论文部分内容阅读
摘 要：自动气象站运行几年来，地面温度自动观测数据相对于人工观测数据明显偏高，特别是在晴朗、温度较高的时期差异更明显，其中地面日最高温度的差值更明显。通过简单的实验，将自动站地面温度传感器和人工观测地温表、对比观测地温表做一年时间的对比观测，采集到完整数据，分析地面温度自动观测数据与人工观测数据产生差异的主要原因是土壤与空气的导热系数不同、两种仪器的安装与原理不同、太阳直接照射的原因、仪器设备维护的原因等，并提出改进意见。
关键词：地面温度;自动观测数据;人工观测数据;差异分析;改进建议
地面温度指的是地表面土壤的温度，是气象观测项目之一，更是十分有用的气候资源。通过几年时间的地面温度自动观测数据与人工观测数据的对比观测，发现人工观测的地面温度数据偏低于自动观测的数据，特别是在气温特别高、天气晴朗的夏天，差异更加明显。在冬季、夜间以及阴雨天气的时候，这种差异就不明显，自动观测的数据和人工观测的数据基本很接近。
通过两种观测仪器的对比观测，可以很明确的得到结论，假设在没有外界干扰的情况下，自动观测地面温度和人工观测地面温度采集到的数据，应该是基本一样的。比如将铂电阻金属探头放在百叶箱内，测的温度就和玻璃制温度表基本一致。
通过一个简单的实验，取一支玻璃制地面温度表，平行放在地面最高温度表的南边，中间间隔5cm，这支地温表直接放在土壤表面，没有将下半部与土壤紧密接触。记录下每天8次正点（02时、05时、08时、11时、14时、17时、20时、23时）时次的地面温度自动观测数据、人工观测数据、实验用地温表人工观测数据，以便于这些数据进行对比分析，为提出的观点提供数据依据。进过一年的连续记录，挑选出1月份、4月份、7月份、10月份4个气温和天气现象有代表性的月份来具体分析，通过这4个月的数据记录，再加上当时天气现象、云、降水等其他气象要素的综合影响，可以发现以下结论：（1）不管在什么时候，实验用地温表人工观测数据都要偏小于地面温度自动观测数据和人工观测数据;（2）在阴、雨天气，实验用地温表人工观测数据与地面温度自动观测数据和人工观测数据的偏小数值就小，在气温较高和较低的气温条件下，实验用地温表人工观测数据与地面温度自动观测数据和人工观测数据的偏小数值就大，特别是在温度高、阳光照射强烈的夏天，这种差异就越明显;（3）同样的天气和气候条件下，夜间观测得到的数据差异要比白天观测得到的数据差异小。
通过以上的实验采集到的数据，分析认为：地面温度自动观测数据与人工观测数据产生差异的主要原因是土壤与空气的导热系数不同。空气的导热系数要低于土壤的导热系数，所以一般情况下，土壤的温度要高于空气温度。由于地温探头和地温表都有一半埋在土里，地面温度的测量实际是由当时的空气温度和土壤温度共同决定的，所以测量地点的土壤平整程度直接关系到测量值。台站每个月会根据实际情况的需要，进行数次地温场松土，但是由于自动站仪器不能移动，观测人员也会担心影响数据采集而不能长时间接触温度传感器探头，而人工观测仪器可以放到一边再进行松土，这就很容易造成松土的质量不一样，进而使两种仪器采集到的数据形成一定的误差。这里也涉及到另外一个原因，两种观测仪器的安装不同，自动观测仪器是固定不动的，人工观测仪器，特别是地面最高温度表，每天读数以后必须进行调整。在阴雨天气时，地面最高温度表和土壤接触性比较好，所以不会形成误差，很多时候两种仪器观测到的数据很相近;在天气晴朗时，地面最高温度表拿起来调整，地面就形成一个小坑，再把地面最高温度表放回去的时候，接触就不是那么好，在接触面就会形成缝隙，这种情况下就会造成很大的误差，使人工仪器采集到的最高地面温度明显低于自动观测仪器采集到的数据，所以要求我们观测员要及时对地温场进行松土整理。
经过一年的观测实验，得出以下结论：
1、同样的天气和气候条件下，夜间观测得到的数据差异要比白天观测得到的数据差异小;
