自动土壤体积含水量异常数据分析和判定

以琼中2014—2021年自动土壤体积含水量数据为例,研究自动土壤体积含水量异常数据的判定方法,分析造成数据异常的原因。结果表明：依据降水与土壤水分自然变化规律,采用界限值检查和空间、时间一致性检查等数据质量控制方法,分析自动土壤水分历年数据年、月、旬、日变化趋势,可快速判定自动土壤水分历史数据集中异常数据出现时段;结合异常时段同期的降水量和台站值班记录及当地墒情实况可判定异常数据的正误。造成自动土壤体积含水量数据异常主要原因有：①传感器故障;②强降水天气,雨水冲刷石块移动造成土壤环境发生变化;③仪器安装不当,套管管壁与土壤开孔的孔壁之间存在缝隙,强降水造成传感器对应部位积水;④对套管管壁与土壤开孔的孔壁之间缝隙灌浆填补时,未严格按规范要求操作,破坏了土壤原有结构。     

自动土壤水分观测数据异常值阈值研究

根据从国家气象信息中心实时资料数据库读取的自动土壤水分监测资料,计算出各个测站相应的土壤容重、田间持水量、凋萎湿度数据。在具体的业务实践中,参照土壤最大吸湿量数值,将6%作为土壤相对湿度的低值异常阈值;参照土壤饱和含水量数值,将190%作为土壤相对湿度的高值异常阈值;参照土壤水分日变化特点,初步将24 h变化幅度0.1%作为10和20 cm土层土壤相对湿度监测异常的变化阈值。具体分析代表站实测土壤相对湿度随时间的变化幅度,认为在土壤水分上升过程中的小时之间变化幅度应小于土壤饱和含水量（%）与前一监测数据的差值;土壤相对湿度>100%时的下降幅度应小于土壤饱和含水量（%）减去95%;土壤相对湿度≤100%时的下降幅度应小于5%。     

因干旱引起接地电阻异变的个例分析

2010年初,贵州遭遇特大夏秋连旱叠加冬旱,持续干旱引起土壤水分蒸发、电阻率增大,进而造成接地电阻异常变大。文章以一起因干旱引起接地电阻异常变化为例,初步分析干旱对接地电阻的影响及对异常数据处理。     

海南省自动土壤水分观测数据异常原因分析

正分析了DZN3型自动土壤水分观测仪在实际业务应用中出现的数据异常情况及原因,对多种数据异常现象进行总结,发现造成海南省自动土壤水分观测数据异常的原因主要在四个方面:1)传感器等仪器部分出现故障;2)人工对比观测、土壤水文物理常数错误;3)观测土层发生变化;4)网络传输中断、断电等客观条件影响,造成数据无法正常传输。     

陕西省2016年自动土壤水分数据质量分析

采用数据缺测检查、范围(极值)检查、数据时变检查、物理常数检查和僵尸数据检查等方法,对陕西2016年53套固定地段土壤水分观测10～30 cm土层的体积含水量数据进行质量控制和原因分析。结果表明:各站缺测率均小于0.5%,最大为0.33%,最小为0.03%;1 h缺测时长最多,占比为64.4%;通信问题是短时缺测主要原因。范围检查检出数据为0的异常记录131 h,主要由该层传感器故障或因连接线松动、脱落造成,没有检出小于0或大于55%的记录。时变检查10、20、30 cm土层分别检出异常记录41、22、26 h,其中,10 cm土层检出率最高;突变主要是由于传感器防护管周围土壤发生龟裂或下陷。物理常数检查有17站发生一层或多层数据异常,其中, 53735等站三个土层全部出现异常,而且异常记录较多,异常站点随土层加深而减少。僵尸检查没有发现异常。物理常数检查异常表明这些地方的土壤结构和生态功能可能正在发生变化,需要进一步加强监测。     

我国前冬和后冬气温年际变化的特征与联系

基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料,通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬,次年的1月至3月划分为后冬,并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料,通过经验正交函数 （EOF,empirical orthogonal function）分解和依赖于季节的EOF（SEOF,season-reliant EOF）分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明,我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化;其时间系数的分布表明,当前冬出现全国性偏暖（冷）或北冷（暖）南暖（冷）的气温异常时,后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步,通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态（SEOF1）为前冬到后冬同相演变型,即前冬全国一致偏暖（冷）时后冬亦全国一致偏暖（冷）,该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖;第二模态（SEOF2）表现为前冬到后冬反相演变型,即前冬全国一致偏冷（暖）而后冬全国一致偏暖（冷）,该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明,中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常,与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱,从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征,整个对流层的变化都很显著,而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著,此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转,从而引起反相演变模态。     

