淺談基層臺站草面溫度數據質量控制

摘 要：針對基層氣象臺站草面溫度數據質量控制缺乏經驗的問題，為了增強基層臺站草溫數據質量控制能力，本文從草溫傳感器的安裝維護、時間一致性分析、與其他要素的分析比較方法以及草溫審核規則庫的建立方面，總結了基層臺站草面溫度數據質量控制方法。

關鍵詞：基層臺站；草面溫度；質量控制

中圖分類號：S16 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171032061

互助站于2014年開始運行新型自動氣象站，新增了草溫觀測項目，由于沒有歷史資料，極值數據庫及報警參數的建立有一定困難。自動站在運行過程中有時會出現記錄異常，對草面溫度的異常記錄需要通過人工判斷和處理，對于不同的情況具體分析，保證上傳的觀測記錄準確無誤。程愛珍等[1]分析了天氣現象變化與草溫變化的關系，對草面溫度數據進行質量控制；也有的文章對草面溫度的變化規律以及和氣溫、地溫等要素的對比進行分析[2-3]。本文利用互助站2014—2016年觀測資料，從草溫傳感器的安裝維護、時間一致性分析、與其他要素的分析比較方法以及草溫極值數據庫的建立等各個方面對基層氣象站草面溫度數據質量控制方法進行綜合總結，以期為基層臺站草面溫度數據質量控制提供參考。

1 安裝與維護

草面溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器，安裝在觀測場內地溫場西側，傳感器距離地面高度為6cm，要和地面保持平行。冬季當積雪掩埋草溫傳感器時，將傳感器安置在原來位置的雪面上，這時測量的是雪面溫度。日常維護中，保持傳感器的清潔。草溫觀測場地保持均勻草層，草高應在6～10cm，草高低于6cm時，會使傳感器懸空，草高超過10cm時，應及時修剪。

2 時間一致性分析

氣象要素的時間一致性檢驗是指要素隨時間的變化是否符合客觀規律的檢驗[4]。也就是要素值與時間有著較好的相關性，某一時段內的變化在一定范圍之內，前后兩個值沒有跳變現象。時間一致性，可以通過時變檢查來實現，根據要素在某一時段內可能出現的變化范圍來判斷要素的質量。

通過對互助站草溫觀測資料的分析，總結了草溫1min、1h的時變最大值（表1）。

3 多要素分析比較

3.1 草面溫度與地面溫度、氣溫的對比

利用互助氣象站距離草層下墊面6cm高度處溫度（以下簡稱草溫）、裸露土壤表面0cm溫度（以下簡稱地溫）和距離地面1.5m高度處溫度（以下簡稱氣溫）觀測資料，對比分析三者的差異及年變化、日變化規律。草溫、地溫和氣溫，測量的都是距離下墊面一定高度處的溫度，三者之間有著密切的關系，計算草溫、地溫和氣溫之間的差值，分析其規律，可以發現草溫的異常記錄。

3.1.1 草溫、地溫和氣溫的年觀測值對比

由表2可知，草溫的年平均值介于地溫和氣溫之間，平均最高值高于地溫和氣溫，年平均最低值低于地溫和氣溫。極端最高溫度中，地溫最高，草溫次之，氣溫最低；極端最低溫度中，草溫最低，然后是氣溫，最后是地溫；草溫年變化振幅最大，然后是地溫，氣溫變化振幅最小。

3.1.2 年變化

草溫、氣溫和地溫的年變化趨勢基本相同（圖1）。從2月開始溫度逐漸升高，至6、7月達到最高，之后開始下降，到12月至次年1月達到最低值。草溫與地溫差異不大，變化趨勢也一致，草溫低于地溫。由于變化振幅不同，草溫與氣溫曲線相交，地溫與草溫的變化幅度大于氣溫。

3.1.3 日變化

在3種溫度的日變化中，草溫的變化幅度最大，地溫次之，氣溫變化幅度最小（圖2）。日出后，3種溫度都開始升高，草溫和地溫于13：00—15：00時達到最高，氣溫稍滯后，于15：00—17：00時達到最大值。日落后三者都開始降低，于日出前達到最低。日出后三者差異顯著，日落至日出前差異不明顯。

3.2 日照、輻射對草面溫度的影響

草溫的日際變化與日照有很大的關系。在有陽光照射時，草面溫度升高，光照越強升溫越快。在無云的白天，光照好，太陽輻射強度從日出開始逐漸增大，到正午達到最大值，然后又開始逐漸減小。下墊面接受太陽輻射，草溫變化規律與輻射相似，白天逐步上升，午后達到最高值，此后又逐漸降低。由于熱量積累的最大值對太陽輻射強度有一定的滯后性，草溫最高值的出現時間比最大輻照度滯后2h左右，一般出現在13：00—15：00時。隨后又逐漸減小，夜間，地面輻射冷卻，草溫持續降低，到凌晨達到最低值。全日陰天無日照時，輻射變化不明顯，草溫的變化也相對較少。

3.3 天氣過程對草面溫度的影響

3.3.1 冷空氣的影響

由于熱量的對流與交換，草面溫度與氣溫關系密切。當有冷空氣到來時，草溫隨之降低，冷空氣越強降溫幅度越大。冷空氣過境以后，草溫又緩慢回升，如表3，2014年10月28日冷空氣影響造成草溫非正常變化，與前后2日有明顯差異。

3.3.2 降水的影響

有降水時，雨水落到下墊面和傳感器上，下墊面和傳感器的熱量傳遞給雨水，加上雨滴蒸發造成的熱量損失，使草溫下降，當熱量交換達到平衡時，草溫變化緩慢。降水結束時，草溫又開始升高。例如表4，2014年5月17日，10：46—12：03有陣雨，11：00、12：00時草溫受降水影響出現波動，降水結束后又明顯升高。

4 建立草面溫度極值數據庫

草溫是新增觀測項目，地面質控規則庫中關于草溫的內容都為空，本文利用互助站2014—2016年觀測資料，建立基本適用本站的草溫極值數據，在報警設置中設置為超過極值時報警，作為草溫項目人工質量控制的補充和參考。

氣候極限值是根據歷史極值確定的，范圍太寬容易造成疑誤記錄不能被發現，范圍太窄會使程序產生大量報警記錄。表5是根據互助站2014—2016年觀測資料以及氣候條件確定的草溫范圍。

5 結論

基層臺站草面溫度的質量控制，要保證儀器正確安裝與維護。平時工作中密切監視數據的變化，當有數據異常時，與氣溫、地溫、天氣現象等要素比較分析，確定儀器是否出現了漂移。并逐步建立更新草溫極值數據庫，作為人工質量控制的補充和參考。

參考文獻

[1]程愛珍，何秋香，黃理，等.氣象要素對草面溫度的影響分析及其質量控制方法[J].氣象研究與應用，2009，30（1）：70-72，82.

[2]李雄，董蕙青，黃嘉華，等.南京各種下墊面溫度特征及預報方法探討[J].氣象科技，2005，33（6）：487-491.

[3]鄧天宏，王國安，焦建麗，等.草溫、0cm地溫、氣溫間變化規律分析[J].氣象與環境科學，2009，32（4）：47-50.

[4]王伯民.基本氣象資料質量控制綜合判別法的研究[J].應用氣象學報，2004，15（增刊）：50-59.

[5]王海軍，楊志彪，楊代才，等.自動氣象站實時資料自動質量控制方法及其應用[J].氣象，2007，33（10）：102-109.

[6]中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，

2003.

作者簡介：郭守生（1978-），女，從事縣級綜合氣象業務。