管窺新型站與備份站自動氣象站的數據差異

李斌

摘 要：隨著我國氣象自動化的不斷進步，新型自動氣象站開始投入使用。山西省氣象站也完成了新型自動氣象站的建設，采用雙軌觀測業務運行方式，極大地提升了對氣象數據觀測的質量和精度。通過對原平市氣象站新型站和備份站的數據資料比較和評估，了解這兩套自動氣象站的數據差異，基本認定這兩套自動氣象站的數據完整，沒有缺少、遺漏的現象，設備性能也較為穩定，可以實現相互替代，確保氣象數據資料的代表性、準確性和比較性。

關鍵詞：新型自動氣象站；備份自動氣象站；數據；差異

在我國社會對氣象服務能力不斷提升的背景下，新型自動氣象站穩步建設和運行，并逐步實現全自動氣象監測，以滿足社會需求。通過近年來業務對比觀測，新型站進入單軌運行階段，并極大地提升氣象數據觀測的質量和精度。然而，單套氣象自動站還會受到傳感器基點漂移或電磁干擾等問題。因而，難免出現異常，影響氣象站的運行穩定，就需要同要素的正常數據的對比和評估，以及時發現氣象數據觀測的異常。備份站部分氣象要素未實現自動觀測，而人工觀測有主觀因素干擾，數據存在著極大的差異。因而，需要采用新型自動氣象站與備份自動氣象站的數據觀測比較和評估，分析其差異狀態，以便更好地確保氣象觀測數據的完整性和質量，為人們的生產、生活服務。

1 氣象觀測數據的統計來源

以山西省原平市基本氣象站來看，新型自動氣象站和備份自動氣象站的數據涉及的內容要素主要有：氣壓、氣溫、相對濕度、降水、風速風向等。山西省原平市自動氣象站的站號為53673，經緯度分別為112.43°E和38.44°N，海拔高度為828.2m。取山西省原平市2015年1月、4月、8月、11月的數據觀測結果來看，新型自動氣象站則觀測的數據較為全面而且完整。

1月：觀測數據結果為：平均氣溫-4.2℃，較歷年同期偏高2.8℃；月總降水量0.7mm，較歷年同期偏少1.1mm。

4月：新型站的觀測結果為，月平均氣溫為12.4℃，比歷年同期平均12.0℃偏高0.4℃；月總降水量14.8mm，比歷年同期偏少1.3mm。

8月：新型站的觀測結果為，月平均氣溫22.9℃，較歷年同期21.7℃偏高1.2℃；月總降水量31.5mm，較歷年同期偏少75.1mm。

11月：新型站的觀測結果為，月平均氣溫3.1℃，較歷年同期1.3℃偏高1.8℃；月總降水量36.5mm，較歷年同期偏多28.7mm。

2 數據差異性比較和分析的方法

對于新型自動氣象站和備份自動氣象站的觀測數據來看，可以采用數據差異性分析評估的方式，進行不同氣象站觀測數據的差值平均值、差值標準差、一致率、粗差率、超差率等分析，具體評估指標和標準主要是以自動氣象站的功能書為依據。

2.1 對比差值及其平均值

通過對新型自動氣象站和備份自動氣象站的觀測數據比較，可以計算出不同氣象站的對比差值及其平均值，具體比較公式如下所示：

在上述公式中，Ai代表新型自動氣象站第i次的數據觀測值；Bi代表備份自動氣象站第i次的數據觀測值；Xi代表特定要素觀測第i次的對比差值，有效樣本數為N。

2.2 差值標準差

這個數據比較差異性主要反映出新型自動氣象站和備份自動氣象站1之間，觀測數據的偏差的離散程度，其比較公式如下所示：

上述公式中，σ代表新型自動氣象站和備份自動氣象站的對比差值標準差。

2.3 一致率

這個評價指標主要是用于比較和評估新型自動氣象站和備份站自動氣象站的觀測數據的一致性程度，如果兩個站的數據觀測對比差值≤標準差的兩倍，就可以認定新型自動氣象站和備份站自動氣象站的數據觀測相一致。其計算公式如下所示：

2.4 粗差率

在這個評價指標中，主要是比較反映新型自動氣象站和備份站自動氣象站的數據異常值的增減狀態。如果|X-Xi|〉3σ，那么可以認為是粗差。

2.5 超差率

這個評價指標中，需要結合自動氣象站自動觀測儀器和性能，當自動氣象站觀測的數據超過了儀器所感應的最大允許誤差兩倍的百分比時，就視為超差，其計算公式如下所示：

在比較評價的要素之中，最大允許的誤差限定值為：氣溫誤差允許誤差值在0.2℃之內；相對濕度為5%之內；氣壓控制在0.3hPa，地溫在0.3℃之內。

3 新型自動氣象站與備份站自動氣象站的數據評估

3.1 差值評估

對比差值對于新型自動氣象站和備份站自動氣象站之間的偏差，直接反映出氣溫、氣壓、相對濕度、地溫等要素的狀態，絕大部分的差值均值較小，屬于可控的允許誤差范圍之內。

3.2 不同要素差值的比較特征

通過對山西省原平市的自動氣象數據差值分析，可以獲得其相關特征，具體來說，新型自動氣象站和備份站自動氣象站的觀測數據一致率較高，粗差率較低。具體來說在新型自動氣象站和備份站自動氣象站的一致率方面，相對濕度、氣壓和地溫的一致率較高；從粗差率來看，地溫的粗差率較高，其他要素的粗差率較小。

4 結語

綜上所述，新型自動氣象站與備份站自動氣象站之間的數據觀測值差異不大，較為穩定。氣壓、氣溫和相對濕度等要素的一致率較高，粗差率較小。地溫的差異較高的原因可能與儀器運行的時間較長有關，也有設備自身的系統偏差因素以及特殊的小氣候的影響等。因而，可以實現新型自動氣象站與備份站自動氣象站之間的替代，從而極大地提高自動氣象站的數據觀測自動化水平，減輕人工觀測方式觀測人員的勞動強度，并且極大地增強了數據觀測資料的代表性、準確性和比較性。

參考文獻

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（作者單位：山西省原平市氣象局）