Resumen: Las estaciones automáticas y las observaciones manuales son las dos bases principales para recolectar elementos meteorológicos. Debido a las diferencias en los principios de los instrumentos, el tiempo y el espacio de observación, los métodos de muestreo y la cantidad de muestra, el tiempo de observación y otros factores, existen muchas diferencias en los datos meteorológicos obtenidos por estas dos tecnologías de observación. Este artículo parte de las diferencias entre los dos métodos de observación, organiza y compara los datos de observación de la estación Nanxiong y busca formas efectivas de mejorar la precisión y la cientificidad de los datos de observación.
Palabras clave: ¿Estación automática o estación manual? ¿Datos de observación? la diferencia? Estación Nacional de Climatología de Referencia de Nanxiong
Antes de la operación de la estación de observación automática, la estación de detección atmosférica terrestre debe realizar observaciones comparativas de elementos meteorológicos durante dos años. Hasta ahora, la Estación Climática Nacional de Referencia de Nanxiong todavía conserva dos conjuntos de instrumentos y equipos de detección atmosférica, a saber, instrumentos y equipos de observación automática de la estación e instrumentos y equipos de observación manual. Las 24 horas del día, tanto las estaciones manuales como las automáticas necesitan observar periódicamente los valores de los elementos meteorológicos y comparar los datos de observación de las estaciones manuales y automáticas. Generalmente se considera que la diferencia es normal dentro de un rango razonable; de lo contrario, se sospecha que es un registro erróneo.
1. Diferencias entre estaciones meteorológicas automáticas y factores de observación manual
1. Diferentes principios de instrumentos
Los sensores meteorológicos utilizados en las estaciones meteorológicas automáticas son en principio diferentes de los los utilizados en el instrumento de observaciones manuales. Las constantes de tiempo de estos sensores son más pequeñas y se pueden observar fluctuaciones significativas más pequeñas en la atmósfera, lo que hace que los valores extremos obtenidos, como temperaturas extremas, humedad extrema, velocidad del viento extrema, etc., sean más representativos. Estos sensores tienen alta resolución y las direcciones del viento observadas manualmente son solo 16 direcciones, mientras que las direcciones del viento observadas por estaciones automáticas son 36 direcciones. Estos sensores tienen una alta precisión de medición, como por ejemplo sensores de temperatura (especialmente sensores de temperatura del suelo), sensores de viento, sensores de humedad a bajas temperaturas, etc.
Las estaciones meteorológicas automáticas pueden evitar errores subjetivos y errores humanos en las observaciones manuales. En la observación manual, los observadores a menudo cometen errores habituales y ocasionalmente pueden ocurrir grandes errores de lectura al leer. El cuerpo humano afecta la temperatura al medir la temperatura. El valor medio del viento de 2 minutos se ve afectado por el juicio subjetivo humano. Cuando se observa manualmente la temperatura del suelo profundo, las lecturas se toman desde el suelo debido a errores causados por cambios ambientales. La observación automática no tiene estos problemas. Son mejores que la observación manual y existen diferencias esenciales entre las dos.
Sin embargo, la observación meteorológica automática también tiene algunas deficiencias, especialmente en condiciones climáticas especiales, como la medición de la humedad en condiciones de alta temperatura y alta humedad, la medición de las precipitaciones sobre lluvias intensas, la medición de la temperatura extrema del suelo bajo la nieve, etc. que son diferentes de la observación meteorológica artificial. Hay una gran diferencia entre la observación y el valor real.
2. Diferencias en el espacio y el tiempo
Las observaciones meteorológicas de superficie se llevan a cabo en la capa cercana a la superficie, pero en la capa cercana a la superficie hay grandes fluctuaciones en el tiempo y el espacio. , es decir Hay grandes cambios de gradiente.
Los "Estándares de observación meteorológica de superficie" para informes puntuales exigen que la observación manual se realice dentro de 45 a 60 minutos para observar las nubes, la visibilidad, la temperatura y humedad del aire, las precipitaciones, el viento, la presión del aire y la temperatura del suelo. 40 minutos y 10 minutos después de la puntualidad Se puede observar evaporación entre minutos. Debido a que los observadores realizan observaciones manuales elemento por elemento, el lapso de tiempo es largo.
