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中图分类号 P416 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2013)19-0280-02
Analysis of the Difference About the Dalian Precipitation Data Between the Weighing Precipitation Sensor and Artifical
GAO Lei 1 AI Qing 2 ZOU Cheng 3
(1 Dalian Meteorological Information Center in Liaoning Province,Dalian Liaoning 116001; 2 Dalian Meteorological
Equipment Support Center; 3 Jinzhou Meteorological Service in Dalian City)
Abstract Based on the Dalian national basic meteorological station precipitation data from Nov.2012 to Mar.2013,the difference between the weighing precipitation sensor and artifical through different levels was analyzed.The results showed that when the precipitation was lower than 10mm,the average rate of difference was 3.15%.When the precipitation was higher than 10 mm,the average difference was -0.3 mm.The total precipitation of difference was small.The causes of the difference were found from the results.
Key words weighing precipitation;artifical precipitation;comparative analysis; Dalian Liaoning
称重式降水传感器实现了固态、液态和混合性降水的自动化观测,能够克服目前气象台站固态降水人工观测造成的时效性差、观测频次低等弊端,有利于提高固态降水观测的准确性和效率[1-4]。根据中国气象局的统一规定,大连国家基本气象站于2012年11月1日开始启用称重式降水传感器,使用时段为每年的11月1日至翌年的3月31日。通过对2012年11月至2013年3月,大连气象站称重式和人工式观测降水量的对比分析,查找二者之间的差异[5-6],总结2种观测方式对采集降水量的影响规律,为称重式雨量传感器投入正常的业务化使用提供科学依据。
1 2种降水量观测方法简介
1.1 称重式降水量观测简介
大连国家基本气象站使用的称重式雨量传感器是天津华云天仪特种气象探测技术有限公司生产的DSC3型。仪器由承水口、外壳、内筒、载荷元件及处理单元、底座组件、防风圈等部件组成。雨雪通过承水筒降落至内筒,通过承重单元的载荷元件和信号变换,快速响应测量降水。处理单元对称重单元按1次/min的采样频率进行扫描,将获得的电信号转换成降水量,得到分钟降水量。处理单元对采样值进行数据质量控制,对通过采样值质量检查的分钟降水量进行累计,得到时段累计降水量。
1.2 人工式降水量观测简介
雨量器是人工观测降水量的仪器,它是由雨量筒和量杯组成,测量某一时段液体和固体降水总量。雨量筒一般为直径20 cm的圆筒,筒口呈内直外斜的刀刃状,筒内置有储水瓶[3]。观测液态降水时要换取储水瓶,将水倒入量杯,读取降水量值。固体降水季节取出储水瓶,换上不带漏斗的筒口,直接用承雪口和外筒接收固态降水,然后测量时段内的降水总量。采用人工雨量器观测降水量的观测频次为每日2次,分别为8:00和20:00,分别量取前12 h的降水总量。
2 降水数据分析
2.1 资料来源与方法
资料选用大连国家基本气象站2012年11月至2013年3月20:00至次日20:00人工定时降水量和称重式降水量2份数据[7]。选取样本的标准为:人工定时日降水量大于0 mm的降水日,剔除1 d因称重式仪器故障导致的自记降水缺测。降水样本按照0.1 mm≤RR
2.2 不同降水级别人工与称重式降水量的差异
从表1可以看出,在使用称重式降水传感器的5个月期间,RR≥10.0 mm的降水日数共有4 d,其中差值百分率大于4%的有1 d,平均差值百分率3.15%。差值百分率均为正值,即人工降水量大于自动降水量。从表2可以看出,0.1 mm≤RR
3 差值原因分析
3.1 观测时间因素
自动观测降水量采集数据的时间为60 min,人工观测降水量的时间为50~54 min,两者时差将近10 min[6]。观测时间的差异是导致两者降水量差异的主要因素[4],这种因素在临近整点有较大降水强度时影响尤其显著。
3.2 读数误差
人工观测降水量受观测员主观影响较大,观测员的操作误差、视线误差、误读等原因都会影响观测的准确性。而称重式自动观测降水量是一个连续的过程,其采集数据期间是不受人工干预的,所以不存在人为的读数误差。
3.3 沾湿误差
沾湿误差是人工观测雨量器的一种累计系统误差,这种误差的大小随降水的形态和雨量器的形式而变化,也是雨量器倒水次数的函数[2]。人工固态观测降水量的方法有2种,一是将已有固态降水的雨量筒收回,待其融化后,用量杯量取,这就会产生沾湿误差,并且这种影响在降水量越小时表现越明显;二是固态降水连同外筒用专用的台秤称量,称量后把外筒重量扣除,这就不存在沾湿误差。相对于称重式自动观测降水量,降水汇集到内筒后,承重单元的载荷元件直接测量计算出降水量,整个过程不存在沾湿误差。
3.4 可靠性
人工式观测降水量,涉及到的操作环节和观测人员多,出现问题的可能性也较大;称重式观测降水量,由技术成熟的电子传感独立完成,在保证按时校准的条件下,整体性能极为稳定。相对而然,称重式观测降水量出现问题的可能性较小,整个测量过程的可靠性较高,所以数据也就更为准确。
4 结语
称重式测量在RR
5 参考文献
[1] 中国气象局.地面气象观测规范[S].北京:气象出版社,2003:54.
[2] 赵晓丽,刘厚志,翁炜霖.四种雨量计观测降水量的对比及相关性[J].广东气象,2009(5):49-50.
[3] 吴立群.自动与人工雨量计观测降水量的差异分析[J].内蒙古气象,2011(6):94-95.
[4] 路霞,殷明浩.自动站与人工观测降水量差值的成因分析[J].气象研究与应用,2007(3):83-84.