地温观测常见问题及报表数据处理方法

通过北京市朝阳区一般气象站地温日常观测实例,重点分析了自动气象站铂电阻地温传感器性能不良的数据异常特征和当月报表处理方法,简要分析了地面观测场维护不当对质量控制数据的影响。分析发现,铂电阻地温传感器性能不良直接引起自动站地温数据异常,表现在自动站和人工站差值不稳定或增大,报表数据处理要根据当月实际情况进行相应处理;地温场土壤热力性质不均一、地温表放置不当和周边环境变化都会造成质量控制数据的误差,需要观测员在操作过程中高度重视。     

DZZ4和CAWS600型自动站观测资料对比分析

对2013年6—11月张家口市气象观测站DZZ4型与CAWS600型自动站的逐时数据进行对比,结果表明:DZZ4型自动站气温、相对湿度、极大风速和累计降水量数据偏大;气压和2min平均风速数据则偏小。除受两站仪器安装位置影响外,不同季节环境变化对传感器的性能和测量误差的影响,均会造成两站数据差异。     

不同雨量计测值误差分析

目前气象部门使用的雨量计,基本上为自动气象站遥测雨量传感器、双翻斗遥测雨量计、虹吸式雨量计和雨量器等几种类型。根据北京朝阳气象站近几年的雨量测量数据,分析了各种雨量计在不同降水情况下所产生误差的原因,分析发现相同工作原理的仪器由于仪器本身的性能差异和不可预见的故障会造成较大测量误差,由于降雨强度突然变化的影响,雨量计产生的测量误差是不可避免的。并提出增加备份仪器、随时仔细观察每一种仪器的变化从而减小误差的建议,为以后降水测量数据的分析提供参考和帮助。     

自动气象站地温数据异常处理方法

常见故障及原因 引起自动气象站地温数据异常的主要原因有①接线处的接触不好。主要是传感器引线与五脚V型插座间或外转接盒内数据板电子开关CD4067BF模拟芯片与对应插槽间的接触不好。②地温传感器故障。该故障主要由传感器损坏、     

一种自动土壤水分数据质量控制预警方法

根据实时业务中传输的自动土壤水分监测数据的变化规律,对监测数据异常波动产生的异常值进行预警;通过观测值间相互关系推算相应的土壤水分常数,近似确定土壤孔隙度、最大吸湿水含量,以此确定土壤水分理论上下限并据此开展监测值的上下限预警;参考土壤含水量与水势之间的变化关系,提出水势系数的概念,直接利用计算的水势系数进行土壤水分层间变化的预警等3方面对自动土壤水分监测数据进行质控预警,并针对业务应用设计了相应的预警方案,可实时、有效地检测出异常值。从该预警方案的预警效果分析上看,预警检出率较高主要是"常数预警"和"数值变化预警",反映出小部分自动土壤水分观测站的土壤水分常数异常和部分站点业务运行维护不到位,这与野外实地考察的结论相吻合。预警效果较为客观、可靠,适用于各级土壤水分数据检测和分析服务等业务。     

广东前汛期暴雨水汽输送异常变化特征

利用1979—2011年广东省86个测站的地面观测逐日降水资料及NCEP-DOE第二套分析资料,分析广东前汛期及其各月暴雨的水汽输送来源及其异常特征,诊断持续性暴雨过程水汽输送异常随赤道MJO活动的变化。结果表明,从多年气候平均场来看,广东前汛期（4—6月）水汽输送来源主要有孟加拉湾经中南半岛向华南输送（即西南支输送）、源于热带西太平洋随副热带高压边缘气流经南海地区向北输送（即东南支输送）和源于青藏高原西南侧伴随南支西风气流的向东输送（即西支输送）。广东前汛期降水异常变化的水汽输送异常来源与气候平均来源有所不同,前汛期暴雨的水汽输送异常主要是东南支、西支输送的输送异常以及源于我国中低纬度地区随偏北异常气流向南的水汽输送（简称北支输送）异常这三方面,其中北支输送异常主要加强广东区域的水汽通量辐合。暴雨水汽输送异常存在月际变化,西支和北支输送异常是4月、5月、6月暴雨的共同点,另外,5月暴雨还包括西南支、东南支输送异常,6月暴雨则包括东南支输送异常。各月持续性暴雨（持续3 d或以上的暴雨）与非持续性暴雨的水汽输送异常有所不同,4、5、6月东南支水汽输送异常,持续性暴雨比非持续性暴雨明显偏强。6月广东持续性暴雨的西南支水汽输送异常随MJO活动产生一定的变化,在MJO第4、5、6、7位相（8、1、2、3位相）,西南支水汽向华南输送偏强（弱）。赤道MJO活动影响西南支水汽输送强度的物理过程,主要是通过改变大气经向热力对比来影响孟加拉湾西南季风强弱变化,从而使该支气流流向华南的水汽输送发生变化。      

