卓尼自動站風杯凍結氣象條件分析及數據處理方法

楊 揚

甘肅省卓尼縣氣象局 ，甘肅 卓尼 747600

一、數據及方法

（一）資料說明

選取2015-2018年卓尼站風杯凍結總次數30次數據。

（二）方法

概率統計方法包括條件概率，氣象要素物理分析方法，氣溫、濕度、風速要素風杯凍結后不正常記錄處理方法。

二、結果分析

（一）自動站風杯凍結的月分布

月變化特征明顯，風杯凍結主要出現在11月至次年3月，出現頻率占總數的87%，其中1月出現的頻率最高，占總次數的27%，12月占總次數的20%，3月占總次數的17%，11月占總次數的13%，2月占總次數的10%，4月、5月、10月偶爾出現，6-9月無凍結。風杯凍結主要伴隨的天氣現象：雪、雨夾雪，降雪致使風杯凍結占總次數的77%，雨夾雪致使風杯凍結占總次數的23%。降雪致使風杯凍結的月份有1-3月、11-12月，其中1-2月、12月占滿全月，3月、11月是部分。雨夾雪致使風杯凍結主要月份有：4-5月、10月，其中3月、11月也偶爾出現。

（二）自動站風杯被凍時間

對卓尼站2015-2018年風杯凍結個例分析得出，凍結時間主要出現在02時至06時之間，10時至20時之間。凍結前降雪、雨夾雪持續時間長達4h以上或雪、雨夾雪停止后1h之內。

（三）自動站風杯凍結時的氣象條件分析

根據卓尼地面觀測站A、J文件（A文件為地面月報文件、J文件為地面月分鐘數據文件），對比較典型的2次風杯凍結個例進行統計分析；結果列于表2、表3、圖1、圖2。

表1 自動站風杯凍結時的氣象條件分析

表2 卓尼站2015年4月6日02時01分至06時00分風杯被凍結前1小時、半小時氣象要素統計表

表3 卓尼站2016年1月31日10時26分至19時57分風杯被凍結前1小時、半小時氣象要素統計表

圖1 2015年4月6日02時01分至06時00分風杯凍結前1小時氣溫、風速變化情況

圖2 2016年1月31日10時26分至19時57分風杯凍結前1小時氣溫、風速變化情況

卓尼站2015年4月5日19時34分開始降雨，持續到6日夜間由雨轉化為雨夾雪，從表2得知，6日夜間凍前1h、0.5h平均氣溫均為0.6℃，因氣溫較高，濕度減小，部分融化的液態水會流到轉子與定子之間的縫隙里，從A文件資料得知，02h凍結時的氣溫為-0.3℃，氣溫在-1.0～1.0℃之間變化，促成了融化和凍結兩個過程交替持續[1]，液態水就會發生凍結，從圖1得知凍前1h、0.5h二分鐘風速在0～1.0m/s之間，轉子與定子有相對靜止的時刻，從而凍在一起。

2016年1月31日10時26分至19時57分，從表3得知，凍結前1h氣溫最低值為-10.7℃，凍結時氣溫-7.5℃，1h內氣溫上升3.2℃，從圖2曲線反映出隨后氣溫逐漸上升，小時內相對濕度減小，從記錄的天氣現象來看，降雪從31日09時44分停止后1h之內，在風速小于1.0m/s時，發生了凍結。

綜上所述：風杯凍結氣溫起了關鍵性作用。若氣溫較高，液態水就不能凍結成冰，風杯也就無法凍住；若氣溫較低，雪就不能融化成水，風杯也就無法凍住。這兩次風杯凍結的關鍵在于當時氣溫變化，促成了融化和凍結兩個過程交替持續，在風速小于1.0m/s并且有一段時間靜風，風杯靜止不動，天氣、溫度、濕度、風速巧妙結合，促使風杯被凍住[2]。

三、風杯凍結后不正常記錄處理方法

實現自動觀測的臺站，并且有備份自動站，在風杯凍結后，正點時次的記錄按照正點前10分鐘（51-00分）接近正點的正常記錄代替，以14時為例：用13時51-00分的數據代替，若正點前10分鐘數據不正常或缺測，就按正點后10分鐘（01-10分）接近正點的數據代替。用14時01-10分的數據代替。

若正點前后10分鐘數據均異常或缺測，就用備份自動站對應時次記錄代替。例如14時，13時51-00分、14時01-10分的數據異常或缺測，就用備份自動站相對應的時次14時00分的數據代替。

風杯凍結時段的風向、風速的分鐘數據及瞬時風向、風速均按缺測處理劃“-”該時段的二分鐘平均風向風速、十分鐘的風向風速、最大風向風速及出現時間全部用備份自動站對應時次的記錄代替。

若備份自動站也被凍住，該要素人工觀測儀器已按規定撤除或超過正點后10分鐘，則該要素不再人工補測，按缺測處理劃“-”[3]。

對風杯凍結后的不正常記錄處理，按照規定在24h內通過MDOS系統備注提交。

四、結論

通過統計分析表明：卓尼自動站風杯凍結主要出現在11月至次年3月，4-5月、10月偶爾出現，6-9月無凍結。自動站風杯凍結主要是溫度、濕度、風速以及天氣現象等氣象條件綜合影響的結果，風杯被凍時比較適宜的氣象條件是：冬季降雪天氣，氣溫在0℃以下，當小時內氣溫上升≥2.0℃，春季降雨夾雪，氣溫在-1.0～1.0℃時，相對濕度≥74%、風速≤1.0m/s或靜風時，觀測員要密切監視風速數據，注意觀察風杯轉動情況，若發現風速較長時間為零或風杯長時間不轉，則可判斷風杯被凍住，首先應放倒風桿采取人工除冰直至風杯轉動記錄恢復正常為止，其次對故障期間的記錄按照不正常記錄的處理方法進行處理，在24h內通過MDOS系統備注提交。