关键词:自动气象站 数据处理
中图分类号:P415.1+2 文献标识码:A 文章编号:
1自动站不正常记录的优先处理原则
对于单轨运行的自动气象站在出现故障造成正点数据缺测时, 代替正点值的数据应遵循正点前10min的数据优先于正点后10min 的数据, 而正点前后10min 的分钟数据优先于人工补测值, 人工补测值优先于内插值, 且影响到的小时极值及出现时间均按缺测处理, 并判断是否影响日极值且在值班日记中详细记录, A 文件的备注要正确完整, 并要求在日数据B 文件维护时将不正常数据记录用合理正确的方法及时处理完成。
2数据质量检查和处理方法
2.1数据质量检查方法
地面气象观测站对观测记录的质量检查, 包括极值检查、逻辑检查和时间序列检查等。极值检查是指与本站历史气候极值进行比较, 如果要素超出极值范围, 就视为可疑或错误值, 在自动气象站监控界面显示为红色字体, 应引起注意。时间序列检查是指气象要素在随时间变化上有连续性, 如深层地温相邻小时变化值≤0.5℃为正确, 小时变化值> 0.5℃为可疑或错误, 此项检查与逻辑检查主要在月底使用测报业务软件形成A文件, 并进行格检审核时体现, 日常工作中需要值班员留心观察, 以便随时发现问题, 及时处理。
2.2缺测数据处理方法
正点数据缺测的处理方法按优先次序, 一般可概括为代替原则、计算原则、缺测原则。代替原则, 就是要优先考虑正点前后10min接近正点的分钟数据代替, 再考虑使用同类仪器观测数据或人工补测数据代替。计算原则有内插和反查两种方法。除风速、降水量外, 相邻前后两时次数据正常, 当前时次记录不应缺测, 可内插计算; 水汽压、露点温度等湿度项目应按当时的气温和相对湿度反查或计算求得。无法通过代替和计算补救的原始数据, 则按缺测原则处理。台站比较常见的错误处理方法有: 定时2min风向、风速使用1min 的风向、风速代替; 风向、风速使用内插法代替; 4次定时观测时次没有使用人工补测和人工对比观测数据代替自动站的缺测数据。
3定时观测
自动气象站24 个时次均可以启动“定时观测”,数据保存的同时, 形成上传数据文件 。对自动站仪器的日常维护、故障维修和现场检定会影响到观测数据。为保证上传数据文件的正确性,观测人员应在上传数据文件形成前, 及时启动定时观测, 对自动站采集数据进行适当维护。例如:校准雨量传感器产生非降雨的雨量记录, 应启动定时观测, 删除“小时雨量”和“分钟雨量”,并保存, 形成正确的上传数据文件。现场检定自动站传感器造成数据异常, 对超越历史极值的气压、气温、湿度、地温、风向风速等要素及其小时极值, 如可以判断为数据错误的, 应按代替、内插或缺测的原则处理。
4日极值的处理
14 时各极值按缺测处理, 由于日最高气温、日最小相对湿度、日极大风向风速、日最大风向风速均有可能出现在缺测时段内, 因此其日极值从其他正常时次的自动站时极值和人工观测或自记纸中挑取, 其他要素日极值经分析不会出现在该时段,从其他正常时次记录中挑取。
5自动站降水不正常记录的处理方法
(1)无降水现象, 但因其它原因(如蚂蚁、风、人工调试等)或自动站故障造成多记录时, 应删除该时段内的全部分钟和小时降水量, 将该情况在值班日记中说明。
(2)降水现象停止后, 仍有降水量, 若能判断为传感器翻斗滞后(其量一般为0.1、0.2、0.3mm, 且滞后时间不超过2h) , 可将该量累加到降水停止的那分钟和小时时段内, 否则将该量删除。夜间不守班的站, 夜间( 20-08时)混有滞后降水量时, 因无法判断, 按正常处理。该情况在备注栏中说明。
(3)出现漏斗堵塞或固态降水随降随化, 若自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测的量的差值百分率与其它正常时相当, 则按正常处理; 若自动站记录的降水量明显偏小或滞后严重, 则该时段的分钟和小时降水量按缺测处理, 将该情况在备注栏中说明。
(4)自动站记录的过程总量与人工雨量筒观测的量存在明显偏差, 如有虹吸雨量自记记录, 则该时段的小时降水量用虹吸雨量自记记录值代替, 分钟降水量作缺测处理; 如虹吸雨量自记记录也没有, 则对应降水现象时段内的分钟和小时降水量均作缺测处理, 将该情况在备注栏中说明。
(5)使用自动站降水量编发报的观测站, 有关降水量组和天气现象组必须配合一致。若无降水现象, 而从自动站Z文件读取有降水量时, 在定时观测编报中, 应人工将该量删除。将该情况在值班日记中说明。
(6)根据我省规定, 08时加密天气报中的过去天气现象W1W2时段指的是过去12h, 即前一日20时至当日08时, 而不是过去6h。因此, 如果夜间降水恰好在02时前终止, 08时编报加密天气报时软件就会弹出一个‘“有降水量, 无降水天气现象错误:”的提示窗口, 阻止下一步自动编报程序的运行, 致使一些观测员不知道如何处理。处理方法: 只要人工将过去天气W1W2改为60或80, 如为固态降水,则改为70, 使天气现象组与降水量组配合一致, 问
题就解决了。
(7)降水量缺测1h, 缺测时段降水量为日总降水量减去有记录降水量时段的总量。缺测2h以上时,用其它降水自记记录代替, 按正常值处理; 如果其它自记记录也缺测时, 各缺测时段输入:“ – ”, 日总量按缺测处理。
(8)最长连续(无)降水日数、开始日期及降水量, 在机器自动生成时容易出错, 需人工校对更正,数据应以自动站定时降水量为准。
(9)自动站使用的翻斗式雨量传感器, 其分辨率为0.1mm, 当出现微量降水时则无感应记录。台站进行报文编辑时, 为配合天气现象记录, 需要在编报降水量栏和定时降水量栏中分别输入“00”。
 最长连续(无)降水日数开始日期及量仅在月末最后一日输入, 且必须输入, 其它时间一律灰显。输入内容应根据上月末最后一日降水量是否≥0.1mm 来确定: 若上月末最后一日降水量≥0.1mm, 则输入上月最后一次连续降水的开始日期;若上月末最后一日降水量< 0.1mm, 则输入上月最后一次连续无降水的开始日期; 上月末连续降水量是指上月末最后一日降水量≥0.1mm 时, 最后一次连续降水期间的累计量; 若上月末最后一日降水量< 0.1mm, 则该项不必输入。
6数据查算和订正
