冬季降雪、積雪時地溫觀測常見問題探討

彭雙姿，卿燃莉，劉麗萍，秦文卓，朱三平，謝 堅，孫玉之，周麗瓊

(湖南省邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000)

冬季降雪、積雪時地溫觀測常見問題探討

彭雙姿，卿燃莉，劉麗萍，秦文卓，朱三平，謝 堅，孫玉之，周麗瓊

(湖南省邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000)

針對2011年1月中下旬湖南低溫雨雪天氣過程的地溫氣象數(shù)據(jù)對比審核出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行分析，總結(jié)出一些地溫觀測經(jīng)驗，以及積雪覆蓋后地溫觀測誤操作以后的補(bǔ)救措施。

積雪;地溫觀測;注意事項

1 引言

下墊面溫度和不同深度的土壤溫度統(tǒng)稱地溫。下墊面溫度包括裸露土壤表面的地面溫度、草面(或雪面)溫度及最高、最低溫度。淺層地溫包括離地面5、10、15、20 cm深度的地中溫度。深層地溫包括離地面40、80、160、320 cm深度的地中溫度。測量地溫使用玻璃液體地溫表和鉑電阻地溫傳感器［1］。已有一些專家對于雨雪冰凍天氣情況下的地面氣象觀測資料特征進(jìn)行分析并取得研究成果：孫軍杰等分析不同深度的積雪對地面溫度具有保溫效果［2］;婁偉平等根據(jù)地溫和雪深的關(guān)系，建立了積雪表面和深層的溫度預(yù)報模式［3］。部分臺站既有自動站地溫觀測，又有地溫人工觀測，還有草面(雪面)溫度觀測。目前鮮有專門針對積雪狀態(tài)下地溫觀測的探討。由于湖南省積雪深度厚、維持時間長的雨雪冰凍天氣較少，導(dǎo)致有些臺站觀測員因經(jīng)驗不足，對規(guī)范及技術(shù)規(guī)定理解不透，在觀測時常出現(xiàn)一些錯誤的做法。

2011年1月18—25日，受北方較強(qiáng)冷空氣和西南暖濕氣流共同影響，湘中以南出現(xiàn)持續(xù)低溫、雨雪、冰凍災(zāi)害性天氣。在審核2011年1月月報表時，此次低溫雨雪天氣過程中地溫觀測出現(xiàn)的問題較多。本文對觀測中應(yīng)注意的事項進(jìn)行總結(jié)分析，提出減少地溫觀測錯情方法。

圖1 A站自動站0 cm地面溫度及雪深時序圖

2 0 cm地溫人工站與自動站對比審核

圖1是A站今年1月17日21時至25日20時自動站0 cm地溫遙測數(shù)據(jù)時序圖及當(dāng)日08時積雪深度。自動站地面溫度遙測數(shù)據(jù)21日以后有白天急升，晚上劇降的現(xiàn)象，日較差達(dá)到10℃以上。根據(jù)［2，3，4］等的研究結(jié)果認(rèn)為：地面溫度傳感器被積雪覆蓋期間，因為積雪的隔熱作用，所以自動站地面溫度日變化較小，尤其是積雪深度較大時，地面最低溫度、地面最高溫度都在0℃附近，地面溫度變化曲線趨于平直。由圖上可知，18—25日A站地面一直為積雪覆蓋，0 cm自動站地溫日變化幅度大，與鄰站相比也有較大差異(圖略)。因此該站的自動站地面溫度遙測數(shù)據(jù)應(yīng)該是異常的。經(jīng)查詢?yōu)樵撜局蛋鄦T錯誤理解規(guī)范要求：錯誤的將溫度傳感器上的積雪進(jìn)行了清除。根據(jù)規(guī)定［1］，鉑電阻地面溫度傳感器被積雪埋住時仍按正常觀測，但需在觀測薄備注欄注明被積雪覆蓋的時間。

3 雪面溫度與0 cm地溫對比審核

湖南省部分測站要求觀測草溫，在出現(xiàn)積雪后，要求將草溫傳感器置于雪面上，轉(zhuǎn)為觀測雪面溫度(轉(zhuǎn)觀測雪面溫度時本文仍稱草溫傳感器)。這是近年來新增加的一個觀測項目，對于新測報員來說也是容易出現(xiàn)操作錯誤的項目之一。