2、阴、雨天气下观测得到的数据差异要比晴朗天气下观测得到的数据差异小。这个可以理解，夜间和阴、雨天气时，温度较低，所以相对来说产生的误差就小。
3、较大的差值，总出现在温度高、阳光照射强烈的天气。阳光的直接照射，也會对仪器产生一定的影响。总所周知，在太阳的直接照射下，金属上升的温度就比空气、水等要高，通过空气温度的对比观测，铂电阻金属传感器和水银温度表在百叶箱内采集到的数据，基本是完全一样的。如果在阳光的直接照射下，仪器本身会因为升温不同而产生误差，导致铂电阻地温传感器采集到的数据比玻璃制水银温度表人工读取到的数据要高。
根据以上的结论，提出以下几点改进建议，能够缩小两种不同观测方法得到的数据之间的差异：
1、定期对地温场进行松土，保证仪器周围的土壤松软，使仪器能够更好的和土壤接触，避免土壤与仪器之间有缝隙。特别是降水过后、长期高温干燥天气、冬季土壤冻结等情况下，要及时松土。
2、定期更换土壤，如果地温场在长期降水以后，土壤流失比较多，造成地面下沉，要及时填土。
3、定期对仪器进行检定和检查，保证观测仪器性能良好，没有损坏，不会影响数据的采集。地温传感器由四根铂电阻温度传感器组成，其中一根损坏不易被发觉，也不会对数据产生较大的影响，很容易被忽视，要求定期对这些设备进行检测，避免使用已经损坏的仪器。
4、根据设备安装规范安装地温观测仪器，仪器安装的位置、高度、方向都要符合标准。特别要注意的是仪器要保证一半裸露在地表一半严密和土壤接触，露出地面部分要保持干净，裸地表土应保持疏松、平整、没有杂草。
随着气象综合观测系统建设快速发展，全国地面气象观测站的自动站建设已经全部完成，地面温度的观测已经全部完成自动观测。造成地面温度自动观测数据与人工观测数据差异的原因，也同样会造成地面温度自动观测数据产生误差，提出的改进建议能对实际工作有很大的作用，仪器定期的维修维护工作越来越重要。随着地面气象观测的自动化，对采集到数据的质量控制将成为以后工作的重点，没有了人工观测仪器作对比观测，保障自动站仪器设备的正常运转将成为主要工作任务。地面温度的观测是地面气象观测重要的一个要素，除了对仪器设备的性能、参数、工作原理等要充分的了解，对仪器设备的安装维护也要能够熟练掌握，对地面温度观测设备和场地的维护也越来越重要。
关键词：地面温度;自动观测数据;人工观测数据;差异分析;改进建议
地面温度指的是地表面土壤的温度，是气象观测项目之一，更是十分有用的气候资源。通过几年时间的地面温度自动观测数据与人工观测数据的对比观测，发现人工观测的地面温度数据偏低于自动观测的数据，特别是在气温特别高、天气晴朗的夏天，差异更加明显。在冬季、夜间以及阴雨天气的时候，这种差异就不明显，自动观测的数据和人工观测的数据基本很接近。
通过两种观测仪器的对比观测，可以很明确的得到结论，假设在没有外界干扰的情况下，自动观测地面温度和人工观测地面温度采集到的数据，应该是基本一样的。比如将铂电阻金属探头放在百叶箱内，测的温度就和玻璃制温度表基本一致。
通过一个简单的实验，取一支玻璃制地面温度表，平行放在地面最高温度表的南边，中间间隔5cm，这支地温表直接放在土壤表面，没有将下半部与土壤紧密接触。记录下每天8次正点（02时、05时、08时、11时、14时、17时、20时、23时）时次的地面温度自动观测数据、人工观测数据、实验用地温表人工观测数据，以便于这些数据进行对比分析，为提出的观点提供数据依据。进过一年的连续记录，挑选出1月份、4月份、7月份、10月份4个气温和天气现象有代表性的月份来具体分析，通过这4个月的数据记录，再加上当时天气现象、云、降水等其他气象要素的综合影响，可以发现以下结论：（1）不管在什么时候，实验用地温表人工观测数据都要偏小于地面温度自动观测数据和人工观测数据;（2）在阴、雨天气，实验用地温表人工观测数据与地面温度自动观测数据和人工观测数据的偏小数值就小，在气温较高和较低的气温条件下，实验用地温表人工观测数据与地面温度自动观测数据和人工观测数据的偏小数值就大，特别是在温度高、阳光照射强烈的夏天，这种差异就越明显;（3）同样的天气和气候条件下，夜间观测得到的数据差异要比白天观测得到的数据差异小。
