自动观测替代人工观测对气象要素资料均一性的影响分析及订正

利用t检验法对青海省海西所属7个站气温、气压、相对湿度、平均风速、0~320cm地温年平均值序列进行显著性检验;在人工与自动观测资料对比差值分析的基础上,建立人工与自动观测要素间的回归方程,对年序列差异显著的要素进行回归订正和效果对比分析。结果表明,自动替换人工观测对海西7个站各气象要素年平均值序列均一性产生了不同程度的影响,多个站多个要素不连续;统计人工与自动观测要素资料月平均对比差值,用一元线性回归法进行订正,订正后的序列基本消除了自动观测替换人工观测的差异,实现了观测资料的均一性和延续性。      

自动观测与人工观测差异的初步分析

利用2001—2005年我国700个地面自动气象站与人工平行观测期间的数据, 对自动与人工观测的气温、气压、相对湿度、地表温度、风速风向、降水量进行了差异分析, 统计了两种观测之间的对比差值、百分误差和风向相符率。 对各要素观测差异在全国的分布特点进行了分析, 并检验了气温自动观测对气温资料连续性的可能影响。 结果表明:自动观测与人工观测各气象要素均存在一定的差异, 但大部分地区各要素的差异都在自动站误差允许范围之内; 造成差异的原因是多方面的, 包括仪器本身存在缺陷及观测方法不一致等。各要素自动观测与人工观测差异在全国的分布特点各不相同, 同一要素在不同的气候背景条件下差异大小不一致; 如果要将人工观测数据与自动观测数据连续使用, 还要检验自动观测与人工观测序列是否有显著性差异, 并进行均一性订正。 自动站的使用对年气温序列有一定影响, 总体差异不显著, 但当自动观测与人工观测气温合并使用时, 应进行均一性检验。     

甘肃临夏人工与自动气象站气温观测差异对比及均一性研究

自动气象站因其监控、观测、采集、存储资料方面的诸多优势,已成为今后我国地面气象观测的发展主流,并将逐步取代人工观测。人工观测和自动站之间不可避免地存在着观测差异,这种差异对历史气象资料的延续性提出了挑战,并将深刻影响大气科学研究和业务应用。因此,对比分析2个观测系统之间的观测差异及均一性是非常必要的。结果表明,临夏气象站2种观测数据序列中,平均气温的平均差异为-0．35℃,差值变幅为0．22～-1．56℃;最高气温的差异变幅为0．01～0．31℃;最低气温的差异大,变幅不稳定,其中1～3月差异变幅为-2．12～-3．05℃,其余月份差异变幅为0．05～-0．57℃。自动站日平均气温和最低气温系统性偏低于人工观测值,最高气温反之。在分析2个数据序列差异的基础上,建立了各季的气温订正方程。订正后2个序列的差值减小,尤其最大偏差显著减小,效果良好。     

塔城基准站自动与人工观测常规要素对比分析

通过数理统计方法,分析了塔城基准站2005年自动观测与人工观测两种不同观测方式所采集数据之间的差异及相互关系.初步阐述了自动观测与人工观测资料差值的日变化、季变化及年变化,提供了自动观测与人工观测同类资料可以相互代替,自动观测所取数据序列能够作为人工观测资料历史序列延续的依据.     

中国地面相对湿度非均一性检验及订正

利用加拿大环境部气候研究中心研发的PMTred和PMFT方法,选取均一的邻近站为参考站,使用相关系数权重平均构建参考序列,结合元数据信息,对1951-2014年中国2400多个国家级地面站月平均相对湿度进行了非均一性检验与订正,并分析了造成相对湿度序列非均一的主要原因。结果表明,中国地面相对湿度资料存在较严重的非均一问题,68%的台站存在断点,人工观测转自动观测、迁站和时次变化是造成序列非均一的主要原因。整套资料负订正量所占比例较高,订正范围主要集中在-5%～0之间,这种负订正量与人工转自动观测后相对湿度观测值偏低有密切关系。这也使得订正后中国平均相对湿度趋势与订正前存在明显差异,订正前中国平均相对湿度呈下降趋势,订正后相对湿度没有趋势性变化。     

宁夏自动站与人工观测气温的差异对比分析

利用2003—2004年宁夏17个自动站和人工站的气温平行观测资料,进行了对比差值及其均方根、标准差、粗差率和一致率等方面的对比分析,并对自动站观测气温序列进行了显著性检验。结果表明:由于观测原理、时次、方式等方面的不同,造成了两种仪器的气温偏差有明显的日变化,季节性和地域性差异不明显,自动站观测气温与历史序列无显著性差异。虽然自动站有很多人工站无法比拟的优越性,但两者之间的偏差较大,特别是白天,偏差幅度超过±0.2℃,离正常业务使用有一定的距离,所以需要一定时间的平行观测,对其数据序列进行均一性分析和客观订正,使其在天气预报和气象服务工作中更好地发挥作用。     

