吳有恒 張杰 田孟勤 陳應(yīng)河

摘要：時(shí)微型氣象站和自動(dòng)站2018年10月至2019年6月共計(jì)9個(gè)月的對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①微型氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)穩(wěn)定;②微型氣象站觀測(cè)的氣溫?cái)?shù)據(jù)與自動(dòng)站數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，觀測(cè)數(shù)據(jù)符合“三性”要求;③氣溫較低時(shí)，微型氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)更接近于自動(dòng)站數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：微型氣象站;氣溫;對(duì)比觀測(cè)

中圖分類號(hào)：P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）22-0043-02

1 引言

2008年2月，中國氣象局委托監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司組織地面處、大探中心、行業(yè)內(nèi)專家和相關(guān)廠家進(jìn)行新型自動(dòng)站研制的技術(shù)研討，提出了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集約化的設(shè)計(jì)思路，對(duì)新型自動(dòng)站的設(shè)計(jì)進(jìn)行了統(tǒng)一要求，并于2012年完成新型氣象站的設(shè)計(jì)定型，開始業(yè)務(wù)推廣。現(xiàn)階段各地面氣象觀測(cè)臺(tái)站主要使用的新型自動(dòng)站型號(hào)主要有上海長望氣象科技股份有限公司生產(chǎn)的DZZ3型自動(dòng)氣象站，江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司生產(chǎn)的DZZ4型自動(dòng)氣象站，華云升達(dá)（北京）氣象科技有限公司生產(chǎn)的DZZ5型自動(dòng)氣象站，中環(huán)天儀（天津）氣象儀器有限公司生產(chǎn)的DZZ6型自動(dòng)氣象站和廣東省氣象計(jì)算機(jī)應(yīng)用開發(fā)研究所生產(chǎn)的DZZ1-2型自動(dòng)氣象站[1，2]。

隨后，為了擴(kuò)大地面氣象觀測(cè)的范圍，提高氣象觀測(cè)的自動(dòng)化程度，中國氣象局在全國開始區(qū)域自動(dòng)氣象站部署工作。貴陽市氣象局在現(xiàn)行業(yè)務(wù)部署中，以ZQZ型區(qū)域自動(dòng)氣象站為主，但該設(shè)備在實(shí)際業(yè)務(wù)運(yùn)行中存在設(shè)備價(jià)格昂貴、數(shù)據(jù)信號(hào)丟失、維護(hù)維修成本較高等問題。微型氣象站《OITS-03）是一種能夠測(cè)量多氣象參數(shù)一體化氣象站，能夠同時(shí)測(cè)量氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、雨量等多種氣象要素，因采用了新技術(shù)和新工藝，該微型氣象站具有成本低、維護(hù)方便，數(shù)據(jù)型號(hào)可靠等優(yōu)點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高觀測(cè)資料的穩(wěn)定性，降低自動(dòng)站設(shè)備建設(shè)和維護(hù)維修成本，故對(duì)微型氣象站（OITS-03）進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，討論將其運(yùn)用到實(shí)際業(yè)務(wù)中的可能性。

2 對(duì)比觀測(cè)設(shè)計(jì)

2.1 觀測(cè)場(chǎng)地和時(shí)間

選取貴陽國家基準(zhǔn)氣候觀測(cè)站進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，該站位于貴陽市東山頂，北緯26°35′，東經(jīng)106°44′，海拔1223.8m，觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)主站為DZZ4型自動(dòng)氣象站，百葉箱內(nèi)氣溫傳感器距地面1.5m。將微型氣象站（OITS-03）布置在圍欄外東側(cè)，防輻射罩內(nèi)氣溫傳感器高度離地1.6m。兩套設(shè)備的下墊面特征基本一致，且均符合《氣象儀器和觀測(cè)方法指南》[3]，因此氣溫觀測(cè)資料具有可比性。

對(duì)比觀測(cè)時(shí)間為2018年10月至2019年6月，共計(jì)9個(gè)月。

2.2 分析方法

觀測(cè)差值：選取北京時(shí)20時(shí)為日界[4]，將微型氣象站觀測(cè)資料減去對(duì)應(yīng)時(shí)次的自動(dòng)氣象站觀測(cè)資料后去的值定義為觀測(cè)差值，可直觀反映出對(duì)比值偏大或偏小情況。

觀測(cè)曲線的相關(guān)程度：用Pearson相關(guān)系數(shù)（Pear-son Correlation Coefficient）來衡量自動(dòng)站數(shù)據(jù)和微型氣象站數(shù)據(jù)的線性相關(guān)程度。

3 對(duì)比觀測(cè)分析

3.1 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性分析

微型氣象站（OITS-03）從2018年10月開始進(jìn)行觀測(cè)，每分鐘傳回一組氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)2018年10月至2019年6月間傳回的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將每月的分鐘總數(shù)作為分母，將每月的分鐘總數(shù)減去微型氣象站每月傳回的數(shù)據(jù)組數(shù)作為分子來計(jì)算觀測(cè)數(shù)據(jù)的缺測(cè)率，以此對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

