自动气候站与新型自动气象站数据对比分析

文/吴道航 刘杰锋 蔡成满

随着传感器技术和通信技术的发展，气象观测仪器设备更新换代，为实现气象观测自动化提供了可能。自2004年地面气象自动站在基层台站广泛使用以来，地面气象观测发生巨大的变化，人工观测逐步被自动观测所取代。在先进装备制造和先进信息技术日新月异的时代背景下，综合气象观测科技领域正孕育革命性突破。

世界气象组织（WMO）开始实施综合观测系统（WIGOS），为全球气象领域的观测需求提供服务。我国现有的国家基准气候站，能够覆盖我国大部分气候区，但是西部及气候复杂地区存在大量监测空白区。由于该区域人烟稀少、环境恶劣，需要开展无人自动气候站建设。而采集到的数据的准确性和可用性就尤其重要，现将在中山国家基本气象站作试点的自动气候站与本地新型自动气象站数据做对比分析。

1 基本资料及其分析方法

所用资料取自2017年1-4月中山自动气候站和新型自动气象站平等观测期间的地面气象观测资料，观测数据为正点时刻观测值。自动气候站数据取自以下4个厂家，分别是华云升达（北京）气象科技有限责任公司、江苏省无线电科学研究所有限公司、中环天仪（天津）气象仪器有限公司、上海长望气象科技股份有限公司，以下分别用华云升达、江苏省无线电、中环天仪、上海长望表示。新型自动气象站数据取自中山国家基本气象站，以下用新型站表示。

见表1，按照以下公式计算并分析自动气候站和新型自动气象站差值量值。

（1）缺测率：缺测次数/总次数。

（2）差值：xi=Ui-Ai（自动气候站数据为Ui，新型自动新型站数据为Ai）。

（4）差值标准差：

计算粗差次数方法：首先根据全部数据计算σ，逐个检查对比差值，若有时，剔除其中一个最大值，再按标准差的公式计算新的σ，若还有差值者，再剔除其中的一个最大者，又计算新的σ，……，一直到没有数据需要剔除为止。粗差率越小，数据一致性越好。

2 各气象要素差值分析

2.1 气温

由表2所示，自动气候站各厂家的缺测率分别为华云升达1.7%，完整性一般；江苏省无线电0.8%，完整性较差；中环天仪0%，序列完整；上海长望0.8%，完整性一般；新型站0%，序列完整。自动气候站的气温差值中华云升达粗差次数为4次，粗差率为3.39%；江苏省无线电粗差次数为6次，粗差率为5.04%；中环天仪粗差次数为8次，粗差率为6.67%；上海长望粗差次数为5次，粗差率为4.20%。自动气候站各厂家与新型自动气象站的日平均最高气温和日平均最低气温的差值均在0.2℃内，自动气候站各厂家与新型自动气象站的日平均气温的相关系数均为1.0，相关性很好。

2.2 气压

由表3所示，自动气候站各厂家的缺测率分别为华云升达0.8%，完整性一般；江苏省无线电15%，完整性一般；中环天仪0%，序列完整；上海长望0.8%，完整性一般；新型站0%，序列完整。自动气候站的气温差值中华云升达粗差次数为2次，粗差率为1.68%；江苏省无线电粗差次数为9次，粗差率为8.82%；中环天仪粗差次数为5次，粗差率为4.20%；上海长望粗差次数为5次，粗差率为4.17%。自动气候站华云升达、中环天仪、上海长望与新型自动气象站的日平均最高气温的差值均在0.1hPa内，江苏省无线电与新型自动气象站的日平均最高气温的差值为-1.4hPa；日平均最低气温的差值均在-0.1hPa内，自动气候站各厂家与新型自动气象站的日平均气压的相关系数均为0.999，相关性很好。

2.3 风

由图1和图2所示，自动气候站与新型自动气象站的风向在SE方位和静风的风频相差比较大。SE方位的风频分别为：江苏省无线电2.73%、中环天仪3.98%、华云升达3.59%、上海长望2.54%、新型站13.00%；静风的风频分别为：江苏省无线电17.19%、中环天仪11.95%、华云升达9.51%、上海长望12.26%、新型站3.25%。

3 结论

（1）自动气候站与新型自动站气温和气压的相关性较好，气温相关系数为1.0，气压相关系数为0.99，均通过0.01的显著性检查，日平均最高和日平均最低差值不大。

（2）自动气候站各厂家风向频率一致性较高，自动气候站与新型自动站风向频率在SE和SSE方位有较大差异，原因可能是自动气候站的风传感器离地1.5米，而新型自动站风传感器离地10米，在这两个方位的障碍物不一样导致。静风频率的不一致，则可能是各厂家风传感器的起动速度不一致引起。

表1

表2：自动气候站与新型自动气象站气温对比分析

表3：自动气候站与新型自动气象站气压对比分析

图2：自动气候站和新型自动气象站风频玫瑰图

（3）由于对比分析的资料时间序列不够长，分析结果有一定的局限性。