6.1湿度记录的查算
气温和相对湿度缺测, 则启动定时观测, 或“工具”菜单— “湿度查算”功能, 录入人工补测的干球和湿球温度或者内插计算得到的气温和相对湿度, 计算湿度项目。内插的气温和相对湿度,分别加输“*”、“U ”。中国气象局《地面观测规范第一号技术解答》规定, 如果相对湿度异常, 且气温可能低于- 10.0℃时, 分两种情况处理:(1)若自动气象站观测的气温< -10.0 ℃, 则用毛发湿度表补测, 水汽压和露点温度用自动气象站气温和经过订正后的毛发湿度表读数反查求得; (2)若自动气象站观测的气温≥- 10.0℃, 则仍要同时补测干球和湿球温度, 计算水汽压、相对湿度和露点温度。
6.2本站气压的高度差订正
如果自动气象站本站气压记录需用人工站水银气压表读数代替, 则启动定时观测, 或“工具”菜单— “气压计算”功能, 录入气压表附属温度表读数和气压表读数。此时需要注意的是, 在录入水银气压表读数时, 应加输“H”,即将水银气压表读数订正到自动气象站气压传感器拔海高度处。
参考文献
[1] 王晓,于旭平.自动气象站数据缺测处理方法[J]. 山东气象. 2006(02)
[关键词]:自动观测 人工观测 对比
气象站通过对各种气象新的观测,经过分析对比,进而为我们提供天气预报,而想要保证天气预报具有较高的准确性,就需要对各种气象信息的准确观测,将其真实的反映出来。本气象站是在原来的基础上采用了一些自动化设备进行了自动化改造,在2006年完成了改造,下文将是在完成改造之后,通过自动观测和人工观测得到的数据进行比较,探讨究竟两种方法有何差异。通过自动气象站观测以及人工观测数据的分析对比,进而确定出哪种观测方式的可靠性更高,以便于提高天气预报的准确性。
1、平均值的比较
1.1温度
通常在大气活动中气温都会产生较大的波动,同时要考虑到太阳辐射引起的误差。我站对2006年每个月的平均温度进行自动和人工观测,将观测到的数据进行了对比,结合两种观测方法的结果,可以得知,每个月两种观测方法所得到的数据都是各不相同的,从观测的结果中可以看出,自动观测和人工观测数据之间的气温差值在0.1-0.20C之间,自动观测得到的数据值普遍比人工观测得到的值要小。经过分析造成差异的主要原因有:①自动观测数据是多次取样之后的平均值,避免了一些干扰因素,可以将实时反映出真实的温度;②人工观测是在正点之前的十分钟进行的,和自动观测相比差了十分钟,因为其每次测量都是在正点进行的;③当太阳辐射强度一致时,人工观测中水银温度计认账冷缩的系数会比自动观测温度传感器的大,所以二者不一致。
1.2湿度
结合我局2006年自动观测以及人工观测得到的平均湿度数据,可以看出,当湿度接近80%RH时,两种观测方法得到数据没有明显的差别,但是如果偏离这个标准时,两种观测方法得到的数据差别比较大,这时因为自动站观测的湿敏电容在80%RH时能表现出较好的测湿性能,能真实的将当时的湿度反映出来。由于人工观测使用的温度计的和自动观测使用的温度传感器的湿敏电容之间的物理特性各不相同,因此两种观测方法在清阴天气不同也出现了一定的变化。由此可见自动观测到的湿度数据要比人工观测到的精确。
2、极限值的比较
第一,自动气象站使用EL15-1C测风仪,其光电式风标风杯传感器来观测风速,而人工观测使用的是电接风向风速计,这两种观测仪器有很大的差别,而且观测方法也不同。在2006年,分别使用了这两种观测方法观测了十分钟之内的最大风速以及瞬时风速,结果自动站观测的结果要大于人工观测的数据。第二,使用自动观测和人工观测两种方法对2006年的温度进行了测量,结果显示自动观测得到的极端温度数据小于人工观测所得到的数据。总之,在测量各种极限值的时候,人工观测方法都是采用了瞬间值的度数,而自动观测是多个样本的平均值,而且也不用考虑一些人为因素造成的误差,所以自动观测的数据相对应人工观测得到的数据更好真实可靠。
3、降水量的比较
在对降水量的观测中,自动观测采用了SL3采集器,而人工观测是通过SDM6A设备来完成的,下图图1为2006年两种观测方法得到的降水量的数据对比,图2为两种方法观测数据的差值对比。
图2 2006年各月降水量人工和自动数据差值对比图
从图1和图2中看以看出,降雨量自动观测要比人工观测大,降水量的大小和差值是成正比的。虽然这两种观测方法观测的结果不同,但是两种结果均符合相关技术标准中规定的要求。形成差距主要是因为人工观测都是在固定的时间进行的,在测量的过程中会有少量的雨水粘附到测量仪器上,无疑观测结果就会偏小,而且降水时间越长差值就会越大。除了这个原因之外还有很多。在结合在降水时其它的观测数据综合进行分析考虑,雨量传感器的安装是很牢固的,因此可以去报自动站观测数据的准确性,可以排除由于风力和风向的影响。尽管自动气象站不能准确的提供降水量的累积量,但是它能实时及时的将雨量信息反映出来,因此自动观测在天气预报中有着重要的作用和意义,为了提高天气预报的准确率,应该将人工观测和自动观测进行有机结合,对他们观测的数据进行对比分析,要对仪器进行必要的危害,尽量避免由于机械或者是认为原因导致的误差,进而准确的观测出雨量,最终得到真实准确的气象资料。
4、风向的比较
从2006年通过人工和自动气象站分别采用了8个不同的方位对风向进行了观测,将观测的结果进行了分析比较,结果风向的相符率达到了百分之八十五。由此可见这两种方法所得的结果是符合相关技术标准中的规定的,所得的结果都较为真实,但是自动观测能就比较简单,不需要大量的工作人员。
结束语
综上所述,自动气象站观测和人工观测到的气象数据或多或少的会存在一些差异,而造成这种差异的原因有很多,但是从气象的各个要素来看,自动气象站相对应人工观测来说更客观真实,可以将大气中的实际状况更好的反映出来,因此具有一定的优势。尽管自动气象站在雨量观测中还存在一定的不足,不能准确的反映出累计的降水量,但是它能及时将雨量信息反映出来,因此在前期预报中起到的作用是不可忽视的。随着科技的不断进步,相信自动气象站的各项设备也会不断的完善,其优势也会不断显示出来。
参考文献:
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关键词 地面观测;新长Z文件;气象要素;质量控制
