基于國家一般氣象站地溫場觀測的改進

劉 浪

南京信息工程大學應用氣象學院，江蘇南京 210044

0 引言

中國氣象局綜合觀測培訓實習基地（南京）位于南京信息工程大學內，屬于國家一般氣象站（簡稱一般站）。該氣象站的安裝以及分布嚴格按照《地面氣象觀測規范》進行，因此，該氣象站可以作為國家一般氣象站的典型代表。該氣象站地溫場的觀測主要為人工觀測，每天8時、14時、20時進行地溫場的觀測與記錄。）

1 深層地溫場

1.1 深層地溫場介紹

在觀測場內南面，面積為3*4（m2）的有淺草層覆蓋的觀測地段為深層地溫場。深層地溫觀測包括40cm、80cm、160cm、320cm土壤深層地溫，觀測儀器為直管地溫表。

直管地溫表是裝在帶有銅底帽的管型保護框中，保護框中部有一條狀長孔，使溫度表刻度部位顯露，便于讀數。保護框的頂部連接在一根木棒（或三節棒）上，整個木棒和地溫表（保護框）又放在一根硬橡膠套管內。木棒頂端有一個金屬蓋，恰好蓋住硬橡膠套管。木棒上幾處纏有絨圈，金屬蓋內裝有氈墊，以阻止管內空氣對流和管內外空氣交換，也可防止降水等物落入[1]。

《地面氣象觀測規范》中對于地溫場的分布有著明確的規定，但是由于下墊面性質的差異導致我國有著相當豐富的區域性氣候。因此，地溫場的設計一方面要按照《地面氣象觀測規范》的基本設計來布局，另一方面也要充分考慮當地的氣候條件以及典型天氣過程來輔助改進地溫場的設計。下面就基于南京的氣候特點，針對該一般站深層地溫觀測提出一些改進的措施。

1.2 南京氣候特點

南京素有“火爐之稱”。近50年來南京夏季、冬季和全年的平均氣溫均在升高，未來仍將繼續升高[2]。由于夏季深層地溫與外界地溫相差甚大，2011年07月03日14時該一般站地下溫度與地表溫度以及氣溫的數據。

可見，由于夏季地下與外界溫差較大，在將直管溫度表往外拿取讀數的時候，尤其是在讀取160、320cm地溫表時，由于經過了從地下到地面長距離的拿取，使得在拿出過程中，溫度已經發生變化。我們知道，傳統的直管地溫表底部都有銅底帽，銅底帽中裝有許多銅屑，這樣做的主要目的就是為了增強溫度變化的滯后性，但是即使在這樣的條件下，有時候在拿取過程中溫度也會變化。

徐輝[3]曾針對襄樊市氣象臺做過這樣一個實驗，即以去掉氈墊、絨圈和銅屑的直管地溫表作為比對實驗，以嚴格按照《規范》安裝的作為原始數據，實驗結果顯示對比數據比原始記錄值偏高0.4℃ ～0.7℃。

所以說，氈墊、絨圈和銅屑對延遲溫度表示數變化起到了相當關鍵的作用。

1.3 觀測改進和注意事項

為了保證深層地溫讀數能準確反映地溫客觀值，在深層地溫場維護時就應該注重對氈墊、絨圈的維護。特別要定期檢查銅屑的漏失情況。

另外，該一般站在深層地溫場的北邊約20cm處安有高約40cm的平臺，設計初衷是在觀測讀數時，方便觀測人員拿取深層直管地溫表進行讀數，以及防止踩踏淺草層而影響觀測。但是觀測讀數時外界的陽光直射對讀數有很大影響，所以該站臺應當安置在深層地溫場的南側而不是在北側，在觀測時盡量背對太陽直射方向，用身影遮住地溫表。