内蒙古自动站与人工观测数据差异对比分析

利用2006年内蒙古自治区共36个自动站和人工站平行观测资料,对观测得到的气象要素进行了统计和评估。通过分析气温、气压、相对湿度、风等要素的对比差值及其标准差、对比差值的频次分布和空间分布等,探讨自动站与人工观测数据差异的可能原因。结果表明：内蒙古自动观测与人工观测各气象要素均存在一定的差异,对所有台站平均而言,其差异均在自动站差值允许范围之内。产生差异的原因：观测仪器结构与观测原理差异、观测时空差异、观测方式差异等,在将人工观测数据与自动观测数据连续使用时,需要根据当地情况进行适当订正,以确保资料的连续性。     

广东省能见度自动观测系统资料评估分析与订正

利用广东省能见度自动观测系统22个站点2011年的人工观测和自动观测的能见度资料,分析了人工观测与自动观测的能见度资料的相关系数、均方根误差等,并对自动观测资料进行了订正。分析结果显示:人工观测与自动观测能见度的分布大致相同,表现为沿海的能见度高于内陆,粤东高于粤西,主要低能见度区域集中在珠江三角洲和粤西的内陆地区;自动观测能见度的准确性主要受到仪器工作原理局限性、气溶胶类型和气象条件的影响。对能见度自动观测资料订正结果显示:订正后,在低能见度时,大部分站点的均方根误差在3km以内;在高能见度时,大部分站点均方根误差在8km以内,平均为6km左右。利用统计方法对器测能见度值作数据订正,能有效减小测量误差,使能见度自动观测系统能基本满足能见度自动化观测需要,特别是低能见度事件的服务需求。     

海南省自动站气温观测资料评估及气候订正研究

通过海南省16个气象台站2004～2005年自动站与人工并行观测气温资料的对比分析,根据相关标准对海南省自动站气温资料进行了评估.分析表明:海南省自动站与人工观测气温的偏差有日变化和季节差异.产生偏差原因有观测仪器的系统性偏差、观测仪器对气温变化响应的灵敏度、观测时间的差异、太阳辐射对观测仪器的影响等.建立了海口自动站与人工观测气温值之间的经验换算关系,为气候资料的前后连续性使用提供了订正的思路和方法.     

延安北部丘陵沟壑区苹果产业发展的气候分析

对自动站和人工观测的气温资料进行气候统计分析,证明两组资料不经序列订正就可以合并统计混合使用,使其在实际业务工作应用当中差异客观定量化。     

自动与人工观测气温差异偏大的原因及影响分析——以143个国家基准站为例

利用143个国家基准站2002—2010年自动与人工逐日平行观测资料进行对比分析,评估自动观测与人工观测气温的差异,着重分析两者存在的较大差异及其发生原因,并利用惩罚最大t检验（PMT）方法结合台站元数据中自动观测仪器变化信息,客观评价自动观测对气温序列均一性的影响。结果表明：(1) 51.29%、54.14%、67.18%的自动观测日平均、日最高、日最低气温大于人工观测值,差值在±0.2℃之间的百分率分别为78.8%、63.1%、60.9%,平均对比差值分别为0.05、0.09、0.15℃,标准差为0.14、0.22和0.15℃,各气温要素的差值、绝对差值和标准差随自动观测时间的增长并无明显的增大或减小的趋势,且空间分布各有不同;(2)通过对对比差值、绝对差值、标准差的分类比较、逐步筛选发现,少数台站自动与人工观测值差异较大,对于采集自同一传感器的不同气温要素,平均、最高、最低气温的差值表现也不尽一致。经PMT检验,在平均气温、最高气温和最低气温的绝对差值最大的20个站中分别有35%的台站的月平均气温序列、35%的台站的月平均最高气温序列和25%的台站的月平均最低气温序列由于自动观测仪器变化引起序列的非均一;(3) 分析认为：温度传感器检定更换而导致的仪器示值误差变化会造成自动与人工观测对比差值跳变,而温度传感器或数据采集器等电子元器件的零点漂移会导致自动观测气温严重偏离人工观测值,这两种因素会导致自动与人工观测气温差异偏大,也是自动观测仪器变化导致气温序列产生非均一断点的可能原因。建议加强自动观测数据的监测与质量控制,增加观测仪器检定示值误差订正,并采取硬件、软件补偿等方法,实现温度零点补偿,尽可能地减小或消除仪器误差,提高自动观测资料的准确性。     

自动观测霾、雾、轻雾与人工观测对比分析及订正

由于自动观测与人工观测的原理不同,造成了自动与人工观测数据之间的差异。选取了陕西2014年霾日、雾日、轻雾日的自动、人工观测月平均值以及30a气候月平均值进行对比分析,结果表明:2014年陕西霾日、雾日、轻雾日人工观测与30a平均值相比略有差异,自动观测比人工观测明显偏多,特别是霾日,是人工或30a平均霾日的10~68倍。利用中国气象局2015年发布的相关规定对2014年自动观测霾日进行订正,订正后大部分月份的霾日是人工观测或30a平均值的2~10倍,较未订正前减少了23%~91%,执行该规定使得霾记录基本趋于合理。     

南雄自动气象站与人工站常规气象要素的差值

对南雄气象站自动观测资料和人工观测资料的差值进行对比分析.得出自动与人工2种观测技术体系所获取的气象要素数值存在一定差异,但这2个序列的常规气象要素之间存在的差异都在规定允许的范围之内,能够满足气象资料精确度的要求.这种差异产生的原因是由于仪器的原理差异、观测的时空差异、采样方式差异等造成的.从理论与实践2个方面论证了自动观测的大多数数据优于人工观测,能提高气象要素观测的客观性、准确性,减轻测报工作人员的工作量,更能反映大气近地面层的真实状况,并对自动气象探测设备投入业务运行提供可靠依据.     

