自动观测与人工观测差异的初步分析

利用2001—2005年我国700个地面自动气象站与人工平行观测期间的数据, 对自动与人工观测的气温、气压、相对湿度、地表温度、风速风向、降水量进行了差异分析, 统计了两种观测之间的对比差值、百分误差和风向相符率。 对各要素观测差异在全国的分布特点进行了分析, 并检验了气温自动观测对气温资料连续性的可能影响。 结果表明:自动观测与人工观测各气象要素均存在一定的差异, 但大部分地区各要素的差异都在自动站误差允许范围之内; 造成差异的原因是多方面的, 包括仪器本身存在缺陷及观测方法不一致等。各要素自动观测与人工观测差异在全国的分布特点各不相同, 同一要素在不同的气候背景条件下差异大小不一致; 如果要将人工观测数据与自动观测数据连续使用, 还要检验自动观测与人工观测序列是否有显著性差异, 并进行均一性订正。 自动站的使用对年气温序列有一定影响, 总体差异不显著, 但当自动观测与人工观测气温合并使用时, 应进行均一性检验。     

自动观测与人工观测地面温度的差异及其分析

使用我国在人工观测向自动观测转变时原基本 (准) 站的平行对比观测及2005年基准站平行观测的地面温度资料, 进行了自动站观测与人工观测地面温度资料在日、月、年不同时间尺度上的差异分析。用最大似然率检验方法检验地面温度月值的均一性, 对自动观测影响地面温度均一性的程度进行了初步研究。分析结果表明:全国自动观测地面温度日平均值比人工观测高0.54 ℃。地面温度、地面最高温度、地面最低温度年对比差值大于0.0 ℃以上的比例分别为80.3%, 58.2%, 92.2%, 绝大多数站自动观测地面温度的年平均值比人工观测值高。自动与人工观测地面温度日差值从北到南逐渐减少, 45°N以北的黑龙江及内蒙古北部、新疆大部地区是自动与人工观测地面温度日差值平均最大的地区。自动观测与人工观测地面温度的差异在日、月、年的时间尺度上均表现为冷时段比暖时段的差异大, 北方冬季差异最为明显。其主要原因是在北方冬季有积雪时, 自动观测的地面温度是雪下温度, 比原人工观测的雪上温度明显偏高, 如果无积雪影响, 两种仪器观测的差异并不明显, 差值来源于两种仪器和场地差异的共同结果。非均一性检验表明:在北方地区地面温度产生非均一性的主要原因是自动站观测的变化; 而在南方地区, 自动观测的改变对地面温度非均一性影响不大。北方有积雪时, 观测的地面温度不能表现真实的地面温度, 因此, 在使用时要特别注意。     

海口永庄气候平均差值的订正分析

根据海口、永庄两站2006年1~12月对比观测气象资料进行分析,得出海拔高度和周围环境不同是形成海口与永庄两地气候差异的主要原因。利用两地气候平均差值与有关气象要素存在很好相关关系,应用回归法建立气候平均差值的订正方程。经检验,方程回归效果较好,因此,可利用气候平均差值订正方程将永庄站的气象资料订正到搬迁前等长序列,并求取各气候要素的各个时段历史平均值。     

自动与人工观测气温差异偏大的原因及影响分析——以143个国家基准站为例

利用143个国家基准站2002—2010年自动与人工逐日平行观测资料进行对比分析,评估自动观测与人工观测气温的差异,着重分析两者存在的较大差异及其发生原因,并利用惩罚最大t检验（PMT）方法结合台站元数据中自动观测仪器变化信息,客观评价自动观测对气温序列均一性的影响。结果表明：(1) 51.29%、54.14%、67.18%的自动观测日平均、日最高、日最低气温大于人工观测值,差值在±0.2℃之间的百分率分别为78.8%、63.1%、60.9%,平均对比差值分别为0.05、0.09、0.15℃,标准差为0.14、0.22和0.15℃,各气温要素的差值、绝对差值和标准差随自动观测时间的增长并无明显的增大或减小的趋势,且空间分布各有不同;(2)通过对对比差值、绝对差值、标准差的分类比较、逐步筛选发现,少数台站自动与人工观测值差异较大,对于采集自同一传感器的不同气温要素,平均、最高、最低气温的差值表现也不尽一致。经PMT检验,在平均气温、最高气温和最低气温的绝对差值最大的20个站中分别有35%的台站的月平均气温序列、35%的台站的月平均最高气温序列和25%的台站的月平均最低气温序列由于自动观测仪器变化引起序列的非均一;(3) 分析认为：温度传感器检定更换而导致的仪器示值误差变化会造成自动与人工观测对比差值跳变,而温度传感器或数据采集器等电子元器件的零点漂移会导致自动观测气温严重偏离人工观测值,这两种因素会导致自动与人工观测气温差异偏大,也是自动观测仪器变化导致气温序列产生非均一断点的可能原因。建议加强自动观测数据的监测与质量控制,增加观测仪器检定示值误差订正,并采取硬件、软件补偿等方法,实现温度零点补偿,尽可能地减小或消除仪器误差,提高自动观测资料的准确性。     

