周璐1,2，李建宇1、钟金莲2、王金华2
（1 湖南省气象技术装备中心，湖南 长沙 410007；2 长沙市气象局，湖南 长沙 410205）
摘要：利用浏阳主、副两套自动气象站2019年逐小时气温、本站气压和相对湿度观测数据，以及湖南省气象技术装备中心计量检定所对该站标校得到的计量检定数据，运用相关统计方法，对订正前后数据进行相关性、方差、缺测率、超差率等对比分析。结果表明：利用计量检定数据，对本站气压、相对湿度观测数据进行订正，对提高观测数据准确性有一定意义。
关键词：新型站、计量检定、数据准确性
引言
随着现代科学技术的迅猛发展，气象观测自动化进程日益加快，到2020年4月，全国气象台站已全面进入地面气象观测自动化时代，气象观测数据在时间精准度和传输频次及效率上较之前得到了大力提升，这对自动观测气象数据的准确性也提出了更高的要求。就如何提高地面气象自动观测数据质量，国内气象部门已有研究，王超然[1]等提出将主备站资料放到同一数据平台，通过绝对差、标准差等分析，提升自动站查错纠错能力；李洪等[2]通过对多站自动观测数据对比分析与评估，利用差值、一致率分析方法，认为双站观测数据可以相互替代。
本文利用湖南省气象技术装备中心（以下简称装备中心）对浏阳市国家气象观测站（以下简称浏阳站）地面气象自动观测设备检定成果，对浏阳站主、备两套地面气象自动观测设备的气压、气温、相对湿度（以下简称压、温、湿）观测数据进行订正前后比较分析，研究探讨自动气象站计量检定数据是否对提高观测数据的准确性具有积极意义。
一、数据来源及检定方式
1.数据来源
本文研究分析数据，来自于浏阳站2019年1月1日至12月31日地面气象自动观测资料以及装备中心2020年检定成果，选取其压、温、湿逐时观测资料作为研究分析样本。浏阳站两套全自动地面气象观测设备均为江苏省无线电科学研究所有限公司生产的DZZ4型自动站，主站（以下简称A站）于2014年1月1日投入业务运行，副站（以下简称B站）于2018年12月13日投入业务运行。A站2019年全年逐时压、温、湿无缺测，B站2019年压、温、湿逐时缺测率分别为1.15%、0.41%、0.48%。
2．检定方式
装备中心于2020年5月15日对浏阳站地面气象自动观测设备进行了现场检定[3-4]，气温使用河北高碑店华兴电工仪器厂生产的RCY-1A型数字式铂电阻温度计进行检定，湿度使用SHINYEI牌S-1M/S-1S型精密露点仪进行检定，气压使用PAROSCIENTIFIC.INC生产的745-16B型数字式气压计进行检定，并就相关地面气象观测要素出具了测点误差数据（详见表1）。
表1：温、压、湿各检定点主副站标校值
三、数据处理与分析方法
3.1误差订正
本文采用其标准检定点误差值作区间线性内插，得到区间线性内插函数，然后对A、B两套设备的压、温、湿进行逐时订正数据。
设观测要素值为x，区间误差线性拟合函数为f(x)，订正后要素值为x，
则有： x，=x+f（x）
根据装备中心检定提供的误差数据精度，气压、气温误差订正后数据按保留两位小数精度处理，湿度订正后数据按保留一位小数精度处理。
3.2分析方法
由于没有标准仪器的同步观测数据可对照，本文利用相关分析、绝对和、代数和、频度、超差、方差等概念，对A、B两套设备观测的压、温、湿数据及订正后的数据进行计算处理和分析研究。考虑到全年压、温、湿逐时数据量太大，而采用传统的4次正点数据代表分析也有足够的样本量，故本文仅对两站全年02、08、14、20四个时次观测数据进行了分析。具体分析如下：
（1）相关性分析
对A、B两套设备压、温、湿经器差订正前后两组数据进行相关性分析，其相关系数如下表2所示
表2：A、B两套设备订正前后相关系数
由表2可知，订正前后A、B两套设备的压、温、湿观测数据相关性非常高，表征设备在正常状态下，运行稳定，遵照现行业务规定的数据精度要求，不管是否进行误差订正，两套设备数据互为替代完全可行。