本文對于直管溫度表提出一種新的改進方法：可以考慮不必將溫度表從地下深層拿出而進行間接觀測。可以利用光纖探頭深入地下進行讀數，原理可借鑒醫學上的“胃鏡”，這樣可避免在拿出直管溫度表觀測時，由于土壤層溫度分布不均勻以及地下與地上溫度差異大所引起的溫度誤差，又相比與自動傳感器不能真實反映深層地溫，這種新式深層地溫觀測方法值得深入研究。

2 淺層地溫場

2.1 淺層地溫場介紹

淺層地溫場是指地表（0cm）溫度、地面最高、地面最低，以及5cm、10cm、15cm、20cm地溫。該深度范圍的地溫場分布、安裝以及觀測讀數應當完全按照《地面氣象觀測規范》來進行。

本文主要結合南京當地的氣候條件以及典型的天氣現象來提出對該一般站排水上的建設性意見。

梅雨季節，南京降水量巨大。2011年江蘇省氣象臺宣布南京6月14日入梅，7月21日出梅，在12年來最長梅雨季節中的降水量相當驚人。省氣象臺18日發布暴雨藍色預警信號，南京局部地區，降雨量超過50mm。這對于淺層地溫場來說就需要及時的排水措施。但是該一般站卻沒有采取任何的排水措施，這對于淺層地溫的觀測帶來了諸多的不便以及數據的不準確。

2.2 排水措施設想

地溫場排水問題一直困擾著頻發強降水天氣的氣象站臺，強降水不僅會影響地溫的觀測而且還會導致地溫場泥土的丟失。有的一般站通過渠道引流來解決地溫場積水問題。但是暴雨過后渠道中會留有相當部分的積水，水渠積水會形成一定的小氣候，減小地表反射率，增大土壤容積熱容量，對地表溫度有較大影響。所以不能單純的利用渠道來排水。

對于國家一般站淺層地溫場的排水措施可借鑒于李建林、陳銳[4]等人對于貴陽國家基準氣候站的改造方案：

開挖內徑為1.78m×3.78m、外徑為2.26m×4.26m、深為0.22m圍欄基礎(必須調整水平)；用水泥沙漿將24cm×11cm×6cm砌墻磚固定于基礎內，磚與磚之間留4cm左右間隔(便于雨水滲透)，間隔間用泥土填平；2）在挖好的基礎上再用24cm*11cm*6cm砌墻磚側立著砌成內徑為2.02m*4.02m的圍欄墻，墻頂高度與地溫場平面持平，同時在南北方圍攔上分別各留排水孔4～5個，東西方圍欄上分別各留排水孔2～3個，孔間距離約50cm～60cm；3）在砌好的圍欄頂部和兩側分別貼上6*24cm 條形鋼磚，然后用泥土填平圍欄內外側，泥土填至距圍欄頂部2cm左右處。

實驗證明，改進后的地溫場，透水性能好，遇強降水天氣時場內不會形成積水，可以有效緩解強降水對地溫場穩定性的影響。

3 結論

1）對于深層地溫場中的人工觀測，觀測站臺應當安置在地溫場南側。觀測讀數時應當背對太陽光直射方向，用身影遮住地溫表讀數，拿出地溫表以及讀數時應當迅速準確；

2）可以利用醫學“胃鏡”的原理對深層地溫表進行改進，達到可以不拿出地溫表就可以間接讀數的目的，從而防止不必要的誤差。但這種方法尚待進一步的研究；

3）對于年降雨量較大的氣象臺站應當著重考慮淺層地溫場的排水措施，但應注意避免簡單的在地表挖掘淺渠作為排水措施。

[1]中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003：85-88.

[2]張國存，查良松.南京近50年來氣候變化即未來趨勢分析[J].安徽師范大學學報(自然科學版)，2008，31(6)：580-584.

[3]徐輝.應重視直管地溫表檢查維護[J].氣象，31(4)：88.

[4]李建林，陳銳.淺談對地溫場的改造[J].貴州氣象，2002，26(2)：44.