自動氣象站正點草面溫度觀測數(shù)據(jù)跳變分析

李 燕，劉博文，馬永林，方曉斌，楊鳳瓊

(1.云南省楚雄州氣象局，云南 楚雄 675000;2.云南省氣象臺，云南 昆明 650034)

1 引言

在冬季進行自動氣象站地面測報數(shù)據(jù)質(zhì)量控制時，在晴好天氣，日落—日出的時段內(nèi)，草面溫度會經(jīng)常出現(xiàn)跳變的情況，運行測報軟件，進入“數(shù)據(jù)維護”、“格檢審核A文件”，則提示:草面溫度“相鄰前后兩時次的變化異?！?。草面溫度跳變的情況各自動氣象站都會出現(xiàn)，若只從各時次的數(shù)據(jù)變化看，則易被認為是疑誤數(shù)據(jù)和錯誤數(shù)據(jù)，本文對此問題進行分析。

2 冬夏及白晝草面溫度不連續(xù)變化統(tǒng)計特征

將2013年1月、7月草面溫度跳變情況進行統(tǒng)計，如表 1、表 2。

表1 1月草面溫度不連續(xù)變化情況統(tǒng)計

由表1統(tǒng)計得出，冬季1月份，統(tǒng)計的10個站點中，有9個站點出現(xiàn)草面溫度跳變現(xiàn)象。18—21時為日落前后時段，有7個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。06—09時為日出前后時段，有6個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。10—17時為白天，無日出和日落的變化，有1個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。22—次日05時為夜間，有9個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。出現(xiàn)跳變現(xiàn)象的各時次及前后時次無天氣現(xiàn)象。

由表2可知，夏季7月份，統(tǒng)計的10個站點中，有4個站點出現(xiàn)草面溫度跳變現(xiàn)象。18—21時為日落前后時段，有3個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。06—09時為日出前后時段，有0個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。10—17時為白天，有2個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。22—次日05時為夜間，有1個站點出現(xiàn)跳變現(xiàn)象。出現(xiàn)跳變現(xiàn)象時各時次內(nèi)多有天氣現(xiàn)象。

表2 7月草面溫度不連續(xù)變化情況統(tǒng)計

3 草面溫度出現(xiàn)跳變原因分析

在觀測使用的氣象儀器完好，經(jīng)檢測和檢定儀器性能正常的情況下，觀測到的氣象要素數(shù)據(jù)為正確數(shù)據(jù)，若某一正確數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，其它一個或幾個氣象要素數(shù)據(jù)也會發(fā)生變化，某個氣象要素數(shù)據(jù)的變化與其它要素的變化有緊密的聯(lián)系，而不是孤立的變化。直接影響草面溫度的氣象要素有日照、天氣、云量、風。下面從這幾個氣象要素的變化來分析草面溫度的變化。

3.1 日照變化與草面溫度變化分析

18—21時、06—09時為日落和日出時段，由于太陽高度角的變化，會使太陽輻射增加和減弱，從而使近地層的空氣溫度即草面溫度發(fā)生變化。從表1看出，日落和日出時段，10個站點有8個站出現(xiàn)草面溫度跳變現(xiàn)象，出現(xiàn)次數(shù)最多的站點有24次，對應跳變時次和前后時次無天氣現(xiàn)象。

由表1統(tǒng)計得出，冬季(1月)日落和日出時段草面溫度跳變出現(xiàn)頻繁。夏季出現(xiàn)頻次很低，見表2。由于冬季為干季，天空晴朗無云，夜間輻射冷卻劇烈，近地層空氣溫度較低，白天和夜間近地層空氣溫度差值大，日出后升溫較快，日落后降溫也快，故在日落和日出時段草面溫度出現(xiàn)跳變。夏季為濕季，天空云量較多，夜間輻射冷卻沒有冬季強烈，白天和夜間近地層空氣溫度差值沒有冬季大，日出和日落后升溫和降溫速度沒有冬季快，在日落和日出時段草面溫度很少出現(xiàn)跳變情況。

3.2 天氣變化與草面溫度變化分析

從表2統(tǒng)計得出，草面溫度出現(xiàn)跳變現(xiàn)象較少，夏季(7月)草面溫度出現(xiàn)跳變時次多有天氣現(xiàn)象。將表2統(tǒng)計出的7月出現(xiàn)跳變站點在跳變時次對應的天氣情況及云量變化統(tǒng)計于表3。

