柴达木盆地不同观测方式降水资料的对比分析——以格尔木国家基准气候站为例

韩廷芳 吴双桂 伊俊兰 李 兴

(1.青海省格尔木市气象局，青海 格尔木 816099)(2.青海省海西州气象局，青海 德令哈 817099)

降水：是指从天空降落到地面上的液态或固态(经融化后)的水。降水量：是指某一时段内的未经蒸发、渗透、流失的降水，在水平面上积累的深度。以毫米(mm)为单位，取一位小数[1]。人工观测降水量由观测员用雨量器手动观测得到，自动观测降水量采用翻斗式雨量计自动获取。格尔木是全国8个长期保留人工器测观测任务(含自记仪器记录整理)的国家基准气候站之一，也是青海省唯一长期保留人工器测观测任务的国家基准气候站。很多学者对观测系统发生变化而引起的气象资料观测结果进行了大量分析研究，如茆佳佳等[2]在《自动观测与人工观测相对湿度比对分析》中对全国保留人工观测的8个国家基准气候站2007～2013年的比对观测资料进行研究、评估和总结，揭示两种观测技术体制观测资料的可比性及自动观测资料的稳定性；张焕萍等[3-4]对不同区域人工站与自动站降水资料进行对比分析。而对格尔木国家基准气候站未见两种观测方式降水资料的详细对比分析，对于干旱区特殊背景下的不同观测方式降水资料对比分析也较少。本文利用格尔木国家基准气候站2013～2017年人工器测与自动观测5年地面降水量资料，从降水百分误差率、时间变化规律及两者的线性回归拟合方程，分析降水资料人工观测与自动观测的差异，对分析仪器更换和观测方式的改变给气象观测资料均一性带来的影响，并对探讨自动站数据的代表性、准确性和连续性有重要意义，分析结论为开展气候及气候变化方面的研究提供基础数据。

1 资料与方法

1.1 研究区概括和资料来源

柴达木盆地位于青藏高原北部，格尔木市地处柴达木盆地南缘，属于荒漠、半荒漠的戈壁滩，自然条件恶劣、少雨(格尔木市1981～2010年近30年平均年降水量45.1mm)、多风、是沙尘暴天气的频发区。格尔木国家基准气候站2013～2017年人工与自动观测5年降水资料由格尔木气象台提供。统计月、季节和年降水观测数据。季节划分：春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋节(9～11月)和冬季(12月至翌年2月)。

1.2 分析方法

依据国家气象中心《对比观测期间观测资料评估技术方法》[5]，分析降水量的百分误差。参考《地面气象观测遥测自动化功能需求书》要求，降水评估项目参考标准：缺测率2%、降水量的百分误差±8%。利用数理统计和线性回归方法建立两者的线性回归拟合方程及显著性检验。

2 结果与分析

2013～2017年格尔木国家基准气候站人工器测与自动观测降水缺测率为0，说明数据完整性和仪器观测的稳定性高。

2.1 人工站与自动站降水月、季、年百分误差统计分析

表1是格尔木国家基准气候站2013～2017年人工器测与自动观测月、季节和年降水百分误差统计，由表1可见，月降水百分误差基本上都是负值，说明降水量数据自动站大于人工站，此结论与柴岩红[3]等分析的乌鲁木齐地区自动与人工观测降雨量差异的结论相一致。而且只在3月、7月、8月和12月共4个月符合标准参考百分误差值，其余月降水百分误差在-9%～-36%，均超出了标准百分误差；年和季节中只有春季在标准百分误差范围内，其余降水百分误差在-9%～-22%，均超出标准误差范围。

2.2 人工站与自动站降水月、季、年变化规律

人工站与自动站降水的月际变化趋势基本一致，年内最大值均出现在主汛期(人工站：7月份12.3mm、自动站：6月份13.1mm)，最小值人工站出现在10月份(0.1mm)，自动站出现在3月份(0.5mm)。

