宁夏酸雨自动与人工观测数据的差异分析.pdf

第期气 象 水 文 海 洋 仪 器N o 年月M e t e o r o l o g i c a l,H y d r o l o g i c a l a n dM a r i n e I n s t r u m e n t sJ u n 收稿日期:基金项目:中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室指令性项目(C AMP )资助作者简介:姜娜娜(),女,硕士,高级工程师主要从事气象数据质量控制技术研究及软件开发工作通讯作者:张智(),男,大学,正高级工程师主要从事气象信息处理技术研究工作宁夏酸雨自动与人工观测数据的差异分析姜娜娜,马珺玢,韩格格,王自枭,丁仲录(中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室,银川 )摘要:文章利用宁夏银川、中卫、固原个酸雨观测站 年自动与人工酸雨观测资料,分析了自动观测与人工观测酸雨数据的差异以及引起差异的原因.结果表明:酸雨自动观测系统运行稳定,数据完整,降水采样时段与基准降水时段一致性较好;系统测量p H准确性较高;电导率测量精准度有待提高,需要进一步改进性能.关键词:宁夏;酸雨;自动观测;人工观测;分析中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:X()D i f f e r e n t i a l a n a l y s i so na u t o m a t i ca n dm a n u a l o b s e r v a t i o nd a t ao fa c i dr a i ni nN i n g x i aJ i a n gN a n a,M aJ u n f e n,H a nG e g e,W a n gZ i x i a o,D i n gZ h o n g l u(K e y L a b o r a t o r y f o r C h a r a c t e r i s t i c A g r i c u l t u r a l M e t e o r o l o g i c a l D i s a s t e r M o n i t o r i n g,E a r l y W a r n i n g a n d R i s kM a n a g e m e n t i nA r i dR e g i o n s,C h i n aM e t e o r o l o g i c a lA d m i n i s t r a t i o n,Y i n c h u a n )A b s t r a c t:B yu t i l i z i n g t h e a c i dr a i no b s e r v a t i o nd a t ao b t a i n e da u t o m a t i c a l l ya n dm a n u a l l y i n f r o ma c i dr a i no b s e r v a t i o n s t a t i o n s i nY i n c h u a n,Z h o n g w e i a n dG u y u a n,N i n g x i a,t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e d i f f e r e n c e o f a c i dr a i nd a t a f r o ma u t o m a t i co b s e r v a t i o na n dm a n u a lo b s e r v a t i o nr e s p e c t i v e l ya n dt h er e a s o nf o r t h ed i f f e r e n c e T h ea n a l y s i s r e s u l t s h o w s t h a t t h e a u t o m a t i c a c i d r a i no b s e r v a t i o ns y s t e mc a no p e r a t e s t a b l ya n dc o m p l e t e s e to fd a t ac a nb eo b t a i n e d B e s i d e s,t h ep r e c i p i t a t i o ns a m p l i n gp e r i o di si ng o o dc o n s i s t e n c y w i t hr e f e r e n c ep r e c i p i t a t i o np e r i o d H i g h e rp H m e a s u r e m e n ta c c u r a c yc a nb eo b t a i n e db yt h es y s t e m T h ep r e c i s i o nf o rc o n d u c t i v i t ym e a s u r e m e n t s t i l l n e e d s t ob e i m p r o v e da n d t h ep e r f o r m a n c e i s r e q u i r e d t ob e f u r t h e r e n h a n c e d K e yw o r d s:N i n g x i a;a c i dr a i n;a u t o m a t i co b s e r v a t i o n;m a n u a l o b s e r v a t i o n;a n a l y s i s引言酸雨是指p H小于 的大气降水,是人类活动或自然灾害等原因导致区域降水酸化的一种污染现象,对公众健康、工农业生产、生态环境都有重要的影响.早期的酸雨观测均为人工观测,不仅需要在观测前逐步检查仪器、处置降水样品、校准电极、测量p H和电导率,还需在测量时注意p H计、电导率仪预热和p H计校准顺序等问题,而且在观测操作过程中容易出现偏差和错误,影响酸雨数据的比较性、代表性和准确性 .