自动与人工观测数据差异分析

观测时间产生的差异

地面气象测报规范要求人工观测在观测时次的45～60分钟之间完成气温、湿度、降水、风、气压、地温的观测,而自动站是在00～01分钟内按一定的顺序瞬间完成各项目观测的。人工观测靠观测员逐项进行,观测时间跨度较大；由于近地面气象要素随时间而变化,人工观测和自动观测时间上的不同步导致两种观测结果出现差异,而且这种差异随气象要素的时间变化速率和变化幅度大小而不同,一般而言,气象要素随时间的变率越大则自动站与人工观测数据间的差异越大。

时次差异

自动气象站安装在有人值守的气象台站使用时,它都是每小时存储观测记录一次,一天共24次；有特殊要求的自动气象站,如中小尺度监测站等,观测时次更多。由于观测时次的增加,就能获取更多有用的气象信息。在我国,采用的观测时制是北京时,由于我国幅员辽阔,不同的台站,不同的观测时次所观测到各类平均值存在着不能忽略的差异。以温度观测为例,4次观测、8次观测、24次观测所得到温度平均值是有差异的。部分台站4次观测与24次观测的同月的月平均温度可相差0.6 ℃；年平均温度可相差0.2 ℃。不言而喻,观测时次越多测量的资料越具有代表性,而自动气象站正好能做到这一点。

仪器原理差异

自动气象站中使用的气象传感器与人工观测用的仪器在原理上是不同的。自动气象站的传感器有较小的时间常数,可以观测到大气中比较小却有意义的波动使所得到的极值更具有代表性。自动气象站的传感器有较高的分辨率,更能满足用户的需求,而且这些传感器大多有较高的测量准确度。

气象要素出现差异的情况

气温在大气中的波动相对较大。而且太阳辐射造成的辐射误差也不能忽略。因此不能简单地、随意地将单个对比数据进行比较,而要看一个较完整的资料系列的对比结果。这是因为大气中气温的不确定性。相对湿度在人工观测中,气温在-10.0℃以上,使用百叶箱干湿表,测出来的相对湿度,出现偏大的系统误差。在-10.0℃以下,用毛发表测湿,误差很大。在自动气象站中,用湿敏电容全程测湿,其测量原理与人工观测差别很大。湿敏电容在相对湿度为80%以下时,线形度好,测湿性能较好。在低温下,湿敏电容的测湿性能明显地优于毛发表。但湿敏电容在相对湿度为80%以上时,开始出现非线性,使用时应予以校正。而在相对湿度接近100%时,出现明显失真,这种情况在高温、高湿下更为明显。虽然可以通过软件予以纠正,但它此时降湿速度明显下降。

观测环境和方式造成的差异

人工和自动站一般处于同一观测场,但两者在有些项目的观测环境还是存在差异的,这也必然造成观测数据存在差异。人工站冬季气压观测数据受到室内供暖情况的影响,气温表读数时受人体温度的影响,湿球纱布的清洁度对湿度计算也有影响,这些观测环境对人工观测的数据都有一定的影响。气压表和气压传感器的安装位置存在着较大的高度差,因此当自动站气压缺测用人工站代替时,必须进行高度差订正,重新计算海平面气压。