En circunstancias normales, el tiempo calculado desde el punto puntual de observación manual es de aproximadamente: la diferencia de temperatura y humedad es de aproximadamente 8 minutos, la diferencia de dirección y velocidad del viento es de 5 minutos y la diferencia de presión del aire es; 2 minutos; la diferencia de temperatura del suelo es de al menos 10 minutos. Dentro de la diferencia horaria anterior, los valores de los elementos meteorológicos cambiarán en diversos grados. A partir de las observaciones se descubrió que cuando la temperatura aumenta en verano, una diferencia de 8 minutos en el tiempo de observación puede provocar una diferencia de 0,2 a 0,3 °C. Cuando la temperatura del suelo es de 0 cm, no hay nubes en el cenit durante la observación manual. Sin embargo, después de la observación, las nubes se mueven al cenit antes de la hora, bloqueando el sol. En este punto, los datos observados pueden diferir en varios grados. Al observar las precipitaciones en estaciones artificiales, se producirán pérdidas por lluvia, etc. Según el orden de temperatura, humedad, precipitación, dirección del viento, velocidad del viento, presión del aire, temperatura del suelo, luz solar y evaporación, la observación meteorológica automática se completa casi instantáneamente.
Se puede ver que dado que el tiempo de observación de los dos sistemas de observación no está sincronizado, los resultados de la observación deben ser diferentes.
En términos de espacio, aunque los requisitos de instalación de los sensores en clima automático son básicamente los mismos que los de la observación manual, la ubicación de instalación y la ubicación son ligeramente diferentes. Para elementos que están estrechamente relacionados con el lugar de instalación, como la temperatura del suelo, las diferencias de ubicación pueden provocar diferencias significativas en las mediciones.
3. Diferencias entre muestras
La observación manual es lectura puntual, es decir, el observador solo lee las instrucciones del instrumento una vez durante la observación. La observación automática de la estación es diferente. Cada valor de observación es el promedio de múltiples valores de muestra. Si el número de muestras es diferente, los resultados de la medición inevitablemente serán diferentes.
4. Diferencia horaria
Los datos de observación meteorológica automática almacenan registros de observación cada hora, 24 veces al día, mientras que las estaciones meteorológicas ordinarias realizan observaciones manuales 3 veces al día, complementadas a las 02:00. Registros de autorregistro, observando *** 4 veces al día, por lo que la densidad de datos de observación de la estación automática es mayor que la de la estación manual.
2. Análisis de diferencias
1. Presión del aire
Como se puede observar en la Tabla 2, la diferencia entre los datos de observación de la estación manual y la automática. La estación tiene solo 0,1 hpa, lo cual está bastante cerca. Sabemos que la presión del aire está relacionada con la altitud, la temperatura atmosférica y la densidad atmosférica. Generalmente, a medida que aumenta la altitud, la presión del aire disminuye. Por lo tanto, en el mismo entorno climático, es inevitable una ligera desviación entre el valor de medición de la estación automática exterior y el valor de medición de la estación manual, siempre que esté dentro de ≤0,8 hpa especificado por la oficina provincial, se puede considerar. como el valor correcto.
2. Temperatura
En la atmósfera, las fluctuaciones de temperatura son relativamente grandes y no se puede ignorar el error de radiación causado por la radiación solar. De la Tabla 1, aunque los datos de observación de los dos son relativamente cercanos, no podemos simplemente comparar un solo dato de comparación al azar. Es mejor observar los resultados de la comparación de una secuencia de datos relativamente completa. Por eso es mejor comparar los datos mensualmente.
3. Humedad relativa
En la observación meteorológica automática, la humedad se mide durante todo el proceso mediante un condensador sensible a la humedad, y su principio de medición es muy diferente a los datos de observación manual.
Cuando la humedad relativa es inferior al 80%, el condensador sensible a la humedad tiene un buen rendimiento de medición de linealidad y humedad. Como puede verse en la Tabla 2, la diferencia de contraste es muy pequeña. Como puede verse en la Tabla 2, cuando la humedad relativa de alta temperatura y alta humedad es superior al 80%, la diferencia de contraste es 0,5. Las regulaciones pertinentes de la oficina provincial no dan un rango específico de diferencia, por lo que debe considerarse por secciones en el trabajo diario.