互助站迁站前后气温序列均一性检验及订正

气象台站的迁移常导致气候序列的非均一性。本文对互助站迁站前后气温序列作均一性检验及订正。采用t检验和SNHT法,对互助站迁站前后的气温序列进行均一性检验,结果表明站址迁移对互助站温度序列均一性的影响非常显著。对差值法、一元线性回归、逐步多元线性回归以及确立订正方程式的参考站平行资料年限对互助站气温序列订正效果进行分析,结果表明用参考站15年平行观测资料建立的逐步多元线性回归订正效果较好。用逐步多元线性回归法对互助站迁站前的气温序列进行订正,经订正后互助站气候倾向率为0.31℃/10a,消除了序列的不均一现象。     

江苏省自动土壤水分观测与人工观测对比分析及应用

利用2010年江苏省20个土壤水分站的自动站与人工观测资料,分析了自动站与人工观测的对比差值、相关系数和各自的方差等.结果表明:人工观测值平均高于自动站观测值,两者在浅层的平均差值最小,相关性最好.随着土壤深度的加深,人工与自动观测对比差值增大,相关性减小,在出现强降水时尤为明显.在有效降水较少时,各层人工观测方差均明显大于自动站观测.自动站观测方差在浅层为最大,随深度的加深而明显降低,因为受降水影响很小,而表现比较稳定.人工观测却受降水影响相对较大,方差平均值在各层表现波动均较大,在较深层波动更明显.最后通过多元线性回归方法,以六合站为例初步建立了土壤干旱预报模型并检验其预报能力.     

陕西自动观测与人工观测相对湿度差异分析

利用陕西省97个地面自动气象站和人工站相对湿度观测数据,研究人工观测与自动观测相对湿度对比差值的大小,对比差值的日、月变化规律以及与所在气候区域的关系,同时研究影响对比差值大小的主要原因。结果表明：自动观测比人工观测的日平均相对湿度平均偏低2.28%,对比差值的标准差为3.07%,自动站与人工站对比差值地域差异不明显,但存在日、月际变化;观测时间不一致并不是造成自动站与人工站日、月平均值差异的主要原因,其大小主要与相对湿度大小有关。7.5%的自动站月平均相对湿度有与历史长序列月平均值相比有显著性差异。     

宁夏自动站与人工观测气温的差异对比分析

利用2003—2004年宁夏17个自动站和人工站的气温平行观测资料,进行了对比差值及其均方根、标准差、粗差率和一致率等方面的对比分析,并对自动站观测气温序列进行了显著性检验。结果表明:由于观测原理、时次、方式等方面的不同,造成了两种仪器的气温偏差有明显的日变化,季节性和地域性差异不明显,自动站观测气温与历史序列无显著性差异。虽然自动站有很多人工站无法比拟的优越性,但两者之间的偏差较大,特别是白天,偏差幅度超过±0.2℃,离正常业务使用有一定的距离,所以需要一定时间的平行观测,对其数据序列进行均一性分析和客观订正,使其在天气预报和气象服务工作中更好地发挥作用。     

中国地面相对湿度非均一性检验及订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred和PMFT方法,选取均一的邻近站为参考站,使用相关系数权重平均构建参考序列,结合元数据信息,对1951-2014年中国2400多个国家级地面站月平均相对湿度进行了非均一性检验与订正,并分析了造成相对湿度序列非均一的主要原因。结果表明,中国地面相对湿度资料存在较严重的非均一问题,68%的台站存在断点,人工观测转自动观测、迁站和时次变化是造成序列非均一的主要原因。整套资料负订正量所占比例较高,订正范围主要集中在-5%～0之间,这种负订正量与人工转自动观测后相对湿度观测值偏低有密切关系。这也使得订正后中国平均相对湿度趋势与订正前存在明显差异,订正前中国平均相对湿度呈下降趋势,订正后相对湿度没有趋势性变化。     

自动站与人工站气温观测资料分析

通过对河南省65个自动站在2年平行观测期间人工站与自动站气温（平均、最高、最低）观测资料的差值平均值、差值标准差进行综合分析,得出以下结论：自动站观测值比人工站观测值整体偏低,但差值集中在-0．4～0．4之间。所以自动观测代替人工观测后,对河南省气温长期观测资料的序列没有太大的影响。排除引起数据变化异常的主、客观原因后,自动站与人工站气温观测资料一致性良好。     

通辽气象站地面自动观测与人工观测气象数据差异分析

利用通辽国家基本站2011年逐日20时气温、湿度、气压资料,分析了自动观测与同期人工观测数据的差异及产生差值的可能原因。分析认为:仪器的测量原理、感应原件的不同、仪器本身的系统误差、观测的时空差异和人为主观因素以及环境因素、采样和算法的不同是造成自动观测与人工观测数据产生差值的主要原因。     