中图分类号 P412.1 文献标识码 B 文章编号 1007-5739(2014)17-0268-01
地面测报业务软件系统升级至4.0.1版本后,该软件的数据维护菜单新增了正点地面观测数据维护功能,在实际工作中常称之为新长Z文件维护。它由自动观测数据维护、人工观测数据和有关统计值、分钟数据和云状、天象、上传数据和各个操作按钮组成。其中自动气象站观测数据栏内显示的数据格式与通常用的监控软件数据查询正点数据(即Z文件)的显示格式相同。根据气测函〔2012〕10号文件精神,自2012年3月31日21:00起,新疆所有地面气象观测站均取消天气报和加密天气报的编发,改为每1 h上传新长Z文件。由于新长Z文件数据量大、存储规定多、上传时效短等原因,在一定程度上给文件的质量控制造成了很大困扰[1-2]。因此,充分掌握新长Z文件的质量控制方法,尤其是相关技巧是十分有益的。现将Z文件各要素质量控制方法分析如下。
1 风
新长Z文件维护中有关风的要素有2 min风向风速、10 min风向风速、最大风向风速及时间、瞬时风向风速、极大风向风速及时间、6 h的极大风向风速。
2 min风向风速在任何情况下均不能缺测,风传感器故障时,有人工观测设备的,用人工测风仪器记录代替,EN型测风仪风向输入角度,风速输入小数位为0的整数风速。无人工测风仪器时,用人工目测风向风速代替,目测风向用8个方位,风速记目测风速的中数值(风速整数位只能是2、4、7、9、12、16、19、23、26、31、35)。当风的分钟数据有缺测时,则影响10 min风向风速,若台站有自记测风仪器可用其记录代替,风向为16个方位,风速的小数位只能是0、3、7。若没有测风的其他仪器则作缺测处理。
一般情况下,极大风速是大于最大风速的,当最大风大于极大风时,要分析其出现的时间,若最大风出现在小时正点或正点后1 min时是允许的,因为它们的计算方法不同。当风传感器出现异常时,最大极大风向风速及时间值的挑取就要借助RTD数据来处理,点击表格左侧即可调出正点前后10 min RTD数据,若数据可用,则点击或手动输入即可。若数据不可用,则作缺测处理。当气温在0 ℃左右或降雨夹雪时一定要注意风向标和风杯的转动情况,若不便于目测确认,可以通过风的分钟数据查看,当连续一段时间风向为C、风速=0 m/s,可以认定为风向标和风杯均冻住;风向为C、风速≥0.2 m/s,可以认定为风标冻住;有风向、风速≤0.2 m/s时,则可认定为风杯冻住。此时可以按上述方法处理相关数据。当分钟数据有缺测时,要注意6 h的极大风向和风速,其值是每小时滑动挑取的,因而要注意它是否受到影响,选中极大风速栏向下拖动,可见软件挑取的6 h极大风向和风速只需手动在相应位置输入即可。
2 降水
新长Z文件维护中有关降水的要素:小时降水量、分钟降水量、编报降水量。其中分钟降水量界面有2种,它们的打开方式、调取的数据均有差别,用Shift键加鼠标右键点击“小时降水量”打开的是原始的RIIiiiMM.YYY文件,不能进行任何处理。直接点击“小时降水量”打开的是BIIiiiMM.YYY文件中的分钟降水量,有关降水量的任何处理只需在此界面进行操作。当无降水天气现象,但有分钟降水量时,首先判断是否为滞后降水,若明显判断为滞后降水,则启动降水停止的那个时次的新长Z文件维护,并把降水量加至降水停止的最后1 min,质控后再进入本时次的新长Z文件进行降水量的维护。当出现滞后降水时,必须先处理降水时次,再处理当前时次,否则会影响当前时次的编报降水量,造成错情。若能明显判断为野值,则先删除分钟降水量再删除小时降水量,此时编报降水量软件可自动累加计算。当降水量为0 mm时,无需对分钟降水量和小时降水量进行处理,只需在2:00、5:00、8:00、14:00、20:00对编报降水量进行人工干预,并在气薄-1中进行备注。
3 气温
新长Z文件维护中有关气温的要素:定时气温、最高最低气温和时间、过去24 h最高最低。定时气温可以通过曲线图的平滑性来分析是否出现跳变现象。当温度传感器发生故障,影响正点气温时,打开气温分钟数据,挑取正点前或后10 min的分钟数据,若正点前后10 min的分钟数据均为跳变值,则鼠标右击“气温”可打开人工器测值代替自动站观测值栏输入人工观测的数据。最高、最低气温及时间的挑取,选中“01-00”分钟数据,可见软件挑取的极值和时间,只需校对。大多情况下极值相同,但出现时间不一致,这种情况不予处理。当极值和时间与软件挑取的极值和时间均不一致时,要仔细核对确认并修改,一定要先修改时间再修改极值。当工作中处理了1 h内的最值时,要注意核对24 h极值是否受此影响,选中极值栏向下拖动可见软件挑取的24 h极值并进行维护[3]。
4 湿度
新长Z文件维护中有关湿度的要素:湿度、最小湿度及时间、水汽压、露点温度。湿度和最小湿度及时间的维护方法与温度相同。当正点前、后10 min数据均不可用时,要用人工器测记录代替,这时要分析判断,湿度采用干湿度记录、相对湿度反查还是用毛发记录反查,人工输入相关值质控后软件可自行计算湿度、水汽压、露点温度。
5 气压
新长Z文件维护中有关气压的要素:本站气压、最高气压和出现时间、最低气压和出现时间、海平面气压。有关气压各要素的处理方法与温度相同[4]。
6 草温与地温
新长Z文件维护中有关草温,浅层、深层地温要素有草温、最高草温及时间、最低草温及时间、地温、最高地温及时间、最低地温及时间、5~320 cm地温。测草面温度时先要确定它是测草面还是雪面温度,一般而言,草面温度易受风力、云量等因素影响,雪面温度易受其放置位置影响。特别是在春季和秋季,草温传感器测雪面温度和草面温度转化时,一定要注意每1 h查看草温传感器的摆放,否则小时间的数据差别也很大。草温不像浅层、深层地温有人工仪器记录可代替,出现故障时草温和各极值均作缺测处理,若下1 h记录正常,可将本小时草温记录内插处理,极值及时间仍按缺测处理。浅层、深层地温故障可用人工器测记录代替。没有人工器测仪器时,1 h记录仍可用内插处理,2 h以上只能作缺测处理。
7 积雪
新长Z文件维护中有关积雪的要素:雪深、雪压。雪深录入保留1位小数。雪压录入则仍按原规定执行。雪深、雪压于每日8:00录入。雪深、雪压补测时于14:00或20:00录入。
8 各操作按键