圖2a、2b分別是17日21時至25日20時B站和C站自動站雪面溫度和0 cm地溫及雪深數(shù)據(jù)時序圖。從B站時序圖可見，18—25日，該站一直有積雪，19—23日積雪深度在6 cm以上。從地溫及雪面溫度變化看，19日07時以前，雪面溫度低于地面溫度，0 cm地面溫度維持在0℃附近。地溫傳感器位于積雪下，由于積雪的保溫作用［2，4］，雪面溫度低于地面溫度，因此該時間段地溫、雪面溫度觀測記錄無誤。20—25日一直維持有較厚的積雪，白天地面溫度升溫幅度達(dá)到5℃以上，應(yīng)該是值班員將積雪錯誤清除所致;該站地面溫度夜間變化幅度小，是因為該站為3次站，夜間不值守班，夜間降雪將地面溫度傳感器覆蓋(或地面?zhèn)鞲衅飨孪葸M(jìn)積雪中)，因為積雪的隔熱保溫作用，使得夜間地面溫度傳感器變化幅度較少。因此該站20—25日自動站地面溫度傳感器觀測數(shù)據(jù)有誤。19—20日，草溫傳感器溫度穩(wěn)定維持在0.5℃附近，變化幅度小，應(yīng)該是草溫傳感器被積雪覆蓋后，沒有及時從積雪里移置至雪面造成。21日雪面溫度突然從0℃降至-5℃以下，應(yīng)該是該天值班員將草溫傳感器從雪里拿出置于雪面觀測，該記錄是正確的。23日白天地溫由于錯誤清除積雪，溫度上升至10℃附近，草溫同時上升至3℃以上，這時積雪深度還有6 cm以上，23日積雪深度為別為9 cm、4 cm、2 cm，期間無降水天氣現(xiàn)象，24—25日雪面溫度高達(dá)8℃以上。該數(shù)據(jù)可疑，綜合分析其可能原因：一是該時段有日照，由于太陽直射溫度傳感器，導(dǎo)致草溫傳感器溫度急升;二是積雪融化較快，雪面下降使得草溫傳感器位于雪面以上，所測溫度為近雪面氣溫。根據(jù)規(guī)定［1］，觀測草面溫度的測站，在測站出現(xiàn)積雪后，應(yīng)該在20時將草溫傳感器轉(zhuǎn)移至雪面進(jìn)行雪面溫度觀測。在觀測雪溫期間，應(yīng)經(jīng)常巡視草溫傳感器，使其置于積雪表面上。湖南地理位置較偏南，雪后天氣放晴時，地面溫度上升較快，從圖上看，清除積雪后的地面溫度，可升至10℃左右，因此融雪速度較快。對于融雪時導(dǎo)致草溫傳感器裸露空氣中的情況，沒有作特別說明，筆者理解為在融雪時，應(yīng)加強(qiáng)巡視儀器，當(dāng)雪面下降使感應(yīng)器露出時，應(yīng)將草溫傳感器新安置，保持雪面溫度傳感器一半在雪里，一半在空氣里。

圖2 B站(a)、C站(b)自動站雪面溫度、地面溫度及雪深時序圖。虛線為自動站0 cm地溫小時變化曲線，實線為自動站雪面溫度小時變化曲線，單位℃;柱狀是當(dāng)日08時人工測量雪深，標(biāo)在次坐標(biāo)軸上，單位cm。

在積雪覆蓋期間，C站地面溫度一直維持在0℃附近，變化幅度小，因此自動站地面溫度觀測記錄可靠;同一時段雪面溫度變化平穩(wěn)，18—20日草面溫度傳感器溫度較0 cm地面溫度更高，19日隨著積雪深度加厚，草面溫度傳感器溫度有小幅上升，此記錄明顯有誤。經(jīng)查詢該站安裝草溫傳感器時，沒有預(yù)留出移動傳感器的線，導(dǎo)致草溫傳感器不能移動。由于雪面溫度傳感器位于草面，積雪覆蓋時，由于草葉的支撐，雪層下面的空氣較裸地更多，深層地溫向淺層和地表輸送的熱量更好的得到保持，草溫傳感器測量的是雪層下的氣溫，因此出現(xiàn)了草面溫度傳感器測得的溫度大于地面溫度的情況。也再次說明隨著積雪厚度加厚，雪層的保溫效果更好。20日隨著積雪加厚，雪層在重力作用下下降，草溫傳感器進(jìn)入雪層中，溫度出現(xiàn)0℃左右的直線。該站雪面溫度應(yīng)該做缺測處理。根據(jù)規(guī)定［1］，安裝草面溫度傳感器時，應(yīng)該預(yù)留0.5m的線，以便于在積雪出現(xiàn)后，將草溫傳感器轉(zhuǎn)置雪面，進(jìn)行雪面溫度觀測。