4. Dirección y velocidad del viento
El anemómetro eléctrico utilizado para la observación manual y el sensor de viento utilizado en las estaciones meteorológicas automáticas son muy diferentes en principio, resolución y precisión, y debido a La incertidumbre atmosférica en la velocidad del viento, el tiempo de observación no está sincronizado. Los datos anuales de dirección y velocidad del viento muestran que el viento en calma (C) y los vientos del ENE, E y W aparecen con mayor frecuencia en las observaciones manuales y automáticas de las estaciones. Generalmente, cuando la velocidad del viento es pequeña, el error de comparación entre la velocidad del viento de la estación automática y la observación manual es mayor. La razón es que la estación automática utiliza un sensor de viento de metal ligero de baja inercia con una velocidad del viento inicial de sólo 0,3 m/s, que tiene las características de pequeña inercia, arranque rápido y detección sensible. La velocidad inicial del viento del sensor de viento de la estación artificial es de 1,5 m/s.
5. Precipitaciones
En las observaciones manuales, generalmente se cree que los resultados medidos por los pluviómetros son fiables, pero no es así. Cuando llueve, hay pérdida de lluvia durante la observación manual. Este es un tema al que se debe prestar atención al analizar errores en la observación automática y la medición de la lluvia. Sumado a la diferencia en el tiempo de observación, el error de comparación es grande.
Como se puede ver en la Tabla 3, la diferencia de contraste del 4% está dentro del rango de diferencia proporcionado por la oficina provincial. Sin embargo, en el Cuadro 3 se puede ver que la diferencia en las precipitaciones entre junio y febrero alcanzó el 6%, superando con creces el rango de diferencia (3%) indicado por la oficina provincial. Entre las diferencias máximas entre un proceso primario y la literatura relacionada, la diferencia entre procesos de precipitación intensa puede llegar incluso al 10%. Por lo tanto, cuando la diferencia de contraste en la precipitación es grande, este valor no puede considerarse mecánicamente como un registro dudoso, sino que depende del tamaño de la precipitación. Cabe señalar aquí que al comparar los dos, es mejor elegir el proceso de precipitación.
6. Temperatura del suelo
Complejidad de la medición geotérmica Después de que la radiación solar calienta la superficie subyacente, la temperatura del suelo aumenta rápidamente. Debido a las diferentes propiedades físicas y químicas del suelo, es decir, diferente calor específico, la misma cantidad de calor tendrá diferentes aumentos en el valor de temperatura. Según experimentos realizados por instituciones pertinentes, el campo de temperatura horizontal en el suelo está distribuido de manera desigual y el gradiente de temperatura vertical es grande, especialmente en los días soleados de verano. Además, en el suelo, la transferencia de calor por radiación es débil; la transferencia de calor por convección es casi inexistente; el suelo no es un buen conductor de calor y lo conduce lentamente; Esto dificulta lograr el equilibrio adecuado entre las faltas de homogeneidad horizontal y los gradientes verticales de temperatura en el suelo. Además, la medición de la temperatura de la superficie se ve afectada por la fuerte radiación solar, lo que dificulta la obtención de valores de medición representativos, y también es difícil determinar qué instrumento es más confiable en las mediciones geotérmicas.
Como se puede ver en la Tabla 5, la diferencia de contraste entre 0 y 20 cm está disminuyendo gradualmente y está dentro del rango de valores permitidos dado por la oficina provincial.
7. Evaporación
Las mediciones de evaporación manuales y automáticas se realizan en el mismo dispositivo de evaporación de gran tamaño. Se puede ver en la Tabla 2 que la cantidad de evaporación de la estación automática es mucho mayor que la de la estación manual, y hay una diferencia significativa en la cantidad de evaporación.
La gran cantidad de evaporación en las estaciones automáticas se ve afectada principalmente por la precipitación, la humedad, el viento, la luz solar, la temperatura y la precisión de los instrumentos.
Parte de los períodos de registro meteorológico de precipitación del 15 de julio y 16 de junio de 2006 fueron seleccionados aleatoriamente para su análisis. Las 24 temperaturas promedio los días 15 de julio y 16 de junio fueron 26,0°C y la duración del sol fue de 0,0 h. Los datos de precipitación por hora, evaporación por hora, humedad por hora y velocidad del viento por hora para estos dos días se enumeran en la Tabla 3.
Tres. Conclusión
Según el análisis teórico, inevitablemente habrá diferencias en los datos de elementos meteorológicos observados por las estaciones manuales y automáticas. Al comparar los datos de observación de la estación manual y la estación automática de la Estación Base Nacional Nanxiong, encontramos que el intervalo diferencial dado por las regulaciones pertinentes de la oficina provincial es aplicable en condiciones climáticas generales, pero es significativamente menor que la situación real. bajo condiciones climáticas especiales debe usarse en trabajos futuros.
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