阿拉爾自動氣象站與人工觀測氣溫對比分析

徐生斌

（新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000）

1 基本概況

1.1 測站基本概況

阿拉爾水文站設(shè)立于1956年1月，位于阿克蘇地區(qū)阿拉爾市，塔里木河干流上游段三河匯合口肖峽克以下48 km 處，東經(jīng)81°17′59″，北緯40°32′13″，測站高程1 000 m（85 基準基面），距塔里木河流域上游（阿克蘇、葉爾羌河、和田河）三條源流匯合口以下約14 km 為塔里木河上游的水量總控制站，擔(dān)負著塔里木河流域防汛、抗旱的重擔(dān)。阿拉爾水文站是國家重要水文站及全國重點報汛站，塔里木河流域是中國也是世界上最大的內(nèi)陸河流域，位于西北旱區(qū)內(nèi)陸盆地，流域總面積102萬km。從葉爾羌河河源（即塔里木河河源）拉斯開木河至臺特瑪湖，河流全長2 437 km。

1.2 氣候特征

塔里木河阿拉爾水文站屬大陸性暖溫帶干旱氣候，位于塔克拉瑪干沙漠邊緣，其特點是：降水較少，蒸發(fā)旺盛，氣溫晝夜溫差較大，光照充足，空氣干燥，冬春較長，夏秋較短，降水主要集中在夏季。流域歷年平均氣溫12.40 ℃，極端最高氣溫42.10 ℃（2017年7月10日），極端最低氣溫零下-24.0 ℃（2008年1 月30 日），多年平均降水量52.40 mm，多年平均蒸發(fā)量1 820 mm，最大蒸發(fā)量27.07 mm（2008年6月11日），無霜期172 d。

2 自動與人工資料對比及相關(guān)分析

2.1 觀測氣溫觀測對比分析

該站氣象場場地設(shè)于阿拉爾水文站院內(nèi)，塔里木河北岸600 m 處。占地面積320 m2，自動氣象站有氣象六要素包括氣溫、降水、蒸發(fā)，進行對比觀測，各項設(shè)備按氣象規(guī)范要求設(shè)置于氣象設(shè)備場內(nèi)，符合國家規(guī)范要求標準。

依據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》2.4條規(guī)定，結(jié)合本站實際，采用2022年6—8月氣象觀測資料進行對比觀測及分析，8時、14時、20時、日最高、日最低自動與人工觀測氣溫相關(guān)圖，如圖1～5。

圖1 8時自動與人工觀測值相關(guān)圖

圖2 14時自動與人工觀測值相關(guān)圖

圖3 20時自動與人工觀測值相關(guān)圖

圖4 20時最高自動與人工觀測值相關(guān)圖

圖5 20時最低自動與人工觀測值相關(guān)圖

由以上相關(guān)圖可以看出，8時、14時、20時、日最高、日最低自動與人工觀測氣溫相關(guān)系分別為0.981 6、0.984 3、0.982 7、0.941 7、0.923 1，人工觀測與自動觀測的相關(guān)點在圖上分布密集，呈直線趨勢，兩者的相關(guān)系數(shù)很高，說明兩種觀測方式取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)存在明確的線性關(guān)系，斜率接近1，且相關(guān)關(guān)系顯著。

2.2 對比偏差分析

點繪各時段人工數(shù)據(jù)與自動觀測數(shù)據(jù)偏差過程線圖，具體見圖6。

圖6 各時段人工數(shù)據(jù)與自動觀測數(shù)據(jù)偏差過程線圖

由圖1以及樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，自記氣溫與人工8時氣溫外偏差系統(tǒng)較小，最大偏差為±1.90°出現(xiàn)在最高氣溫里面，最小為±0.00°系統(tǒng)誤差為在-0.02～2.09，標準差在0.40～1.10。

從樣本數(shù)據(jù)整體偏差分析，自動氣象儀器較人工觀測值系統(tǒng)性偏小，通過一日氣溫變化過程分析，6—8月三個月的最高氣溫出現(xiàn)一般在17—18點。結(jié)合數(shù)據(jù)分析早上8點氣溫比較穩(wěn)定，所以早上8時氣溫比較接近偏差0.00，8時以后13—20時升溫過程，20 時以后氣溫開始降，14 時升溫比較快，所以自動和人工值偏差約0.90，20 時氣溫值偏差0.30。偏差可忽略不計，最低氣溫一般出現(xiàn)在凌晨，處于降溫過程，數(shù)據(jù)上反映自動較人工值偏差約0.40。

3 產(chǎn)生差異的主要原因有：

①人工氣象站在數(shù)據(jù)收集過程中，由于人為操作的不確定性，可能存在觀測誤差。觀察員的主觀因素和精度限制，可能會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的影響。而自動氣象站具有高精度、高穩(wěn)定性和連續(xù)性的特點，可以減少人為因素的干擾，提高數(shù)據(jù)的準確性。②人工氣象站和自動氣象站各有其特點和適用范圍。人工氣象站側(cè)重于一些特殊情況和特定環(huán)境，而自動氣象站注重數(shù)據(jù)連續(xù)性和大范圍覆蓋，適用于對大量數(shù)據(jù)的快速獲取和分析。無論人工氣象站還是自動氣象站，在氣象觀測和預(yù)報中扮演著重要的角色，提供了寶貴的氣象數(shù)據(jù)，助力各行各業(yè)的發(fā)展和決策。

4 結(jié)語

自動觀測與人工觀測對比觀測中，從日出開始氣溫逐漸升高，自動觀測氣溫開始與人工觀測氣溫基本一致，符合《氣象觀測規(guī)范》觀測要求，通過自動站觀測氣溫和人工觀測的氣溫要素進行比較分析，自動站各要素與人工觀測值相關(guān)度很高，接近于1，這說明自動站測量數(shù)據(jù)理論精度較高，同時能實現(xiàn)自動站的可靠測量，滿足相應(yīng)規(guī)范的技術(shù)要求，氣溫完全可代替人工觀測值，并應(yīng)用于阿拉爾站氣溫觀測及資料整編。隨著科技的進步，未來人工氣象站和自動氣象站繼續(xù)發(fā)展和完善，相輔相成，共同為人類提供更精準的氣象信息。