南澳遥测自动气象站与人工观测数据对比

用对比分析的方法,对南澳县气象局2007年1～12月份自动观测(遥测)与人工观测数据进行比较,指出造成遥测和人工观测数据差异的原因主要是:仪器的工作原理不同、观测方式不同、采集数据时间不同、仪器性能敏感性不同、人工观测读数误差.提出在使用自动站观测资料时,应充分考虑仪器更换前后的变化,需要进行适当订正,以保证资料的连续性和可靠性.     

基于自动站资料的灰霾观测判据研讨

针对当前有较大争议的灰霾观测中两个判据(能见度和相对湿度)的阈值选取问题,对嘉兴市2007—2009年人工观测灰霾记录,观测站能见度自动仪及相对湿度等资料以及2007—2009年环保部门空气污染指数、周边地市霾日进行了对比分析,对人工观测灰霾日数的合理性进行探讨;并进一步根据同年份能见度自动仪资料及相对湿度自动站资料,调试不同的阈值,将得出的灰霾天数与人工观测值再次进行对比,最终提出一个适用于本地实际的灰霾日观测判据,并指出经过订正后的自动站资料可替代人工观测值用于霾雾的辨析。     

江苏省能见度的人工与自动观测差异分析

对江苏省2011年全年逐时能见度的自动、人工观测数据进行了统计分析,结果表明:二者具有相当一致的统计特征,全省总相关系数0.73,一致率95.03%;但亦存在一定差异,整体上人工较自动观测数据偏大数公里,偏大程度在17%~55%,且空间差异显著;对不同条件下能见度的对比分析显示,自动与人工观测在低能见度条件下最为接近,且二者差异存在着明显的日变化特征;对能见度自动与人工观测偏差长序列的初步分析,显示统计订正是可能的,但对于不同级别的能见度,自动观测相对与人工有不同的倾向。     

能见度自动观测与人工观测数据比较分析

利用一定时间序列里自动观测与人工观测两种不同方法所采集到的能见度数据,进行归纳整理,分析比较,找出它们之间的差异,分析差异产生的原因,从中找出规律性,为以后能见度资料的应用提供理论上的参考依据。     

自动站与人工观测气温的对比分析

根据2000年自动站和人工观测气温资料, 对两种气温序列进行了对比分析, 以了解仪器改变对观测数据产生的影响以及为换型后数据的连续使用提供科学依据。结果表明:除个别地区以外, 自动站与人工观测气温偏差都在允许范围之内或略超出允许范围, 季节性和地域性差异不大; 由于自动站温度传感器灵敏度高, 所以在日出日落、日气温最高和最低时与人工观测偏差较大; 自动站观测气温与历史序列无显著性差异。自动站可以用于业务, 但需进行一定时间的平行观测, 尤其在西北及高山站更为必要。     

自动站与人工站气温观测资料分析

通过对河南省65个自动站在2年平行观测期间人工站与自动站气温（平均、最高、最低）观测资料的差值平均值、差值标准差进行综合分析,得出以下结论：自动站观测值比人工站观测值整体偏低,但差值集中在-0．4～0．4之间。所以自动观测代替人工观测后,对河南省气温长期观测资料的序列没有太大的影响。排除引起数据变化异常的主、客观原因后,自动站与人工站气温观测资料一致性良好。     

自动与人工观测霾日、雾日序列连续性分析

由原始观测数据统计显示,2014年全国雾霾(包括雾、轻雾和霾)日数偏高,尤其霾日数是2000-2013年均值的4.2倍。依据2014年雾霾现象保留人工观测或采用自动观测,将全国2 400余个国家站分为人工站和自动站,分别就两类站2014年雾霾现象日数与其历史序列进行了对比分析。结果表明,人工站2014年平均雾霾日数与其2000年以来平均状况及2013年平均雾霾日数接近;而自动站2014年平均雾霾日数明显偏高,成为2000年以来之最,且明显高于2013年统计结果。通过对比分析自动与人工观测方法表明,雾霾现象自动观测采用瞬间观测记录,是造成2014年全国雾霾日数异常偏高的主要原因。基于霾现象持续性特征,针对自动观测霾数据,研究确定了1天至少6个连续时次"现在天气现象"有霾记录,"连续天气现象"方记霾现象的订正方法。统计结果表明,订正前全国2014年平均霾日数为59天,而订正后下降为31天,基本与2013年持平。进一步分析表明,2000年以来我国霾发生频率呈增加趋势,尤其2013年和2014年,霾发生频率成为2000年以来之最。