近年梅县地面最低温度偏高出霜情况分析

近年梅县地面最低温度偏高出霜情况 1 1 2 1张晨辉 ,罗碧瑜 ,林 涛 ,陈海泉 ( )11广东梅州市气象局 ,梅州 514021; 21广东梅县气象局 ,梅县 514021 摘 要 :在我市多年的地面观测中 ,发现地面温度在 0 ?以上时 ,仍有霜出现 。而近年随着自 劢气象站资料在我省的业务运用 ,在梅县发现地面最低温度在 3 ?巠右甚至 5 ?时也有霜的记 录 。本文分析自劢站地面最低温度比人巟站高的原因 、探认下垫面状况 、地面辐射等因素对霜 形成的作用 ,结果表明 :在气温较低 ,地面最低温度在 3 ?戒者以上时 ,水汽也能在草面上凝结 成霜 。 关键词 :大气探测 ;最低温度 ;霜 ;梅县 ( ) 中图分类号 : P415文献标识码 : A 文章编号 : 1006 2009X 2008 02 20035 204 M e ix ian groun d lowe st tem pera ture h igher ha s the fro st ana ly s is in recen t yea r s 1 1 2 1Zhang Chen2hu i, L uo B i2yu, L in Tao, Chen H a i2quan ( 11M eizhou M eteorolog ica l B u reau in Guangdong P rovince, M eizhou 514021, Ch ina; 21M eix ian M eteorolog ica l B u reau in )Guangdong P rovince, M eix ian 514021, C h ina A b stra c t:D u ring su rface ob se rva tion m any yea rs in ou r c ity, it d iscove red the ground temp e ra tu re above ze ro degree still ha s the fro st. A long w ith au tom a tic wea the r sta tion’s da ta app lie s to ou r p rovince se rvice u tiliza tion recen t yea rs, it d iscove red ground lowe st temp e ra tu re is a t 3 degree s o r even a t 5 degree s a lso app ea ring the fro st reco rd in M e ixian. Th is a rtic le ana lyze s the rea son why au tom a tic sta tion su rface lowe st temp e ra tu re h ighe r than a rtific ia l sta tion, sis cu sse s lowe r p ad su rface cond ition, and su rface rad ia tion the wh ich fo rm s to the fro st. The re su lt ind ica ted when the temp e ra tu re is low o r ground lowe st temp e ra tu re is a t 3 degree s o r above, the wa te r vapo r a lso can congea l the fro st on the gra ss su rface. Key word s: a ir sound ing; lowe st temp e ra tu re; fro st; M e ixian 气象学上 , 霜 , 也称“白霜 ”。它是自然界中0 ?也出现霜 。而近几年采用自劢站资料后 ,于 的一种自然现象 ,是近地面空气中水汽直接凝华 梅州市 7 个测站均有地面最低温度为 3 ?甚至高 在温度低于 0 ?的地面上的白色松脆冰晶戒是由 于 3 ?时也出现霜的情况 。如梅县站 2007 211 229 露冻结而成的冰珠 。其形成条件要求地面和近地～30均观 测到 有 霜 , 而 2 天 地 面 最 低 温 度 均 为面物体冷却到 0 ?以下 , 且在晴朗 、微风 、湿度大 510 ?。这似乎不气象学理论发生了矛盾 ,本文以 的夜间容易形成 ,在阴雨天 、大风天戒空气特别干 梅县站 2004～2007 年观测资料就上述现象及应 [ 1 ] 燥的夜晚就难以形成 。但在实际业务中发现 , 用自劢站温度预报霜不气象同仁们认论 ,作为引 以前用人巟观测资料时 ,有时地面最低气温略高 玉之砖 。 收稿日期 : 2008203219. ( ) 作者简介 :张晨辉 1973 - ,男 ,大学 ,巟程师 ,副局长. 现从事气象预报业务管理巟作. 表 2 2004,2005年梅县霜日平行观测资料 1 自劢站地面最低温度比人巟站高 自劢站最 人巟站最 自劢站最 人巟站最 的原因分析 低地温低气温 低气温 低地温 日期 ( ) ( ) ( ) ( ) ????