中纬度海温对北方冬季寒潮强度异常的协同影响

利用中国气象局国家信息中心提供的1980-2019年日最低温度资料、 NCEP/NCAR逐月再分析资料和Hadley中心提供的逐月海表温度（SST）资料,分析了北方冬季寒潮强度异常时空特征及北半球中纬度海温异常（SSTA）对其影响机制。结果表明：（1）北方单站寒潮强度存在年际和年代际变化;1998年之前寒潮强度年代际变化更明显,1999年之后寒潮强度的年际变率更大。华北地区寒潮最强,内蒙古、甘肃和新疆交界处次之。（2）寒潮强度主要有全区一致型、东西反位相型及三极型异常分布,且全区一致型异常基本能反映强度总体时空变化特征。（3）北太平洋前春到冬季的类似太平洋年代际振荡负位相型（类“-PDO”型）SSTA、北大西洋前秋与冬季负SSTA有利于北方寒潮增强。秋季两大洋SSTA对寒潮强度的作用相当,冬季北大西洋SSTA影响更显著。（4）前春到前秋北太平洋类“-PDO”型SSTA及秋冬季北大西洋SSTA,激发出冬季负北极涛动（“-AO”）、正欧亚太平洋（“+EUP”）型、类太平洋-北美（“PNA”）型、负北大西洋涛动（“-NAO”）等遥相关型或波列异常;两大洋SSTA存在类似跨季节“接力”的关系,...     

气象总辐射观测工作中应注意的事项

1990年延安（36。36’N,109°30’E,958m）建成气象辐射三级站,在日常观测工作中,往往由于云状、云量、水汽、大气透明度等天气现象的影响导致正常数据异常变化,或由于仪器的水平、短路、断路和外场磁场干扰等所引起辐射观测仪器显示数据失真。根据20a气象辐射观测经验,     

不同太平洋年代际振荡和ENSO位相下大气水分收支变化对北半球冬季太平洋蒸发量的影响

本文利用OAFlux资料研究了1958~2015年北半球冬季太平洋蒸发量在不同厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）和太平洋年代际振荡（PDO）位相下的分布特征,并从水汽收支的角度分析了蒸发量异常的成因,结果表明:ENSO主要影响热带东太平洋、副热带西北太平洋和中纬度北太平洋中部的蒸发量。El Ni?o（La Ni?a）时水汽在北太平洋中部异常辐散（辐合）,有利于当地大气水汽含量减小（增大）,造成蒸发量增大（减小）;副热带西北太平洋异常的水汽辐合（辐散）有利于蒸发量减小（增大）;除此以外,蒸发量在热带东太平洋蒸发量增大（减小）则主要是降水量增大（减小）导致。与此同时,ENSO对上述海区蒸发量的影响还受到PDO的调控,当PDO处于暖（冷）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成蒸发量异常程度在中纬度北太平洋中部显著增大,这主要是由降水量增大（减小）引起的大气水汽含量减小（增大）所致,此时对应着风暴轴异常增大（减小）;当PDO处于冷（暖）位相时,El Ni?o（La Ni?a）造成的蒸发量异常程度在副热带西北太平洋和热带东太平洋显著增大,而这与湿度变化引起的水汽平流异常程度增大紧密相关。     