新长Z文件的各操作按键:质量控制与保存、上传数据文件、数据打印、返回。在实际工作中如进行了质量控制,则必须点击该按键。如不点击,软件会生成未经质量控制的新长Z文件。8次定时时次和进行记录更改的时次(滞后降水、数据缺测、记录内插等)必须打印新长Z文件,如因种种原因不能及时打印,可在随后进行补打,这时只需按打印键即可,不再按质量控制与保存,以免再次形成该时次的新长Z文件后误传。
9 结语
随着业务体制的不断转型,如何做好业务质量控制,除了应掌握必要的人工质控方法和技巧之外,还须注意其他一些方面。一是正确设置审核规则库,应充分参阅30年的整编资料,数据尺度过大会有“漏网之鱼”,尺度过小会给工作带来诸多不便,尺度适中才可成为人工质控时的得力助手。二是加强观测员对软件功能和计算机基础操作的熟练程度。数据量大,时效时间紧,操作上就要做到快速、准确。对各个功能的运用应了如指掌、心中有数。三是加强观测员对异常记录的处理能力,这需要一个不断学习积累的过程,要清楚地明白相关记录间的连带关系,以免因考虑不全而造成遗漏错情。
10 参考文献
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关键词 DSC3型称重式降水传感器;工作原理;日常维护;故障诊断;观测数据;误差
中图分类号 P414.9+5;TP212 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)11-0183-02
DSC3型称重式降水传感器是实现降水自动化观测的智能传感器。2015年10月,熊岳国家基本观测站安装了DSC3型称重式降水传感器,经过1年的对比观测,通过对观测数据进行分析,总结出仪器误差原因,以及一些常见故障的诊断、处理方法,以有效地提高设备运行的可靠性和数据的可用率。
1 日常维护
每日定时清洁仪器,及时清除口沿外杂物;检查内筒内液面高度和供电情况。当内筒内的防冻液和蒸发抑制油过少时,应适量添加。及时清空内筒内液体或杂物,添加防冻液和蒸发抑制油。每周检查承水口水平、高度情况。每月检查防雷接地情况。维护前断开电源,拔下数据线。若出现降水量较大,应在降水间歇期及时排水。预计将有沙尘天气但无降水时,及时将桶口加盖[1-4]。
2 常见故障诊断
2.1 查看脉冲口工作是否正常
用笔记本电脑与设备的调试串口连接,发送fr 10000命令,脉冲口连接1个计数器或与自动站采集器雨量口连接,等待3~5 s,设备会从脉冲口输出10个计数显示到计数器或自动站终端软件上,且每输出1个计数有“啪嗒”声,为脉冲口正常工作;如果有“啪嗒”声,计算器和终端软件无显示值,要检查雨量线是否连接正确。
2.2 查看OPD工作是否正常
笔记本电脑与设备的调试串口连接,取下保护罩,用细铁丝或其他细小物使OPD圈的中心快速晃动,同时发送命令LS,若OPD记录次数增加,则说明OPD能够启动降水的发生;然后停止OPD圈的中心晃动,同时连续发送LS命令,若OPD记录次数无增长,说明工作正常。
2.3 查看温度传感器和称重式传感器工作是否正常
笔记本电脑与设备的调试串口连接,发送LS命令查看实时温度是否异常;查看实时重量与当前收集容器内的液体重量是否相符。当内筒液体已满,降水溢出使测得的质量不变,载荷元件受冲击损坏所测得的降水量总为“0”,也需要更好的、新的数据处理单元。
2.4 查看设备状态是否正常
笔记本电脑与设备的调试串口连接,波特率9600 N 8 1,发送DMPR命令可以查看设备状态信息化。根据数据质量控制标识查看设备状态,排除问题,要确保电压为9~15 V。
2.5 查看接地电阻是否正常
称重降水传感器基座的接地线应该接入观测场地网,当接地电阻>4 Ω,或接地线未连接或松动会出现无规律的降水值。接地线连接松动,也会造成降水量偏小、记录滞后现象发生。因此,观测员要经常检查防雷接地情况。
2.6 查看内筒液面高度是否正常
应及时检查称重降水传感器内筒内液面高度。当液面高度达到最大测量范围,会造成测量数据失真,应及时排掉内筒的液体,添加一定量的防冻液,防冻液一般是将乙烯乙二醇和甲醇按比例配制。
3 设备挂接与异常数据处理
3.1 设备挂接
设备称重式降水传感器全年与地面综合观测业务软件挂接。根据辽宁省业务规定从11月1日至次年4月30日降水观测记录以称重式降水传感器数据为准;5月1日至10月31日期间翻斗式雨量传感器与地面综合观测业务软件挂接,降水观测记录以翻斗式雨量传感器数据为准。
3.2 异常数据处理
(1)称重式降水传感器故障:结冰期用人工观测记录代替;非结冰期以翻斗雨量传感器记录为准,如翻斗雨量传感器出现故障时,以备份站翻斗雨量传感器记录代替[5-7]。需要在气簿-1备注栏备注,并在MDOS平台元数据备注栏登记,需要利用ASOM软件进行仪器故障申报登记工作。
(2)微量降水处理:人工雨量器观测到有微量降水,但称重式降水传感器未记录到降水,此时不需要人工干预。
(3)非降水量处理:无降水而记录到降水量值,应修改原始采集数据文件,删除相应降水量值,在备注栏注明,并在MDOS平台元数据备注栏登记[8]。
(4)滞后降水处理:当降水天气现象结束后自动站有降水记录时,判断是否为滞后降水。若是,则将滞后降水量累加在降水天气现象终止时间分钟降水量上,并修改原始数据文件相关内容;若为空翻或露、树叶等造成有降水记录,则删除该降水量,并修改原始数据文件相关内容。
(5)特殊情况处理:降水过程中,伴随有沙尘、树叶等杂物时,按正常降水记录处理;液态降水溢出或固态降水堆至口沿以上,或降水过程中取水,则该时段降水按缺测处理[9-11]。
4 数据及误差原因分析
对表1数据进行分析,得出称重式降水传感器观测和人工观测之间存在着差异。特别是冬季称重式降水传感器观测的固态降水和混合性降水与人工观测的降水量差异较大;出现液态降水两者观测值差异较小;伴有大风天气时,二者的差值又较大。
误差的原因主要有:一是2种观测方法不一致,安装的高度不一致,当外界无风、微风条件下,二者降水量值没有明显偏差,但风速较大时,二者降水量值有明显偏差;二是表1中存在少数称重式降水传感器观测值比人工观测值偏小的现象,这是由于称重式传感器观测值在计算过程中被滤掉,或者是仪器运行不稳定造成的;三是称重降水仪器在无降水时段也会出现自跳现象,这是仪器程序出现问题,需要厂家进行程序升级;四是仪器维护不当也是造成测量差值较大的主要因素。因此,做好称重式降水观测仪维护工作显得尤为重要。
