自动站与人工观测数据差异的探讨

摘要:自动站和人工观测是收集气象要素的两个主要依据。由于仪器原理、观测时空、采样方法和样本数量、观测时间等因素的差异，这两种观测技术获得的气象数据存在诸多差异。本文从两种观测方法的差异入手，对南雄站的观测数据进行整理和比较，寻求提高观测数据准确性和科学性的有效途径。

关键词:自动站手动站？观察数据？区别？南雄国家基准气候站

自动观测站运行前，地面大气探测站应当进行两年的气象要素对比观测。截至目前，南雄国家参考气候站仍保留两套大气探测仪器设备，即自动站观测仪器设备和人工观测仪器设备。一天24小时，人工站和自动站都需要定期观测气象要素值，并将人工站和自动站的观测数据进行对比。一般认为差异在合理范围内是正常的，否则就是疑似错误记录。

一、自动站和人工观测因素的区别

1，仪器原理不同

自动气象站使用的气象传感器原则上不同于人工观测使用的仪器。这些传感器的时间常数更小，可以观测到大气中更小的有意义的波动，使得得到的极值更有代表性，比如温度极值、湿度极值、风速极值等等。这些传感器分辨率高，人工观测的风向只有16个方向，而自动站观测的风向是36个方向。这些传感器具有较高的测量精度，如温度传感器(尤其是地温传感器)、风传感器、低温下的湿度传感器等。

自动气象站可以避免人工观测中的主观误差和人为误差。在人工观测中，观测者往往存在习惯性误差，读数时可能偶尔出现较大的读数误差，测量温度时人体对温度的影响。2分钟风的平均值受人的主观判断影响。人工观测深层地温时，由于环境变化引起的误差，读数取自地面，自动观测不存在这些问题。这些都比人工观察要好，两者有本质区别。

但自动气象观测也存在一些不足，特别是在特殊天气条件下，如高温高湿下的湿度测量、暴雨以上的雨量测量、积雪下的极端地温测量等，与人工观测和真值有较大差异。

2.时空差异

地面气象观测是在近地面层进行的，但是在近地面层，在时间和空间上都有很大的波动，也就是说有很大的梯度变化。

准点报《地面气象观测标准》要求，人工观测应在45-60分钟观测云、能见度、空气温湿度、降水、风力、气压、地温；在准时后的40分钟和10分钟之间可以观察到蒸发。因为人工观测是由观测人员逐项进行的，时间跨度长。

一般情况下，从人工观测正点算起的时间约为:温湿度差约8分钟，风向风速差5分钟；气压差为2分钟；地面温度差至少为10分钟。在上述时间差内，气象要素的数值会有不同程度的变化。从观测中发现，夏季气温升高时，观测时间相差8分钟，可造成0.2-0.3℃的差异。地面温度为0cm时，人工观测时站天顶无云，但观测结束后，正点前有云移至天顶，遮挡了太阳光。此时，观测数据可能会有几度的差异。在人工站观测降水时，会有降雨损失等等。按照温度、湿度、降水、风向、风速、气压、地温、日照、蒸发的顺序，几乎瞬间完成自动气象观测。

可见，由于两个观测系统观测时间不同步，观测结果必然不同。

在空间方面，虽然自动气象中传感器的安装要求与人工观测基本相同，但安装地点和位置略有不同。对于与安装位置密切相关的元素，如地面温度，位置的差异可能会导致测量值的显著差异。

3.样本差异

人工观测是点读，即观测者在观测时只读一次仪器的指示。而自动站观测则不同，每个观测值都是多个样本值的平均值。样本数不同，测量结果必然不同。

4.时差

自动气象观测数据每小时存储一次观测记录，每天24次，而普通气象站每天进行3次人工观测，并辅以02: 00的自记记录，每天观测***4次，因此自动站观测数据密度大于人工站。