2010年华南前汛期持续性降水异常与准双周振荡

利用中国台站逐日降水资料以及NCEP-DOE逐日再分析资料,分析了2010年华南汛期降水异常的低频特征及大气环流的影响。结果表明,2010年华南汛期降水异常呈显著的低频振荡特征,其中前汛期以10~20天振荡（准双周振荡）为主,后汛期以20~50天振荡（季节内振荡）为主。重点讨论了准双周尺度上前汛期持续性降水异常与中高纬和热带地区大气低频振荡的关系。中高纬地区的低频环流可通过Rossby波能量沿着低频遥相关波列的频散影响华南低频环流的变化。波活动通量分析显示,西西伯利亚作为Rossby波源,其波能量沿着横跨欧亚大陆的低频遥相关波列向我国东部地区频散,引起该地扰动加强,从而引起华南低频环流及垂直运动的变化进而造成华南降水的异常。热带东印度洋的准双周振荡是影响华南前汛期降水的另一低频来源。当赤道东印度洋对流旺盛（抑制）,其上空为强上升（下沉）气流,低层辐合（辐散）高层辐散（辐合）,而华南上空盛行下沉（上升）运动,不利于（有利于）华南降水。来自中高纬和低纬的低频信号的叠加并配合低频水汽输送共同影响了华南环流异常的低频变化,从而引起华南的低频降水异常,有利于华南持续性降水异常的发生。      

基于CCSM4.0长期积分试验评估不同辐射强迫对中国干旱半干旱区降水的影响

本文基于气候系统模式CESM4.0长期积分试验,分析评估了工业革命前（1850年）及当前（2000年）两种辐射强迫作用（分别为太阳活动和温室气体）对中国北方干旱半干旱区降水的影响。结果表明,模拟结果与观测之间尽管存在一定的偏差,但仍能再现降水气候态的空间分布以及季节变化特征;两种辐射强迫下的降水长期变化均无明显趋势,但二者的差异却呈现出70~100年的准周期振荡;由人类活动引起的当前辐射强迫作用对降水的多年际变率幅度有一定影响,造成极端强降水事件出现的概率增多,而由太阳活动引起的辐射强迫作用主要对降水多年代际周期具有一定的调制作用。进一步分析表明,两种辐射强迫下中国北方干旱半干旱区降水年多年代际变率的主要模态基本一致,但人类活动引起的辐射强迫作用会影响降水多年代际变率与热带海温异常的相互作用的强度,从而改变降水多年代际变率的幅度。     

华南夏季降水两次年代际转折的水汽输送异常成因初探

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和中国2374站日降水资料,通过水汽收支方程分解方法分析了华南夏季降水在1993~2002年时段年代际增多以及2003~2013年时段年代际减少的水汽输送特征及其成因。结果表明:1993~2002年时段（2003~2013年时段）,局地环流导致异常下沉（上升）气流,南亚高压偏东（偏西）和西太平洋副热带高压（简称副高）偏西（偏东）,菲律宾及副高西南侧水汽输送加强（减弱）,华南地区低层出现强的水汽辐合（辐散）,导致降水偏多（偏少）。华南地区夏季降水两次年代际变化主要与风速变化引起的水汽输送动力散度项的异常有关,同时还受到与比湿变化引起的水汽输送热力散度项异常、及天气尺度的涡旋引起的水汽输送涡流散度项异常影响。此外,研究发现水汽输送的异常与环流和海温异常均密切相关。     

“5.12”汶川地震前近地面大气电场异常研究

本文介绍了在四川省开展的近地面大气电场数据异常与地震发生相关联的研究情况,并对“5.12”汶川地震发生前一个月内,距离震中50km的两个地面电场仪的异常数据进行分析。研究发现,地震发生前近地面电场异常持续时间在8小时以上,且地面电场波形、最大值的变化规律均不同于由雷电或其它天气系统引起的地面电场变化。综上,通过对地震前地面电场异常进行分析,可以为地震监测、短临预报提供一条新的技术路线。      

黄土高原半干旱区异常能量闭合率特征分析

以兰州大学半干旱气候与环境观测站（简称SACOL站）4 a的陆面通量数据为基础,利用普通最小二乘法（OLS）和能量平衡比率（EBR）方法,对能量平衡的异常闭合特征及其与相对垂直湍强（RIw）的关系进行了研究,并进行了能量滞后分析。结果表明,能量过闭合和负闭合现象分别主要发生在白天和夜间,大小遵从正态分布;较大异常闭合产生的原因主要是日出日落时净辐射与地表热通量接近以及降水影响造成湍流通量出现异常大值。一般来说,垂直湍流运动越强,异常闭合越少,闭合度越向1收敛,反之亦然。强湍流或极弱湍流都不利于产生异常闭合,过闭合、负闭合的最适相对垂直湍强RIw约为0.11、0.14。另外,能量支出项的相对滞后也是造成包括负闭合在内的异常闭合的原因之一。剔除湍强较弱的点或将地表热通量G0、感热H、潜热LE相位相对净辐射Rn提前30 min后,异常闭合所占比重减少;月平均EBR法过闭合度降低,OLS法闭合度提高。