（2）差值和分析
对A、B两套设备的压、温、湿经器差订正前后的两组差值数据进行绝对差与代数差求和计算，其相关数据如下表3所示。
表3：A、B两套设备误差订正前后差值和
由表3可以看出，就气温来看，订正前A、B两套设备数据差值代数和为正值，订正后为负值，表明A站与B站相比，未订正时正偏差较多，订正后则负偏差较多，订正前A、B两套设备数据差值绝对和小于订正后差值绝对和，表明温度的订正效应差，在现行装备水平下器差订正无意义；就气压来看，A、B两套设备数据差值的代数和与绝对值和订正前均大于订正后之值，且均为正值，表明对气压进行误差订正后，两套设备数据的一致性提高，有一定的器差订正意义，且A设备与B设备相比，多为正偏差；就湿度而言，与气压要素的分析结论相类似。
（3）差值区间频度分析
对A、B两套设备压、温、湿观测数据进行器差订正前后的代数差值区间进行频次统计，其结果如下图1-6所示。
图1：订正前A、B两站气温代数差区间分布频次
图2：订正后A、B两站气温代数差区间分布频次
图3：订正前A、B两站气压代数差区间分布频次
图4：订正后A、B两站气压代数差区间分布频次
图5：订正前A、B两站相对湿度代数差区间分布频次
图6：订正后A、B两站相对湿度代数差区间分布频次
由上图可以看出，A、B两套设备的压、温、湿观测数据代数差值，气温订正前主要差值出现在-0.1至0之间，出现频度达1009次，订正后主要差值出现在0.0至0.05之间，出现频度达1079次，A与B设备差值中心稍有正向漂移，且差值区间缩短，从这此角度看有一定的订正意义；气压订正前主要差值出现在0.2至0.3之间，频度达786次，订正后主要差值出现在0.1至0.2之间，出现频度达1183次，订正后A、B设备数据一致性有所改善和提高；湿度订正前主要差值主要出现在1至2之间，出现频度达641次，订正后主要出现在1至1.5之间，出现频度达580次，与上述温度分析情况类似，差值区间缩短，有一定的订正意义。
（4）超差率分析
对A、B两套设备压、温、湿观测数据进行超差率[3]计算，结果如下表4所示
表4：A、B站温压湿订正前后超差率
由上表可以看出，气温观测数据订正前后的超差率均为0.07%，气压观测数据订正前后超差率分别为0.76%、0.83%，气压观测数据的超差率相对较高，其中A、B两套设备必有一台存在隐形故障，需对其进行维护维修。
（5）方差分析
对A、B两套设备压、温、湿订正前后观测数据差值进行方差计算，结果如下表5所示。
表5:A、B站订正前后差值的方差
由上表可以看出，气温、气压订正后方差稍大于订正前方差，说明订正后A、B两设备数据差值的离散度稍有增加；而湿度订正后小于订正前方差，说明订正后A、B两设备数据差值的离散度明显减弱。
三、结论与建议
通过上述研究与分析，可以得出如下结论与建议。
（1）就压、温、湿自动观测而言，利用检定成果，对其进行误差订正，在提高观测精度方面，湿度和气压有一定意义，气温意义不大。
（2）上述A、B两套地面气象自动观测设备互备运行，就压、温、湿观测要素而言，基本能够满足气象观测数据完整性、准确性要求。
（3）上述研究发现个别时次气压观测数据A、B两站数据超差率较高，部分数据差值达1hpa，超过行业标准的67%。建议业务软件增加双站同时次、同要素互校、超差数据报警功能，以便及时发现设备故障、实时处理。
（4）加强备份站观测设备的日常维护，以确保双站互备份功能实现。建议业务部门将备份站数据的完整性纳入考核范围，以全面提升自动气象观测质量。
参考文献
[1] 王超然, 文强. 主备份自动气象站气象数据的对比算法研究与应用[J]. 农学学报, 2019, 009(003):75-78.
[2] 李洪, 罗宇, 范嘉智. 湖南省新型自动气象站与二型站数据对比分析与评估[J]. 科技创新导报, 2018, 015(012):146-148.