5 参考文献
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能有效缓解部分地区水资源短缺的状况,还可以用于生态环境建设服务,比如目前正在进行的退耕还林、退耕还草,如果结合适量的人工增雨,会有利于植被的快速恢复。人工降水,又称人工增雨,是指根据自然界降水形成的原理,人为补充某些形成降水的必要条件,促进云滴迅速凝结或碰并增大成雨滴,降落到地面的过程。
其方法是根据不同云层的物理特性,选择合适时机,用飞机、火箭向云中播撒干冰、碘化银、盐粉等催化剂,使云层降水或增加降水量,以解除或缓解农田干旱、增加水库灌溉水量或供水能力,或增加发电水量等。中国最早的人工降雨试验是在1958年,吉林省这年夏季遭受到60年未遇的大旱,人工降雨获得了成功。
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摘要阐述了自动气象站疑误记录的界定与判断标准,分析了产生异常记录的原因,并提出了处理方法,以为提高报表预审质量提供参考。
关键词自动气象站;月报表;异常数据;处理
随着现代气象事业的发展,河南省越来越多的气象站启用了自动站设备,郑州市气象局自动站于1998年3月安装调试,5月开始试运行,1999年1月1日开始准业务化运行,极大地促进了气象事业的发展。然而高技术在带来方便精准的同时,其故障产生后的处理也较为复杂,有时故障还具有一定的隐蔽性,这就要求每个观测员值班时都要认真对每个数据进行分析判断,发现问题及时处理,笔者根据多年在自动站工作的实际经验,对认定疑误记录及容易出现的故障进行分析,并提出处理意见,以供参考。
1自动气象站疑误记录的界定与判断标准
《观测规范》第十八章对疑误记录作了原则规定,但比较笼统抽象,根据规范的立意精神,判定一个不正常记录是否为疑误,应该依据3个条件:一是反常有矛盾记录;二是不能推翻无法否定;三是原因不明难以解释。同样,凡是能确定记录没有使用价值必须按缺测处理的,即使原因不明,也不属于疑误。
2产生异常记录的原因及处理
2.1降水数据异常
自动站雨量缺测或异常时,小时雨量可用其他雨量同时次的值代替[1]。目前虹吸式雨量计在自动站有故障时启用,因为每次降水以前自动站是否有故障是未知的,所以要保证虹吸式雨量计正常运转,且每次有大的降水以前都要试用虹吸式雨量计,以备自动站故障时使用。假如分钟数据缺测,影响年报表中“15个时段最大降水量”的挑取时,可采用确定降水异常的分钟时段,从虹吸式雨量自记中读出经时差订正后的每分钟降水量,替换异常时段的分钟记录并备注转换方法,使分钟数据连续和完整,且基本符合实际降水情况。
2.2温、湿度异常数据
(1)当因风大雨猛,使温、湿度传感器与电缆的接头进水,造成2个时正点温、湿度数据出现异常时,按规范规定“一般时次不进行补测,仅在2、8、14、20时等4时次定时和规定编发气象观测报告时次,气温、湿度记录缺测或异常时,用现有人工观测仪器在正点后10min内进行补测”。该次传感器故障影响到20时至次日14时正点温、湿度各要素记录时,应该恢复人工站干湿球温度表进行观测及当日20时及次日2、8、14时的温、湿度、水汽压、露点温度、相对湿度值用人工站数据代替[2]。
(2)当自动站正点相对湿度出现缺测而温度正常。正点前后10min内的相对湿度分钟数据亦缺测时,B文件该时相对湿度用人工观测干湿球值订正后查算值代,水汽压、露点温度用其配合温度反查得到;当正点前后10min内有相对湿度分钟数据时,B文件该时相对湿度用此分钟相对湿度数据代替,水汽压、露点温度用其配合正点温度反查得到。当自动站正点相对湿度正常但因人工维护使正点温度异常,正点前后10min内有温度分钟数据时,B文件该时温度用此分钟温度数据代替,水汽压、露点温度用其配合正点相对湿度反查得到。
2.3气压数据异常
当某个分钟数据出现野值时,该分钟数据可按缺测处理;当气压分钟数据异常期间不影响到小时或日极值时,一般不必进行处理;当异常数据对日极值有影响时,按《观测规范》规定从“实有的自动观测记录和人工补测的定时观测记录中挑取日极值” 处理。当气压分钟数据异常影响到某一正点时,按《观测规范》规定用前后10min数据代替,当前后10min数据也异常时,用前后时次数据内插求得[3]。
2.4数据异常
自动站风速与人工站风速差值大于1.0m/s时,及时找出原因,排除故障。分钟数据异常的处理方法同气压的处理方法,但风向缺测或异常时,不能用前后2个时次的数据内插,应用其他风的自记记录代替。
2.5自动站正点数据缺测
因更换自动站仪器致使自动站正点数据缺测时,B文件该正点所有要素值用人工补测的值代替[4]。如果没有人工补测值,缺测1个时次,用内插法计算该时值(降水量、风向风速不能内插);影响2个或2个以上时次,则记录作缺测处理;当缺测时段内有降水时,自动站小时雨量用虹吸雨量值代,分钟雨量作缺测处理。
2.6定时数据是野值或缺测
定时数据是野值时要将其删除,自动站定时记录缺测时,应首先考虑用有效分钟数据(正点前、后10min的数据)代替(除极值项和时累计值外),然后考虑前后正点间数据内差、人工观测记录、自记记录代替,2、8、14、20时缺测时气簿一和发报采用人工观测记录,月报表处理要用前后两时次的数据内差求取。需要注意的是定时降水量、风向风速、水汽压、露点温度不能用内插法求取,水汽压、露点温度用对应时次内差求得的气温和相对湿度反查求得,降水量用人工站记录代替。2min风记录可考虑用人工观测记录代替,10min风记录可考虑采用《夫测规范》第102页的算法进行计算,不能计算的用人工观测记录代替。
3小结
当自动站出现故障时,不论何种情况都要对所有器测项目人工补测;总的原则为对于单轨运行的自动站在出现故障对正点记录有影响时,正点前后10min的分钟数据优先于人工补测值,人工补测值优先于内插值。还要尽量减少人为干涉,及时申报故障;此外,在仪器日常护理中,定期对传感器维护或更换。
4参考文献
[1] 朱建华,陈海辉.浅谈DZZ1-2型自动气象站故障排查探析[J].中国科技信息,2009(21):150-151.