二、差异分析

1，气压

从表2可以看出，人工站和自动站的观测数据相差只有0.1hpa，相当接近。我们知道，气压与海拔高度、大气温度和大气密度有关。一般随着海拔的升高，气压降低。因此，在同样的气候环境下，室外自动站的测量值与人工站的测量值略有偏差是不可避免的，只要在省局规定的≤0.8hpa以内，就可以视为正确值。

2.温度

在大气中，温度的波动比较大，太阳辐射引起的辐射误差不容忽视。从表1来看，虽然两者的观测数据比较接近，但不能简单随机地比较单一的比较数据，还是看一个比较完整的数据序列的比较结果比较好。所以最好是以月为单位对比数据。

3.相对湿度

在自动气象观测中，湿度是由湿敏电容全程测量的，其测量原理与人工观测数据有很大不同。

当相对湿度低于80%时，湿敏电容具有良好的线性度和湿度测量性能。从表2可以看出，对比度差异很小。从表2可以看出，高温高湿相对湿度在80%以上时，对比度差为0.5。省局的相关规定并没有给出具体的差额范围，所以在日常工作中一定要分段考虑。

4.风向和风速

人工观测用的电风速计与自动气象站用的风传感器在原理、分辨率和精度上有很大不同，而且由于大气中风速的不确定性，观测时间不同步。年风向风速资料表明，静风(C)和ENE、E、W风在人工观测和自动站观测中出现的频率最高。一般在风速较小时，自动站风速与人工观测的比较误差较大。原因是自动站采用低惯性、轻金属的风传感器，其启动风速仅为0.3 m/s，具有惯性小、启动快、传感灵敏的特点。而人工站风传感器的启动风速是1.5 m/s。

5.降雨

在人工观测中，一般认为雨量计测得的结果是可靠的，其实不然。下雨时，人工观测过程中存在雨量损失，这是分析自动观测和测雨误差时应注意的问题。再加上观测时间的差异，对比误差很大。

从表3可以看出，4%的对比度差异在省局给出的差异范围内。但从表3可以看出，5438年6月+2月的降水量差值达到了6%，远远超过了省局给出的'差值范围(3%)。在一次过程和相关文献的最大差值中，强降水过程的差值甚至可以达到10%。所以，当降水量的对比度差异较大时，不能机械地把这个数值判断为存疑记录，而要看降水量的大小。这里必须指出，两者对比时，最好选择沉淀工艺。

6.地面温度

地热测量的复杂性太阳辐射加热下垫面后，土壤温度迅速上升。由于土壤的理化性质不同，即比热不同，同样的热量，温度增值也不同。根据有关机构的实验，土壤中的水平温度场分布不均匀，垂直温度梯度很大，特别是在夏季晴天。此外，在土壤中，辐射传热较弱；对流传热几乎不存在；土壤不是热的良导体，导热慢。这使得土壤中温度的水平不均匀性和垂直梯度难以达到应有的平衡。此外，地表温度测量受太阳强辐射的影响，很难获得有代表性的测量值，也很难判断地热测量中哪种仪器更可靠。

从表5可以看出，0~20cm的对比度差在逐渐减小，在省局给出的允许值范围内。

7.蒸发

手动和自动蒸发测量在同一个大型蒸发装置中进行。从表2中可以看出，自动站的蒸发量远大于人工站，且蒸发量存在明显差异。自动站蒸发量大主要受降水、湿度、风、日照、温度和仪器精度的影响。

随机选取了2006年7月15日和6月16日的部分降水天气记录时段进行分析。7月15日和6月16日的24次平均气温为26.0℃，日照时数为0.0 h。这两天的每小时降水量、每小时蒸发量、每小时湿度和每小时风速数据列于表3。

三。结论

根据理论分析，人工站和自动站观测到的气象要素数据不可避免地会存在差异。通过对比南雄国家基准站人工站和自动站的观测数据，省局相关规定给出的差分间隔在一般天气条件下可以适用，但在特殊天气条件下明显小于实际情况，在今后的工作中应引起注意。

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