9個(gè)月以來氣溫觀測(cè)分鐘數(shù)據(jù)的總?cè)睖y(cè)率為1.24%，其中整點(diǎn)分鐘數(shù)據(jù)缺測(cè)率為0.23%，對(duì)每個(gè)月的分鐘數(shù)據(jù)缺測(cè)率進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺測(cè)率最高為2018年11月，最低為2019年2月，其中分鐘數(shù)據(jù)缺測(cè)率低于2%的共有7個(gè)月，說明觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)穩(wěn)定，設(shè)備可靠性高。

3.2 逐時(shí)氣溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)自動(dòng)站小時(shí)數(shù)據(jù)和微型氣象站小時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行差值計(jì)算，當(dāng)差值在±0.3℃以內(nèi)，則表示微型氣象站數(shù)據(jù)與自動(dòng)站數(shù)據(jù)相差不大。

將2018年10月至2019年6月兩套設(shè)備觀測(cè)數(shù)據(jù)的差值和當(dāng)月測(cè)站的月均溫同時(shí)顯示在圖1上，可以得出：2018年10月至2019年6月差值在±0.3℃以內(nèi)的數(shù)據(jù)占比依次為66.4%、75.8%、80.1%、84.4%、75.9%、74.4%、64.6%、63.7%和56.3%，正好與月均溫?cái)?shù)據(jù)的變化趨勢(shì)成反比，說明當(dāng)月均溫降低時(shí)，數(shù)據(jù)的可用性在增加，而隨后季節(jié)變化，月均溫逐漸升高后，數(shù)據(jù)的可用性在降低。

對(duì)2018年10月至2019年6月自動(dòng)站和微型氣象站的日均溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，分析結(jié)果如圖3所示，可以看出：微型氣象站的日均溫月變化趨勢(shì)與自動(dòng)站的日均溫月變化趨勢(shì)基本一致，對(duì)9個(gè)月內(nèi)每一次降溫和升溫過程都能夠有明確的反饋，每月內(nèi)自動(dòng)站和微型氣象站的日均溫的最高值和最低至均出現(xiàn)在同一天，兩條變化曲線的Pearson相關(guān)系數(shù)均達(dá)99.9%。

為了進(jìn)一步對(duì)小時(shí)數(shù)據(jù)可用性進(jìn)行分析，并驗(yàn)證氣溫對(duì)數(shù)據(jù)可用性的影響，將每天21時(shí)至次日20時(shí)共計(jì)24個(gè)時(shí)次的自動(dòng)站數(shù)據(jù)和微型氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行Pear-son相關(guān)分析，如圖2所示，可以看出：自動(dòng)站和微型氣象站24個(gè)時(shí)次數(shù)據(jù)的Pearson相關(guān)系數(shù)均達(dá)到99.7%以上，說明兩者之間的擬合效果很好;Pearson相關(guān)系數(shù)的變化趨勢(shì)也正好與一天中氣溫分變化趨勢(shì)成反比，當(dāng)夜間氣溫較低時(shí)，Pearson相關(guān)系數(shù)接近于100%，而在日出后氣溫逐漸升高Pearson相關(guān)系數(shù)也逐漸降低。

3.3 日均混數(shù)據(jù)對(duì)比

3.4 日極值數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)2018年10月至2019年6月自動(dòng)站和微型氣象站的日最高氣溫和日最低氣溫進(jìn)行擬合分析，如圖3所示：兩套觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)基本一致，曲線的Pearson相關(guān)系數(shù)均達(dá)99.5%以上，其中對(duì)日最低氣溫的擬合效果要優(yōu)于日最高氣溫的擬合效果。

4 結(jié)論與討論

通過對(duì)微型氣象站（OITS-03）9個(gè)月的對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)論。

（1）微型氣象站（OITS-03）觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)穩(wěn)定，設(shè)備可靠性高。

（2）微型氣象站（OITS-03）觀測(cè)的氣溫?cái)?shù)據(jù)與自動(dòng)站數(shù)據(jù)變化規(guī)律基本一致，觀測(cè)數(shù)據(jù)符合“三性”要求。

（3）氣溫對(duì)微型氣象站（OITS-03）觀測(cè)有影響，氣溫較低時(shí)，微型氣象站（OITS-03）觀測(cè)數(shù)據(jù)更接近于自動(dòng)站數(shù)據(jù)。

因?qū)Ρ扔^測(cè)實(shí)驗(yàn)開始的時(shí)間較晚，進(jìn)行對(duì)比分析的觀測(cè)資料較少，希望在今后獲取時(shí)間序列更加完整的數(shù)據(jù)后，進(jìn)一步對(duì)其分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國氣象局氣象探測(cè)中心.新型自動(dòng)氣象站使用手冊(cè)[M].北京：氣象出版社，2016.

[2]中國氣象局氣象探測(cè)中心.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京：氣象出版社，2003.

[3]中國氣象局氣象探測(cè)中心.氣象儀器和觀測(cè)方法指南[M].北京：氣象出版社，2016.

[4]中國氣象局氣象探測(cè)中心.地面氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定使用手冊(cè)[M].北京：氣象出版社，2012.

[5]張立軍.地面氣象觀測(cè)管理工作存在的問題與對(duì)策[J].綠色科技，2018（18）：32～33.

[6]汪軍，饒傳新，王華，等.CAN總線在新型自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用與故障分析[J].綠色科技，2019（16）：242～243，247.

收稿日期：2019-10-17

作者簡介：吳有恒（1983-），男，苗族，工程師，研究方向?yàn)榫C合氣象觀測(cè)。