表3 7月草面溫度跳變對應天氣現(xiàn)象或云量

夏季為濕季，多雷雨天氣出現(xiàn)，夏季草面溫度出現(xiàn)跳變的情況較少，若出現(xiàn)跳變，有雷雨天氣出現(xiàn)或天空云量的變化，見表3。有降水和雷暴天氣現(xiàn)象出現(xiàn)，將會使近地層空氣溫度下降。白天，云量增加會遮蔽陽光照射，使近地層空氣溫度下降;云量減少，有陽光照射，使近地層空氣溫度上升。夏季草面溫度出現(xiàn)不連續(xù)變化是由于天氣變化和天空云量的變化造成的。

3.3 風速變化與草面溫度變化分析

由表1統(tǒng)計得出，冬季(1月)夜間(22—05時)，10個站點中，有9個站點出現(xiàn)草面溫度跳變現(xiàn)象，出現(xiàn)次數(shù)最多的站點有11次，跳變時次及前后時次無天氣現(xiàn)象，見表1。由表1統(tǒng)計看出，冬季夜間出現(xiàn)草面溫度跳變現(xiàn)象較多，且無天氣變化影響。

3.3.1 草面溫度跳變與風速變化特征 根據(jù)表1所列，隨意選取表中4個站點夜間 (22—05時)任一時次草面溫度跳變時次及前后時次草面溫度觀測數(shù)據(jù)和10 min風速對應時次的風速觀測數(shù)據(jù)，作曲線圖，如圖1-4。

由圖1-4看出，草面溫度出現(xiàn)跳變時次，10 min風速的變化趨勢和草面溫度的變化一致，當風速增大時，草面溫度升高，當風速減小，草面溫度降低。

3.3.2 風速變化與草面溫度跳變分析 由圖1-4看出，草面溫度隨風速的增大上升，風速減小下降。草面溫度傳感器安裝在距地6 cm高度處，并與地面大致平行，草面溫度為近地層空氣溫度。冬季為干季，天氣多晴朗無云，夜間因輻射冷卻，近地層空氣溫度較低，因地面長有草層，由于草層的覆蓋作用，會極大的阻止地面向空中放出長波輻射，草層下的地表溫度相對較高，從而使貼地層的空氣溫度也較高。由于風是空氣運動產(chǎn)生的氣流，若突然起風或風速突然增大，地表上的暖空氣會進行流動，由于暖空氣密度相對較小，會作上升運動，使近地層或更高層的空氣溫度升高，風速越大，暖空氣上升速度越快，到達的高度越高，使草面溫度升高。若風速減小或無風，會減緩地表暖空氣的上升運動速度，或無暖空氣作上升運動，由于冷空氣密度相對較大，空中的冷空氣還會作下沉運動，風速越接近靜風，近地層溫度就越低，使草面溫度降低。

圖1 56768站點2013年1月7日01時及前后時次草面溫度和10 min風速變化曲線

圖2 56763站點2013年1月3日02時及前后時次草面溫度和10 min風速變化曲線

圖3 56766站點2013年1月4日03時及前后時次草面溫度和10 min風速變化曲線

圖4 56777站點2013年1月7日22時及前后時次草面溫度和10 min風速變化曲線

4 小結

根據(jù)上述分析，在儀器檢定合格，儀器設備無故障時，草面溫度觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變，不能輕易判斷草面溫度觀測數(shù)據(jù)錯誤。草面溫度數(shù)據(jù)跳變的出現(xiàn)與季節(jié)有關。

4.1 冬季草面溫度出現(xiàn)跳變頻率高

冬季草面溫度出現(xiàn)跳變的頻次高，出現(xiàn)時段為日出和日落前后，出現(xiàn)跳變的原因是受太陽輻射的影響，日出增溫幅度大，日落降溫幅度大，故出現(xiàn)跳變。

出現(xiàn)時段為夜間，出現(xiàn)跳變的原因是受風速的影響，風速增加，草面溫度升高，風速減小，草面溫度降低，風速變化幅度越大，草面溫度升溫和降溫變化越大。

4.2 夏季草面溫度出現(xiàn)跳變頻率低

夏季草面溫度出現(xiàn)跳變的頻次低，若出現(xiàn)跳變，是受天氣變化的影響，有降水和雷暴時草面溫度降低。

出現(xiàn)跳變的另一個原因是受云量的影響，天空中云量增多會遮蔽陽光，使草面溫度下降，云量減少，陽光照射增強，使草面溫度升高。

［1］中國氣象局.地面氣象觀測規(guī)范［M］.北京:氣象出版社，2003，11.

［2］中國氣象局.地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件和記錄薄表格式［M］.北京:氣象出版社，2005.

［3］中國氣象局.地面氣象測報業(yè)務軟件(OSSMO 2004)操作手冊［M］.北京:氣象出版社，2012.

［4］中國氣象局.地面氣象電碼手冊［M］.北京:氣象出版社，1999.