4 淺層地溫自動站人工站對比

圖3 E站1月自動站、人工站20時5 cm地溫(℃)、雪深(cm)時序圖

圖3是E站1月自動站5 cm地溫及人工站20時對比觀測時序圖，從圖中分析可知由于自動站和人工站距離近，數(shù)據(jù)變化基本一致。從19—23日，受積雪覆蓋，自動站5 cm地溫變化平穩(wěn)，呈緩慢下降趨勢，人工站5 cm地溫21日較自動站明顯偏高?？赡茉蚴侨斯ふ緶\層地溫積雪被破壞。從日照數(shù)據(jù)分析21日該站有5.5h日照，積雪破壞后，雪層的隔熱作用被破壞，太陽短波輻射被地面吸收并向地下輸送，造成人工站5 cm地溫明顯的上升。詢問該站得知，19日由于積雪深度太厚，曲管地溫表被積雪掩埋，在觀測前巡視儀器時，找不到地溫場，錯誤的將積雪破壞了，20日和21日的日照使得殘留的積雪快速融化，5 cm地溫人工站明顯高于自動站。

5 減少積雪覆蓋時的地溫觀測誤操作方法

根據(jù)實踐經(jīng)驗以及前期地溫觀測出現(xiàn)的一些常見問題，整理出減少雨雪天氣地面溫度錯情的方法：

①在冬季來臨前做好充分準(zhǔn)備，注重學(xué)習(xí)地面觀測有關(guān)業(yè)務(wù)理論知識，全面掌握觀測、記錄、發(fā)報、編制報表等一系列技術(shù)規(guī)定。

②值班前注意休息，特別是觀測前10min不要做其他事情，人工觀測注意復(fù)讀，避免誤讀。

③地面3只溫度表被雪埋住時，在降雪或吹雪停止后，小心將表從雪中取出(勿使水銀柱、游標(biāo)滑動)，水平地安裝在未被破壞的雪面上，感應(yīng)部分和表身埋入雪中一半。當(dāng)發(fā)現(xiàn)表身下陷雪內(nèi)，或在觀測前巡視時表身又被雪埋住時，均應(yīng)重新安裝在雪面上。讀數(shù)時若感應(yīng)部分又被雪蓋，可照常讀數(shù)。

④自動站地面溫度傳感器安裝在原地面溫度表和曲管地溫表東側(cè)的裸地內(nèi)。在巡視儀器時要查看地面溫度傳感器的埋設(shè)情況，保持地面溫度傳感器一半埋在土中，一半露出地面，擦拭沾附在上面的雨露和雜物，但是當(dāng)?shù)孛鏈囟葌鞲衅鞅环e雪埋住時仍按正常觀測，但需在觀測薄備注欄注明。此時不能破壞地面溫度傳感器上面的積雪。

⑤草溫/雪溫的觀測區(qū)域位于裸地地溫觀測區(qū)西側(cè)，傳感器安裝在距地6 cm高度處，并與地面大致平行。在冬季，當(dāng)有降雪但未掩沒草層時，繼續(xù)進(jìn)行草溫觀測。當(dāng)積雪掩沒草溫傳感器時，將傳感器置于原來的雪面上，這時測量雪面溫度，并在觀測薄備注欄注明起止日期。觀測雪溫期間，應(yīng)經(jīng)常巡視雪溫傳感器，使其置于積雪表面上，積雪融化后，繼續(xù)觀測草溫。草溫和雪溫觀測的切換應(yīng)在20時進(jìn)行。

⑥湖南屬于積雪時間較短的地區(qū)，在積雪將地溫場掩沒之前，做好標(biāo)記，便于觀測時迅速找到曲管地溫表位置;在積雪掩沒曲管地溫表后，可以把雪沿地溫表表身撥開一道縫，露出刻度線觀測，而不是成片扒開積雪。淺層地溫傳感器和直管地溫照常觀測，不能破壞原有積雪狀態(tài)。

堆積一定的積雪厚度對地面具有保溫和隔熱作用，對于錯誤清除自動站0 cm地溫傳感器積雪的臺站，或因為積雪厚度太厚，在尋找地溫場時將積雪破壞的臺站，建議通過堆積同樣厚度的積雪的辦法進(jìn)行補(bǔ)救。

［1］ 中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范［Z］.北京：氣象出版社，2003.

［2］ 孫軍杰，于溪濱，郭松林.不同積雪深度對地溫的增溫效應(yīng)［J］. 中國農(nóng)業(yè)氣象，1995，16(6)：49.

［3］ 劉冬梅，黃少平，周曉香.低溫雨雪冰凍天氣過程的自動站數(shù)據(jù)處理［J］. 貴州氣象，2009，35(3)：40-42.

［4］ 葛炳華，李運(yùn)鋒，劉國鋒.人工與遙測地面溫度有無積雪的對比分析［J］. 氣象與減災(zāi)，2007，(1)：30.

P412

B

1003-6598(2011)03-0054-04

2010-03-11

彭雙姿(1979-)，女，高工，主要從事大氣探測工作。