卓尼自动站风杯冻结气象条件分析及数据处理方法

杨 扬

甘肃省卓尼县气象局 ，甘肃 卓尼 747600

一、数据及方法

（一）资料说明

选取2015-2018年卓尼站风杯冻结总次数30次数据。

（二）方法

概率统计方法包括条件概率，气象要素物理分析方法，气温、湿度、风速要素风杯冻结后不正常记录处理方法。

二、结果分析

（一）自动站风杯冻结的月分布

月变化特征明显，风杯冻结主要出现在11月至次年3月，出现频率占总数的87%，其中1月出现的频率最高，占总次数的27%，12月占总次数的20%，3月占总次数的17%，11月占总次数的13%，2月占总次数的10%，4月、5月、10月偶尔出现，6-9月无冻结。风杯冻结主要伴随的天气现象：雪、雨夹雪，降雪致使风杯冻结占总次数的77%，雨夹雪致使风杯冻结占总次数的23%。降雪致使风杯冻结的月份有1-3月、11-12月，其中1-2月、12月占满全月，3月、11月是部分。雨夹雪致使风杯冻结主要月份有：4-5月、10月，其中3月、11月也偶尔出现。

（二）自动站风杯被冻时间

对卓尼站2015-2018年风杯冻结个例分析得出，冻结时间主要出现在02时至06时之间，10时至20时之间。冻结前降雪、雨夹雪持续时间长达4h以上或雪、雨夹雪停止后1h之内。

（三）自动站风杯冻结时的气象条件分析

根据卓尼地面观测站A、J文件（A文件为地面月报文件、J文件为地面月分钟数据文件），对比较典型的2次风杯冻结个例进行统计分析；结果列于表2、表3、图1、图2。

表1 自动站风杯冻结时的气象条件分析

表2 卓尼站2015年4月6日02时01分至06时00分风杯被冻结前1小时、半小时气象要素统计表

表3 卓尼站2016年1月31日10时26分至19时57分风杯被冻结前1小时、半小时气象要素统计表

图1 2015年4月6日02时01分至06时00分风杯冻结前1小时气温、风速变化情况

图2 2016年1月31日10时26分至19时57分风杯冻结前1小时气温、风速变化情况

卓尼站2015年4月5日19时34分开始降雨，持续到6日夜间由雨转化为雨夹雪，从表2得知，6日夜间冻前1h、0.5h平均气温均为0.6℃，因气温较高，湿度减小，部分融化的液态水会流到转子与定子之间的缝隙里，从A文件资料得知，02h冻结时的气温为-0.3℃，气温在-1.0～1.0℃之间变化，促成了融化和冻结两个过程交替持续[1]，液态水就会发生冻结，从图1得知冻前1h、0.5h二分钟风速在0～1.0m/s之间，转子与定子有相对静止的时刻，从而冻在一起。

2016年1月31日10时26分至19时57分，从表3得知，冻结前1h气温最低值为-10.7℃，冻结时气温-7.5℃，1h内气温上升3.2℃，从图2曲线反映出随后气温逐渐上升，小时内相对湿度减小，从记录的天气现象来看，降雪从31日09时44分停止后1h之内，在风速小于1.0m/s时，发生了冻结。

综上所述：风杯冻结气温起了关键性作用。若气温较高，液态水就不能冻结成冰，风杯也就无法冻住；若气温较低，雪就不能融化成水，风杯也就无法冻住。这两次风杯冻结的关键在于当时气温变化，促成了融化和冻结两个过程交替持续，在风速小于1.0m/s并且有一段时间静风，风杯静止不动，天气、温度、湿度、风速巧妙结合，促使风杯被冻住[2]。

三、风杯冻结后不正常记录处理方法

实现自动观测的台站，并且有备份自动站，在风杯冻结后，正点时次的记录按照正点前10分钟（51-00分）接近正点的正常记录代替，以14时为例：用13时51-00分的数据代替，若正点前10分钟数据不正常或缺测，就按正点后10分钟（01-10分）接近正点的数据代替。用14时01-10分的数据代替。

若正点前后10分钟数据均异常或缺测，就用备份自动站对应时次记录代替。例如14时，13时51-00分、14时01-10分的数据异常或缺测，就用备份自动站相对应的时次14时00分的数据代替。

风杯冻结时段的风向、风速的分钟数据及瞬时风向、风速均按缺测处理划“-”该时段的二分钟平均风向风速、十分钟的风向风速、最大风向风速及出现时间全部用备份自动站对应时次的记录代替。

若备份自动站也被冻住，该要素人工观测仪器已按规定撤除或超过正点后10分钟，则该要素不再人工补测，按缺测处理划“-”[3]。

对风杯冻结后的不正常记录处理，按照规定在24h内通过MDOS系统备注提交。

四、结论

通过统计分析表明：卓尼自动站风杯冻结主要出现在11月至次年3月，4-5月、10月偶尔出现，6-9月无冻结。自动站风杯冻结主要是温度、湿度、风速以及天气现象等气象条件综合影响的结果，风杯被冻时比较适宜的气象条件是：冬季降雪天气，气温在0℃以下，当小时内气温上升≥2.0℃，春季降雨夹雪，气温在-1.0～1.0℃时，相对湿度≥74%、风速≤1.0m/s或静风时，观测员要密切监视风速数据，注意观察风杯转动情况，若发现风速较长时间为零或风杯长时间不转，则可判断风杯被冻住，首先应放倒风杆采取人工除冰直至风杯转动记录恢复正常为止，其次对故障期间的记录按照不正常记录的处理方法进行处理，在24h内通过MDOS系统备注提交。