[2] 张惠莲,温显罡.自动站月报表审核要点浅析[J].福建气象,2008(3):21-24.
关键词:自动 人工 雨量观测 数据差异
中图分类号:P41 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(b)-0016-01
目前,在气象地面观测中,大部分气象要素都已实现自动化观测,雨量也是如此,然而,由于自动雨量传感器本身构造上的原因,虽然雨量传感器已经正式使用了多年,但在实际的观测工作中,会发现一些时候两者所测数据存在差异。为了对这些差异进行分析,提高数据的精确度,对自动雨量传感器的工作原理、产生数据差异存在原因等进行分析比较,对其存在误差原因提出解决办法,使自动雨量传感器获取的数据能更好的使用。
1 各类雨量仪器工作原理
1.1 人工站
雨量器由雨量筒(含20cm的正圆形承水器、储水瓶和外筒)与量杯组成,雨量筒包括承水器、储水瓶和外筒,以收集降水量。量杯为一特制的有刻度的专用量杯。到一定量或定时观测时,由人工进行测量。
1.2 自动站
自动雨量传感器。主要由承水器、上翻斗、计量翻斗、计数翻斗和调节螺钉、干簧管组成。承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗,当雨水积到一定量时,由于水本身重力作用使上翻斗翻转,水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时,就把不同强度的自然降水,调节为比较均匀的降水强度,以减少由于降水强度不同所造成的测量误差。当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时(也有的为0.5mm或1mm翻斗),计量翻斗把降水倾倒到计数翻斗,使计数翻斗翻转一次。计数翻斗在翻转时,与它相关的磁钢对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而瞬间闭合一次。这样,降水量每次达到0.1mm时,就送出去一个开关信号,采集器就自动采集存储0.1mm降水量。
2 自动站数据误差存在原因
自动站的雨量传感器主要存在以下四个反面的误差:
2.1 雨量传感器定位基点漂移产生的误差
雨量传感器中计量翻斗的两侧装有一对定位螺栓,这对螺栓间的距离是测量降水量的基础,距离过大或过小,都会影响计量翻斗的翻转倾角,使翻斗矩发生变化,翻斗力矩的改变使斗内盛水量改变。倾角大,盛水量多,反之就小。在日常使用中,定位螺栓由于翻斗的经常碰撞而导致两个螺栓之间距离的改变,进而导致测得降水量的不准确。解决这一误差的方法是:定期(一般为一个月)对雨量器进行自身排水量与计数、记录值相比。如出现异常,应及时按照说明书对定位螺栓进行调节。
2.2 雨量传感器关键元件(磁钢扫描干簧管)引入的测量误差
因计数翻斗中的磁钢扫描干簧管一次,开关信号发送一次,代表产生了0·1mm的降水量。若干簧管元件失常,发生多发送信号、漏发或不发送信号,就会出现雨量异常现象。只需更换干簧管就可解决这一误差。
2.3 维护保养不及时产生的误差
整套翻斗中都是有机械构成组成,在室外容易受到外界因素的影响,如承水口被灰沙、树叶、草叶和昆虫等堵塞;在雨量筒内部可能结有蜘蛛网等原因均会造成测量误差。日常工作中加强对自动雨量传感器的维护保养就可消除这一误差。
2.4 本身结构产生的固有误差
根据雨量传感器的原理:降水通过承雨器进入上翻斗,然后进入汇集漏斗。通过汇集漏斗的节流管注入计量翻斗,当计量翻斗承受的降水量为0.1mm时(也有的为0.5mm或1mm翻斗),计量翻斗翻倒,把水倾倒入计数翻斗,使计数翻斗翻倒一次。磁钢既对干簧管扫描一次。干簧管因磁化而闭合,输送出去一个开关信号,采集器就自动采集存储0.1mm降水量。这个设计本身并没有什么问题,然而降水是一种持续性的天气现象,而翻斗每翻动一次都需要一定的时间,在翻斗每一次翻动的过程中,都会流失少量的降水。虽然一次翻动时间很短暂,但累积起来仍然是很可观的。尤其在降水时间越长、降水量越大的情况下,损失的降水量就越多,自动雨量传感器测量出的降水量跟实际降水量的误差就越大。通过对其的构造原理进行分析发现,这种误差虽然无法消除,但是由于翻斗翻动一次所用的时间是固定的,那这种误差就应该是一个恒定的系数。
本站经过长达两年的实测降水和自动站降水对比观测。期间共取得降水样本387次,其中降水量达0.1mm以上有研究价值的231次。对其进行对比分析。通过研究发现,降水量
3 结语
自动与人工雨量观测数据的差异是多种原因造成的。这些原因包括仪器的工作原理、日常维护和人为因素等等。从比较分析情况可以看出人工观测雨量获取数据在对比上较优于自动观测雨量。虽然自动站雨量观测在提供雨量累计量方面还有缺点,但它能及时提供雨量信息,作为天气预报上使用是有优越性的,因此在工作中只要做好日常的维护,通过科学的计算方法尽量把误差消除。就能获取具有准确性、真实性和代表性的气象资料,从而进一步提高天气预报准确率。
参考文献
[1] 万日金,吴国雄.江南春雨的时空分布[J].气象学报,2008(3).
