(shù)的90%,也就是說(shuō)自動(dòng)站有90%日觀測(cè)值大于人工觀測(cè)值,即自動(dòng)站觀測(cè)值存在偏濕現(xiàn)象。描述自動(dòng)站與人工站觀測(cè)相對(duì)濕度差值的日變化,從圖1可以看出,相對(duì)濕度差值有明顯的日變化,5:00—7:00變化最大,13:00變化最小,對(duì)比差值全天24 h均為正值,這說(shuō)明在相對(duì)濕度測(cè)量中,自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)2個(gè)系統(tǒng)之間存在一定程度的“系統(tǒng)偏差”。
2.2 相對(duì)濕度差值的年變化
分析相對(duì)濕度對(duì)比差值逐月變化,從圖2可以看出,自動(dòng)站與人工站各月相對(duì)濕度差值均為正值,變化區(qū)間為1%~5%,平均差值為3.2%。7—8月和12月對(duì)比差值為年內(nèi)最大,4—5月為年內(nèi)最小。由于冬季當(dāng)氣溫在-10 ℃以下時(shí),人工觀測(cè)相對(duì)濕度由百葉箱干濕表轉(zhuǎn)換為毛發(fā)濕度表,用毛發(fā)表(經(jīng)訂正圖訂正)測(cè)濕,誤差很大。而在自動(dòng)氣象站中,全年使用濕敏電容濕度傳感器觀測(cè)相對(duì)濕度。濕敏電容傳感器具有較好的線(xiàn)性度,響應(yīng)速度快,在相對(duì)濕度80%以下測(cè)濕的精度較好。在低溫時(shí),它比毛發(fā)濕度表測(cè)濕準(zhǔn)確,但在高濕時(shí)誤差較大,尤其是長(zhǎng)時(shí)間在高溫高濕環(huán)境中使用,誤差更大。
2.3 最小相對(duì)濕度的差值變化
最小相對(duì)濕度觀測(cè)值12個(gè)月均小于35%,一般出現(xiàn)在午后。從圖3可以看出,最小相對(duì)濕度對(duì)比差值與相對(duì)濕度觀測(cè)值位相相反,相關(guān)性為-0.64,最小相對(duì)濕度對(duì)比差值年平均為0.8%;最小相對(duì)濕度對(duì)比差值5—8月對(duì)比差值小于等于0,其他月份均大于0。
2.4 不同溫濕條件下比較
由于干濕球傳感器和濕敏電容傳感器測(cè)濕的特點(diǎn),本文主要關(guān)注低溫和高溫高濕情況下的對(duì)比情況。從表1可以看出,在T≤-10 ℃的條件下,相對(duì)濕度的對(duì)比差值在RH≤35%時(shí)為負(fù)值,為3.7%,說(shuō)明在低溫干濕的情況下,自動(dòng)觀測(cè)存在偏干的現(xiàn)象。由于這種情況樣本數(shù)量很少,只是一個(gè)初步的分析結(jié)果。隨著濕度的增大,其對(duì)比差值變?yōu)檎?,并且?duì)比差值隨著濕度的增大而增大,超過(guò)中國(guó)氣象局規(guī)定的2%。這是由于在-10 ℃以下,相對(duì)濕度的測(cè)量由干濕球傳感器換為毛發(fā)濕度表,而毛發(fā)濕度表的觀測(cè)誤差較大,從而使得偏差較大。
對(duì)于高溫的情況,不管相對(duì)濕度值的大小,2種觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)對(duì)比差值均為正值,而且隨著相對(duì)濕度的增大而增大。這主要是由于在高溫高濕時(shí)濕敏電容開(kāi)始出現(xiàn)非線(xiàn)性,而在相對(duì)濕度接近100%時(shí),出現(xiàn)明顯的失真,使得觀測(cè)誤差較大??傮w而言,在較高氣溫條件下,高濕情況的對(duì)比差值偏大一些。
3 結(jié)論與討論
相對(duì)于傳統(tǒng)的人工觀測(cè)來(lái)說(shuō),自動(dòng)觀測(cè)有一個(gè)偏濕的現(xiàn)象,年平均偏高3.1%,這說(shuō)明自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)2個(gè)系統(tǒng)之間存在一定程度的“系統(tǒng)偏差”。
2種觀測(cè)儀器所測(cè)的相對(duì)濕度分布有明顯的日變化規(guī)律,5:00—7:00對(duì)比差值最大,13:00最小,而且對(duì)比差值全天24 h均為正值。
自動(dòng)站與人工站各月相對(duì)濕度差值均為正值,平均差值為3.2%。7—8月和12月對(duì)比差值為年內(nèi)最大,4—5月最小。
月平均最小相對(duì)濕度均小于35%,其對(duì)比差值與月平均最小相對(duì)濕度觀測(cè)值位相相反。
在-10 ℃以下,只要相對(duì)濕度大于月平均最小相對(duì)濕度,其對(duì)比差值隨著濕度的增大而增大。
在較高氣溫條件下,高濕情況的對(duì)比差值偏大,而且自動(dòng)觀測(cè)偏濕現(xiàn)象更明顯。
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