新舊型自動氣象站氣象數(shù)據(jù)一致性分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——新舊型自動氣象站氣象數(shù)據(jù)一致性分析總結(jié)2種觀測方式對采集降水量的影響規(guī)律[6-7]。

1.1一致率Cr一致率Cr指兩套儀器數(shù)據(jù)一致性程度。按公式Cr=m/n×100%計(jì)算，式中，m為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)對比差值絕對值小于2倍標(biāo)準(zhǔn)差的樣本數(shù)，n為樣本總數(shù)。

1.2粗差率Gr

粗差率Gr表示兩套儀器異常差值的多寡程度，設(shè)第i次觀測值的對比差值為xi，對比差值平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為x和σ，若∣xi-x∣>3σ時(shí)，則視為粗差。首先根據(jù)全部數(shù)據(jù)計(jì)算σ，然后逐個計(jì)算xi與x的差值，若有∣xi-x∣>3σ時(shí)，剔除其中一個最大者，再重新計(jì)算σ，若還有∣xi-x∣>3σ者，再剔除其中的一個最大者，又重新計(jì)算σ，如此重復(fù)，一直到?jīng)]有數(shù)據(jù)需要剔除為止，此時(shí)剔除的樣本個數(shù)即為粗差次數(shù)。按公式Gr=gr/n×100%計(jì)算，式中，gr為粗差次數(shù)。

1.3新舊型自動氣象站數(shù)據(jù)資料極值比較

假使△T表示每日新型自動站與舊型自動站的觀測數(shù)據(jù)之差，按公式△T=Y-Z計(jì)算，式中，Y代表新型自動站數(shù)據(jù)，Z代表舊型自動站數(shù)據(jù)?！鱐為正差值是指新型自動站觀測數(shù)據(jù)大于舊型自動站數(shù)據(jù)，△T為負(fù)值是指新型自動站觀測數(shù)據(jù)小于舊型自動站數(shù)據(jù)。

月平均差值是全月每日差值的和除以當(dāng)月天數(shù)，按公式△T月平均=（△T1+△T2+…+△Tn）/n計(jì)算，式中，n代表天數(shù)。月平均的絕對值用{∣△T月平均∣}表示。

2結(jié)果與分析

2.1新舊型自動氣象站氣溫?cái)?shù)據(jù)比較分析

2.1.1氣溫一致率Cr和粗差率Gr分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，曹縣氣象站兩套觀測系統(tǒng)正點(diǎn)氣溫?cái)?shù)據(jù)一致率Cr為99.2%，日最高氣溫柔最低氣溫?cái)?shù)據(jù)一致率Cr分別為99.6%和98.0%；定陶氣象站兩套觀測系統(tǒng)正點(diǎn)氣溫?cái)?shù)據(jù)一致率Cr為98.6%，日最高氣溫柔最低氣溫?cái)?shù)據(jù)一致率Cr分別為99.8%和99.3%。曹縣和定陶氣象站兩套觀測系統(tǒng)正點(diǎn)氣溫?cái)?shù)據(jù)的粗差率Gr分別為0.4%和1.6%，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的3%[8-9]，說明兩套系統(tǒng)測溫儀器出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的概率比較小。

2.1.2最高氣溫差值分析。以曹縣氣象站為例，全年各日最高氣溫的正差值最大為0.3℃，差值范圍在0～0.3℃；最高氣溫的負(fù)差值最大為-0.4℃，差值范圍在-0.1～-0.4℃，差值振幅為-0.4～0.3℃，其中差值振幅在±0.1℃以內(nèi)的為98.6%；差值月平均的絕對值為0～0.3℃（表1）。

2.1.3最低氣溫差值分析。

以曹縣氣象站為例，全年各日最低氣溫正差值最大為0.2℃，差值范圍在0～0.2℃；最低氣溫的負(fù)差值最大為-0.3℃，差值范圍在-0.1～-0.3℃，差值振幅為-0.3～0.2℃，其中差值振幅在±0.1℃以內(nèi)的為98.9%；差值月平均的絕對值為0～0.1℃（表2）。

2.1.4氣溫差值正負(fù)次數(shù)分析。

通過2023年全年氣溫正負(fù)差值次數(shù)統(tǒng)計(jì)分析（表3）可以看出，最高氣溫柔最低氣溫正差值次數(shù)占40.0%、負(fù)差值次數(shù)占60.0%，最高氣溫、最低溫度出現(xiàn)負(fù)差值次數(shù)大于正差值次數(shù)，說明新型自動站的溫度一般低于舊型自動站，新型自動站傳感器對氣溫變化反應(yīng)得快，而舊型自動站反應(yīng)得慢一些。從2023年逐日最氣溫資料差值分析發(fā)現(xiàn)，在有降水和全天陰天無日照的天氣條件下，差值十分小，最大差值為-0.1～0.1℃；相反，在晴熱高溫的天氣條件下，差值相對較大。

2.2新舊型自動站相對濕度數(shù)據(jù)比較分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，曹縣氣象站兩套觀測系統(tǒng)正點(diǎn)相對濕度數(shù)據(jù)一致率Cr為99.7%，日最小相對濕度數(shù)據(jù)一致率Cr為99.3%；定陶氣象站兩套觀測系統(tǒng)正點(diǎn)相對濕度一致率Cr為99.5%，日最小相對濕度數(shù)據(jù)一致率Cr為99.4%。曹縣和定陶氣象站兩套觀測系統(tǒng)正點(diǎn)相對濕度數(shù)據(jù)的粗差率Gr分別為0.3%和0.5%，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的3%，說明兩套系統(tǒng)測濕儀器出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常的概率比較小。

以曹縣氣象站為例，全年各日最小相對濕度基本為正差值，正差值最大為3%，差值范圍在1%～3%（表4），這是由濕度傳感器靈敏度造成。

2.3稱重式雨量計(jì)與人工觀測數(shù)據(jù)誤差比較

從表5可以看出，在使用稱重式降水傳感器的期間，降水量≥10mm的降水日數(shù)共有3d，其中差值百分率>4%的有1d，平均差值百分率為3.15%。差值百分率均為正值，即人工降水量大于自動降水量；從表6可以看出，0.1mm≤降水量<10mm的降水日數(shù)共26d，其中差值為正的3d，差值為負(fù)的13d，差值為0的10d，平均差值-0.3mm，也就是說，降水量低于10mm時(shí)，人工降水量大部分是小于自動降水量的，或兩者相等，且差值均不大。

3結(jié)論

（1）新舊型自動氣象站氣溫、相對濕度一致性較好，且新型自動氣象站對氣溫變化的反應(yīng)速度快于舊站[10]。相對濕度數(shù)據(jù)誤差多來源于儀器自身靈敏度不同，不具備系統(tǒng)特征。

（2）稱重式測量在0.1mm≤降水量<10mm時(shí)，降水量多大于人工式測量；在降水量≥10mm時(shí)，降水量多小于人工式測量，差值百分率基本在4%以下，雖然其與人工式測量存在差異，但差值較小，均符合自動站降水質(zhì)量評估參考標(biāo)準(zhǔn)。稱重式降水傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和觀測方式使其測量的降水量精度較高，它的業(yè)務(wù)化的使用，使臺站對固態(tài)降水的連續(xù)觀測戰(zhàn)勝了多年來冬