人工站与自动站降水季节变化趋势完全一致，夏季>秋季>春季>冬季，且降水数据均为自动站大于人工站。

人工站与自动站降水年变化趋势完全一致，最大值出现在2017年(人工站：69.9mm、自动站73.8mm)，最小值出现在2013年(人工站与自动站均为19.0mm)。

2.3 人工站与自动站之间回归方程的建立及检验

图2为格尔木国家基准气候站2013～2017年人工站与自动站降水量季节和年数据线性拟合曲线图。表2是格尔木国家基准站2013～2017年人工站与自动站月数据线性拟合相关分析结果。结合月、季节和年数据线性拟合结果可得，人工站与自动站降水数据线性拟合结果非常好，没有出现大的离散状况，表明人工站和自动站月、四季和年降水量数据相差不大，未出现系统性偏差。月、四季和年拟合中人工站和自动站相关系数平方在0.9355～1，相关系数在0.96721～1.0000，均通过了0.001的极显著性检验。表明可用自动站降水观测值对人工站降水值进行订正和推算。

图2 格尔木国家基准气候站2013～2017年人工站与自动站季节和年降水数据线性拟合曲线

表2 格尔木国家基准气象站2013～2017年人工站与自动站月降水量线性方程和相关系数

续表

2.4不同观测方式降水产生差异的原因

人工站和自动站降水资料存在一定的差异，其中观测仪器的改变是重要的原因之一，自动站测量的降水大多比人工站偏多，主要原因为自动站观测较人工观测仪器更为灵敏、能够及时地观测降雨量的微小变化，所得到数据具有较强的时效性。人工站所使用的雨量器由雨量筒(承水器、储水瓶和外筒)与量杯组成，到一定量或定时人工进行测量，人工观测有视差、有误读的可能，而自动站则没有相类似的误差。格尔木具有降水稀少、蒸发强的气候特点，观测的降雨以微量到小雨为主，降雨强度弱，过程降雨量小，微量降雨常有少量降水滞留或附在储水瓶中，使得雨量偏小，在低量级降水中容易产生误差；在气温较高，蒸发较强时，微到少量的降水因蒸发而使得降水量偏小。另外观测时间及对仪器维护是否规范等[6-7]都是2种观测方式降水资料产生差异的原因。

3 结论与讨论

对格尔木国家基准气候站2种观测方式降水量资料进行对比分析，得出如下结论：

3.1月降水百分误差基本上都是负值，说明降水量数据自动站大于人工站。且只在3月、7月、8月和12月共4个月符合标准参考百分误差值，其余月降水百分误差在-9%～-36%，均超出了标准百分误差；年和季节中只有春季在标准百分误差范围内，其余降水百分误差在-9%～-22%，均超出标准误差范围。

3.2人工站与自动站降水的月际变化趋势基本一致，年内最大值均出现在主汛期，最小值人工站和自动站分别出现在10月和3月份。人工站与自动站降水季节变化趋势完全一致，夏季>秋季>春季>冬季，且降水数据均为自动站大于人工站。人工站与自动站降水年变化趋势完全一致，最大值出现在2017年，最小值出现在2013年。

3.3人工站与自动站降水数据线性拟合结果非常好，没有出现大的离散状况，表明人工站和自动站月、四季和年降水量数据相差不大，未出现系统性偏差。月、四季和年拟合中人工站和自动站相关系数平方在0.9355～1，相关系数在0.96721～1.0000，均通过了0.001的极显著性检验。表明可用自动站降水观测值对人工站降水值进行订正和推算。

3.4月、季和年降水百分误差分析中部分数据表现为超过标准参考值，但在降水量的线性拟合中均通过了0.001水平以上的显著性检验，降水量的观测自动站完全可取代人工站。

3.5造成自动站与人工站差异原因有多方面，包括不同的采集方式、观测时间、仪器原理以及对仪器维护是否规范等。