年中国气象局开始建设酸雨自动观测系统,实现了酸雨样品的自动采集和自动测量.孟磊等针对北京市观象台T C Y I 型酸雨自动观测系统的降水采样偏差及完整性、降水数据的准确性和一致性进行分析,结果表明降水采样一致性较第期姜娜娜,等:宁夏酸雨自动与人工观测数据的差异分析好、p H和电导率准确性较高.年宁夏建成个酸雨自动观测系统,并开展了a的平行观测.文章利用银川、中卫、固原酸雨观测站自动与人工观测资料,分析自动与人工观测酸雨的差异,以期为宁夏酸雨自动观测的业务化运行提供参考.资料来源与方法 资料来源数据取自银川、中卫、固原酸雨观测站 年自动与人工平行观测资料,均已经过质量控制,并对异常值进行了核查剔除.其中北京时当日:次日:为个降水采样日,降水量达到 mm时采集降水样品,自动与人工观测仪器参数如表所示.表自动与人工观测仪器参数项目自动人工备注设备型号T C Y I 雷磁P H S J Fp H计雷磁D D S J A电导率仪雷磁T B 测温探头雷磁E F复合电极雷磁D J S D电导电极测量范围(p H)电导率/(s/c m),温度/数据完整性统计以日数据为评估分析单位,对仪器的数据完整性做缺测率评估,计算缺测率.rnN ()式中,r为缺测率;n为累计缺测频次;N为应观测总频次.以人工观测降水时段为基准,比较人工观测和酸雨自动观测系统所记录降水起止时刻,计算酸雨自动观测系统一致率、漏采率及空采率.atat ()btbt ()ctct ()式中,a为采样时段一致率;b为采样时段漏采率;c为采样时段空采率;t为基准降水时间;ta为降水一致时间;tb为自动采样漏采时间;tc为自动采样空采时间.数据准确性统计以人工观测的酸雨测量值为基准值,计算酸雨自动观测系统的相对p H偏差()和相对电导率偏差().Sp(pp)/p ()Sk(kk)/k ()式中,Sp为相对p H偏差;p为人工观测p H测量值;p为自动观测p H测量值;Sk为相对电导率偏差;k为人工观测电导率测量值;k为自动观测电导率测量值.数据一致性统计以人工观测的酸雨测量值为基准值,计算酸雨自动观测系统的绝对p H偏差和绝对电导率偏差.dppp()dkkk()式中,dp为绝对p H偏差;dk为绝对电导率偏差.结果分析以人工观测的降水时段、酸雨测量值作为参考值,对自动观测降水数据的完整性、酸雨测量数据的准确性与一致性进行分析.降水数据完整性 年宁夏各酸雨站降水采样共 次(表),其 中 银 川 站 次、中 卫 站 次、固 原 站 次,全年自动观测缺测次,缺测率为 .表宁夏酸雨站降水数据完整性统计 单位:站名采样频次一致率漏采率空采率银川 中卫 固原 平均 从表可以看到,各站自动观测的降水时段一致率均大于 ,采样时段一致性较好;自动观测的漏采率均低于,可以避免因漏采降水数据而影响酸雨测量值;自动观测的空采率均高于 ,这是由于自动观测系统默认降水数据采样时间为:次日:,特别是夜间有降水现象时,系统默认采样时间为:次日:,造成降水采集时间过长.测量数据准确性从各站自动与人工观测数据相对偏差可知,气 象 水 文 海 洋 仪 器J u n 银川站相对p H偏差在,中卫站相对p H偏差在 ,固原站相对p H偏差在 .总体上看各站自动与人工观测的p H测量数据差异较小,说明酸雨自动观测系统测量p H的性能较好.但银川站电导率相对偏差在 ,中卫站电导率相对偏差在 ,变化剧烈,而固原站电导率相对偏差在 ,变化更剧烈,其中月 日电导率相对偏差高达 ,这是因为室内酸雨设备受仪器的影响,有部分导管无法清洗或更换,造成电导率偏大.测量数据一致性从各站自动与人工观测的p H绝对偏差可知,银川站p H绝对偏差在 ,中卫站p H绝对偏差在 ,固 原 站p H绝 对 偏 差 在 ,各站自动与人工观测的p H绝对偏差较小,酸雨自动观测系统测量的p H准确性较高.文章通过分析各站自动与人工观测的电导率绝对偏差得出,银川站电导率绝对偏差在 s/c m,其中月 日高达 s/c m,这是因当日:持续降雨,人工采样样品受到大气沉降的污染;中卫站电导率绝对偏差在 s/c m,其中月 日高达 s/c m,这是因当日:长时间无连续降雨,使人工采样样品受到大气沉降的污染;固原站电导率绝对偏差在 s/c m,其中月 日高达 s/c m,这是因当日:雪、雨夹雪、雨降水现象交替出现,人工采样样品受到大气沉降的污染.总体上看各站自动与人工观测的电导率绝对偏差较大,主要是因为人工观测的样品在保存时容易受到大气沉降的污染,而自动观测系统在保存样品方面具有优势.结束语酸雨自动观测系统的应用大大减少了台站业务人员的工作量,提高了酸雨观测的自动化水平.由于系统使用时间短,设备性能还需持续改进,应用效果有待更加细致地分析,因此提出以下建议:)酸雨自动观测系统测量p H准确性较高,且在样品采集、样品保存和样品测量自动化水平方面具有绝对优势,可以保证测量结果更接近降水样品的真实状态;但电导率测量准确性有待提高.)酸雨自动观测系统室内机吸样品到测定中间有一段导管积存样品无法清洗,容易造成电导率偏差较大.建议改进自动清洁导管积液功能,提高仪器性能.)冬季降雪量较小时采样盖反应较慢,采集器盖子容易冻结,感雨器的融冰系统无法在短时间内完成融冰.建议对仪器的加热设备、感雨器、抽气阀进行改进,增强降水采样器防冻功能,缩短开盖反应时间,保证降水采样时段的准确性和降水样品的纯度.参考文献:中国气象局酸雨观测业务规范M北京:气象出版社,李华,陆晓平,李晓梅酸雨观测中的若干注意事项J气象水文海洋仪器,():,吴明江,宋文英酸雨站观测技术及质量控制方法探讨J气象水文海洋仪器,():,黄美纯,蔡伟坤,翁永限酸雨观测采集过程中的注意事项J气象水文海洋仪器,():,孟磊,张龙斌,李晋,等 T C Y I_型酸雨自动观测系统采样及测 量性 能 分析 J气象 水 文海 洋仪 器,():(上接第 页)杜传耀,尹佳莉,李林,等降水现象仪观测应用评估J气象,():秦榕,杨霰,陈艳丽,等新疆地区降水现象仪平行观测对比分析J沙漠与绿洲气象,():周坤论,黄剑钊,陶伟,等降水类天气现象自动与人工观测质量对比分析J气象研究与应用,():荀伟唯,李秀英,庄萌 D S G 型降水传感器平行观测数据对比分析J气象水文海洋仪器,():中国气象局地面气象观测规范M北京:气象出版社,刘平,王磊,祁生秀,等天气现象仪降水观测分析J成都信息工程大学学报,():