【关键词】报表;预审
一、引言
广东省惠州市惠阳区自动气象站近几年来才开始在台站使用,对于广大地面测报人员来说感到陌生,尤其是报表预审,相对一些年纪大又不能熟练操作计算机的老同志来说,普遍感到无从着手,预审工作有一定的难度。根据实践经验,我们总结出预审报表一些方法,可以做为参考使用。
二、预审自动站报表方面经验
1.平时值班工作中加强,对数据的监控、维护、处理。这样月底制作报表和预审时,减少很多不必要的麻烦,减少工作量,也就提高了数据质量。
2.规定值班时每小时通过数据查询,检查分钟数据、正点数据、大风数据的完整,并注意和人工站的对比,发现问题及时查找原因。
3.由于雾、露、震动等产生的降水;有连续降水时,人工输入编报降水与自动站不一致;数据缺测、疑误;程序故障造成的不一致等,以上原因会在定时观测时出现与正点数据不一致的情况。在对B文件维护时也会有与Z文件不一致的情况。对这些现象要根据数据的连续性、完整性、结合人工站记录,综合判定。发现非实际的降水量,在正点数据上传前,要通过定时观测窗口人工干预,并注意更改Z文件。
4.通过内插、代替等方式处理的数据,要及时修改B文件。对于疑误、缺测数据的处理和B文件的修改,均需要在值班日记上注明,以便在下月初预审报表时正确处理A、J等文件。
三、正确设置地面规则审核库
根据30年的气候资料值,挑选出每个项目的极值;参照人工站的规则库,挑选出每个项目的变化值。将上述数据输入自动站的规则审核库中。熟悉并掌握以下业务规定。《地面气象观测规范》技术解答第一号,《地面测报业务问题解答及有关业务规定》1-13号,2006年自动站运行文件,自动站数据内插规定――(缺测数据处理),《河南省自动气象站技术保障暂行管理办法》简介,《关于修改质量控制码》,气测函(2004)54号,豫气发(2003)258号,日照解答(1983),《对于软件升级后J文件问题的处理意见》,《从自动站RTD文件中挽救定时数据和分钟数据方法介绍》――(缺测数据处理),自动气象站数据质量控制软件的使用。
1.对A 文件的处理
B文件转换为A、J文件后,把人工站审核好的A文件复制到自动站计算机上,存放在特定目录中,通过目测项目对比程序,与审核好的人工站对比云、能、天、等项目,发现错误,通过A文件维护功能更改数据,并保存。
打开数据质量控制软件,点击质量控制栏,再点击自动站与人工站A文件比较栏后,分别加载自动站和人工站A文件,此时在屏幕右边对话框中分别相对应地列出自动站和人工站所有器测项目数据。再点击右下角的分析功能后,屏幕左边对话框显示出差异大的项目、日期、时间,同时相对应差异大的数据在右边对话框中以红色来显示。
2.人工和自动数据的差异
对于每一个差异大的数据都要,根据相关要素结合人工站记录综合判定。
2.1气压
人工站和自动站在读取气压的时间基本一致,两者应该相差不大,小于0.8Pa属于正常。大于0.8Pa,要校对人工站自记纸,判定人工站数据是否误读,若误读就处理人工站记录。若人工站数据正确,就检查自动站分钟数据文件,查看气压数据是否有跳跃变化,若属于跳跃变化,从正点前后10分钟内取接近正点的数据代替。若正点前后10分钟内数据不可以使用,用前后一小时正点数据内插处理来代替。若代替的数据仍与人工站数据差异大,就用人工站数据代替,并在备注栏注明。
2.2气温
人工站读取气温时间为48~49分,自动站读取的气温时间是60分,两者相差时间10多分钟。若两者相差小于1.0度,属于正常。大于1.0度先校对人工站自记纸,判定人工站数据是否误读,若误读就处理人工站记录。若人工站记录正确,要分析是否为降水、冷空气、日照或者云的影响,若分析确为降水、冷空气、日照或者云的影响所致,说明记录正确。若分析非上述因素影响,参照气压处理。
2.3湿度、浅层地温和降水,参照气压和温度处理。
2.4 分钟和10分钟的风向风速,要分析是否为建筑物、树木、仪器差、目差影响,综合判定处理。
2.5 深层地温由于大部分台站没有人工记录参照,并且是每小时正点一个数据,要结合前后几小时记录判定。一般来说小时变化量小于0.5度,大于0.5度,检查套管和接线盒是否进水、电缆线是否鼠咬损坏等。
输入封面封底,检查降水上跨日期和降水量、下月1日20~08时降水量、上传日期等,直到正确。检查需要备注的数据是否已经备注或者备注栏上的说明是否和需要备注的数据一致,直到正确。最后用地面资料质量控制软件检查,直到正确。这样就完成了A文件的处理。
3.Z文件和J文件的处理
Z文件通过自动站数据质量控制软件进行维护和修改,一般情况不修改Z文件。对于非自然降水、明显不正常、错误记录,要修改Z文件。修改后的Z文件存放在\OSSMO2004 \AWSDataQCFile目录中,传送的Z文件是该目录中的。
J文件是分钟数据文件,相当于人工站的自记纸。通过OSSMO2004中的J文件审核维护进行。主要是对正点记录不一致进行修改,对于非自然降水、明显不正常、错误记录,要修改分钟数据。
五、小结
通过以上措施,完成自动站报表的初步预审,再详细地对数据检查校对,就制作出一份无错情的合格月报表。
参考文献:
[1]刘学军.就如何做一名优秀观测员的几点浅识[J].山西气象,1996,4:36-38.