通过以上的实验采集到的数据，分析认为：地面温度自动观测数据与人工观测数据产生差异的主要原因是土壤与空气的导热系数不同。空气的导热系数要低于土壤的导热系数，所以一般情况下，土壤的温度要高于空气温度。由于地温探头和地温表都有一半埋在土里，地面温度的测量实际是由当时的空气温度和土壤温度共同决定的，所以测量地点的土壤平整程度直接关系到测量值。台站每个月会根据实际情况的需要，进行数次地温场松土，但是由于自动站仪器不能移动，观测人员也会担心影响数据采集而不能长时间接触温度传感器探头，而人工观测仪器可以放到一边再进行松土，这就很容易造成松土的质量不一样，进而使两种仪器采集到的数据形成一定的误差。这里也涉及到另外一个原因，两种观测仪器的安装不同，自动观测仪器是固定不动的，人工观测仪器，特别是地面最高温度表，每天读数以后必须进行调整。在阴雨天气时，地面最高温度表和土壤接触性比较好，所以不会形成误差，很多时候两种仪器观测到的数据很相近;在天气晴朗时，地面最高温度表拿起来调整，地面就形成一个小坑，再把地面最高温度表放回去的时候，接触就不是那么好，在接触面就会形成缝隙，这种情况下就会造成很大的误差，使人工仪器采集到的最高地面温度明显低于自动观测仪器采集到的数据，所以要求我们观测员要及时对地温场进行松土整理。
经过一年的观测实验，得出以下结论：
1、同样的天气和气候条件下，夜间观测得到的数据差异要比白天观测得到的数据差异小;
2、阴、雨天气下观测得到的数据差异要比晴朗天气下观测得到的数据差异小。这个可以理解，夜间和阴、雨天气时，温度较低，所以相对来说产生的误差就小。
3、较大的差值，总出现在温度高、阳光照射强烈的天气。阳光的直接照射，也會对仪器产生一定的影响。总所周知，在太阳的直接照射下，金属上升的温度就比空气、水等要高，通过空气温度的对比观测，铂电阻金属传感器和水银温度表在百叶箱内采集到的数据，基本是完全一样的。如果在阳光的直接照射下，仪器本身会因为升温不同而产生误差，导致铂电阻地温传感器采集到的数据比玻璃制水银温度表人工读取到的数据要高。
根据以上的结论，提出以下几点改进建议，能够缩小两种不同观测方法得到的数据之间的差异：
1、定期对地温场进行松土，保证仪器周围的土壤松软，使仪器能够更好的和土壤接触，避免土壤与仪器之间有缝隙。特别是降水过后、长期高温干燥天气、冬季土壤冻结等情况下，要及时松土。
2、定期更换土壤，如果地温场在长期降水以后，土壤流失比较多，造成地面下沉，要及时填土。
3、定期对仪器进行检定和检查，保证观测仪器性能良好，没有损坏，不会影响数据的采集。地温传感器由四根铂电阻温度传感器组成，其中一根损坏不易被发觉，也不会对数据产生较大的影响，很容易被忽视，要求定期对这些设备进行检测，避免使用已经损坏的仪器。
4、根据设备安装规范安装地温观测仪器，仪器安装的位置、高度、方向都要符合标准。特别要注意的是仪器要保证一半裸露在地表一半严密和土壤接触，露出地面部分要保持干净，裸地表土应保持疏松、平整、没有杂草。
随着气象综合观测系统建设快速发展，全国地面气象观测站的自动站建设已经全部完成，地面温度的观测已经全部完成自动观测。造成地面温度自动观测数据与人工观测数据差异的原因，也同样会造成地面温度自动观测数据产生误差，提出的改进建议能对实际工作有很大的作用，仪器定期的维修维护工作越来越重要。随着地面气象观测的自动化，对采集到数据的质量控制将成为以后工作的重点，没有了人工观测仪器作对比观测，保障自动站仪器设备的正常运转将成为主要工作任务。地面温度的观测是地面气象观测重要的一个要素，除了对仪器设备的性能、参数、工作原理等要充分的了解，对仪器设备的安装维护也要能够熟练掌握，对地面温度观测设备和场地的维护也越来越重要。