我国自动与人工蒸发量观测资料的对比分析

截止到2005年,全国共有130个台站进行蒸发量自动与人工业务观测。该文利用2005年平行观测月数据,对资料的差异和相关性以及比对系数和影响因子进行了讨论,结果表明:月蒸发量差值不满足正态分布,近80%的数据为自动观测值大于人工观测值;在人工观测值较小时,对应的自动与人工相对差值较大,随着人工观测值的增加,差值有减小趋势;自动与人工观测数据之间存在很好的线性相关关系,相关系数为0.98,通过了0.01的显著性检验;比对系数年平均值在1.0~1.2之间,两大高值中心分别位于广西都安和湖南南县;比对系数月平均值的变化近似于二次型拟合曲线,1月最大,6,7月最小;在定性讨论特征站比对系数影响因子的基础上,进一步查明了影响月比对系数的气象因子有月平均相对湿度和月平均风速。     

江苏省能见度的人工与自动观测差异分析

对江苏省2011年全年逐时能见度的自动、人工观测数据进行了统计分析,结果表明:二者具有相当一致的统计特征,全省总相关系数0.73,一致率95.03%;但亦存在一定差异,整体上人工较自动观测数据偏大数公里,偏大程度在17%~55%,且空间差异显著;对不同条件下能见度的对比分析显示,自动与人工观测在低能见度条件下最为接近,且二者差异存在着明显的日变化特征;对能见度自动与人工观测偏差长序列的初步分析,显示统计订正是可能的,但对于不同级别的能见度,自动观测相对与人工有不同的倾向。     

图里河国家基准气候站CAWS600-S型自动气象站观测数据资料均一性分析

利用历史数据对安装CAWS600-S型自动气象站后所获得的年平均气温、年平均气压、年平均风速、年平均地面温度进行均一性分析。主要运用要素逐年变化曲线、统计分析、对比数据分析等方法进行检验,结果未发现自动站年平均气温、气压、风速与历史记录存在显著性差异,可以与人工观测的历史数据进行合并应用。而自动站年平均地面温度与人工观测数据存在较大差异,在资料应用时应注意区别。     

南城自动站土壤水分资料的统计学订正分析

对2006—2009年南城站5—10cm、10—20cm、20—30cm、30—40cm和40—50cm等5个土层各90组样本的HYA-SF型土壤水分自动观测数据与同期人工观测数据进行了偏差与相关性分析,采用线性方程建立拟合模式,对自动土壤水分观测数据进行订正,并以相对误差±5%、±10%为指标对订正前后的数据合格情况进行了统计。结果表明,各土层自动土壤水分观测数据与人工观测数据虽然存在较大偏差,但二者具有一致的变化趋势,相关性好;分别利用5个土层同期对比观测数据建立的一元线性回归模型;拟合订正后的自动站各层数据偏差不同程度减小,数据合格率明显上升。     

内蒙古自动站与人工观测数据差异对比分析

利用2006年内蒙古自治区共36个自动站和人工站平行观测资料,对观测得到的气象要素进行了统计和评估。通过分析气温、气压、相对湿度、风等要素的对比差值及其标准差、对比差值的频次分布和空间分布等,探讨自动站与人工观测数据差异的可能原因。结果表明：内蒙古自动观测与人工观测各气象要素均存在一定的差异,对所有台站平均而言,其差异均在自动站差值允许范围之内。产生差异的原因：观测仪器结构与观测原理差异、观测时空差异、观测方式差异等,在将人工观测数据与自动观测数据连续使用时,需要根据当地情况进行适当订正,以确保资料的连续性。     

衡阳地区自动站与人工观测站气温对比分析

利用衡阳站、常宁站、南岳高山站2004—2006年自动与人工平行观测资料,运用相关分布、对比差值等分析方法,研究了自动站与人工站气温的差异性及变化特点。结果表明:自动气象站与人工站气温值的稳定性均很好,未出现大的系统性偏差。衡阳自动站以偏低为主,南岳高山和常宁自动站则以偏高为主。在气温较低的地区或时间段,自动站与人工站气温值相等出现几率更大。对比差值在逐时变化中表现出"单峰型"分布特征,最大值出现在11时,最小值出现在20时。影响对比差值大小变化的主要因素是气温的变化幅度,这种反应存在一定的滞后性,同时这种变化也是非对称性的,对比差上升增速要大于其下降的减速。衡阳站、南岳高山站气温对比差值,月平均误差范围小,达到《地面气象观测规范》要求。常宁自动气象站气温以偏高为主,温差变化大,特别在春、夏季部分月份表现更为明显。     

黔南州2019年人工与自动站日照数据对比分析

本文主要通过利用黔南州12市、县2019年自动站与人工的日照观测月整编数据从理论上分析黔南州自动站与人工日照观测数据之间的差异,结果表明：黔南州1-12月自动站观测的小时日照次数均高于人工观测到的次数;自动站观测的小时日照次数从1月起表现为明显、稳定的逐月上升趋势,并在在8月达到全年峰值;在观测小时日照时数时,人工与自动站的观测数值接近,误差小。总体来讲,光电式日照计比暗筒式日照计有着更好的感光能力,所以自动站的日照观测数据更为客观和准确,但二者之间的日照观测数值仍有着较强的相关性。