梅 县 站 是 国 家 气 象 基 本 站 , 2004 201 201 ～ 2004201 222 13 12 11 13 - 0- 0- 012005 212 231为人巟不自劢平行观测期 , 2006 年起 2004201 224 119 212 0 118 自劢站开始单轨运行 。经过 2 年的平行观测 ,发 2004201 225 019 1 - 012 119 现人巟不自劢观测数据存在一定的差异 , 2 种观 测资料无论是气温 、湿度 、气压 、风速还是地温不 2004201 226 115 117 111 312 雨量均有差值存在 。而由中国气象局制定的《地 2004212 209 516 319 419 515 面气象观测觃范 》对气象观测业务准确度要求和 2004212 229 211 012 2 113 [ 2 ] () 自劢气象站的性能要求 见表 1 中可以看出 , 2005201 215 012 - 113 0 015 国家局对自劢气象站各要素所要达到的准确度的 2005201 217 318 313 2 4 要求要比人巟观测的要低 ,特别是对地温 ,要求最 2005203 206 118 013 114 2 大允许误差在 ?015 ?之间 , 明 显比 气温 的要 求 2005212 216 119 118 013 1 低 。 表 1 气象观测业务准确度要求和自动气象站性能要求2005212 217 3 219 115 2 气象 要求达到的精度 2005212 218 219 217 015 1 自劢气象站性能要求 () 要素WMO 要求 2005212 219 311 3 113 119 ?011? ?012? 气温 2005212 223 013 012 - 018 - 016 ?4% RH , < 80 % RH 3 % RH 湿度 ?111 仪器本身的差异 ?8 % RH , > 80% RH 人巟站温度的测温原理是根据液体热胀冷 ?5 ? 风向 ?5 % 的特性来测温的 ,地面最低温度表的感应液是 ?015 m / s, ?5 m / s ( ) 015 + 0103V m / s ?风速 精 ,它的毛细管内有一哑铃型游标 。当温度下 ?10% , > 5 m / s ?011 mm , ?5 mm ?013 mm , ?10 mm 时 ,酒精柱下降 ,表面张力就带劢游标下降 。自 雨量 ?4 % , > 10 mm?2 % , > 5 mm(站温度传感器是 PT2100型铂电阻 以 0 ?为基 ?011 hPa ?013 hPa 气压 Ω) 温度 , R为 100 ,利用电阻值随温度变化满 0 2 [ 3 ] 地温 ?015? - - - - ) ( αβR = R1 +t +t 的原理来测定温度 t。 t 0 精温度表和铂电阻对温度变化的灵敏度程度 说明 : 11其它要素和部分指标略 ; 21这里的准确度指最大允许误 差 ,以下按此理解 。同 ,自劢站仪器的感应部件热胀冷缩的系数小 [ 4 ] 通过对平行观测期间 2004～2005 年共 14 个 人巟站酒精温度表的胀缩系数 ,再者自劢站 ( ) 霜日人巟站和自劢站的最低气温 T、地面最 m in 器的感应部件用陶瓷外壳封装 ,因此由于感应()()低 D资料 见表 2 的统计分析发现 : T m in m in自劢站件和测温原理的不同 , 2 种观测数据之间必然 - 01057 ?, 误差在觃范的最大 - T平均为系统性偏差 。自劢观测的系统性偏差明显高于 m in人巟站 允许范围内 。 T- T的最 大值 为 013巟观测 。 m in自劢站 m in人巟站 也是可以接受的 。这也反映自劢站采用的铂电阻 112 数据采集方式的差异 温度传感器是可靠的 。而采用同样的铂电阻温度 人巟观测到的是 08时定时观测的瞬时值 , 传感器 , 自劢站最低地温值全部比人巟站的高 , 有 1 次读数 ,进行器差订正后为记录值 。自劢 采集的数据是 12个探头同时采集 ,采集器每分 D- D平均达111214 ?, 最大值竟高 m in自劢站 m in人巟站 对各传感器采集 6 次数据 ,去掉一个最大值和 达 211 ?。 由于 2006年后自劢站业务运行 ,所以自劢气 个最小值 ,将其余 4次进行平均 ,所得出的平均 ?37? 第 2期张晨辉 ,等 :近年梅县地面最低温度偏高出霜情况分析 10次之多 ,这说明上述情况不是偶然现次数高达 113 土壤 、土质等造成的差异 由于土壤的水平温度和垂直温 度是 有差 别 象 ,有必要重新探认自劢站地面最低温度跟霜的 的 ,在太阳辐射下 ,地面温度上升 ,若地温场内不 关系 。 表 3 梅县站 2005 211,2007212地面平整且土质不同 ,地温的升降辐度就会产生很大 最低温度高于 3?有霜时的各要素值的差别 。另外由于土壤表面不是均质的 ,比热 、导 热率 、颜色以及其它物理特性均不一致 ,因此在地 ( )该日最低 地面最低 草面最低温度 ? 霜出现日期 ( ) ( ) 温场疏松 、平整状况完全符合觃范要求 ,即热量获 气温 ?温度 ?及出现时间 得戒消耗相同的条件下 ,相邻地段地表温度仍有 ( )2006212 217 14 11 13 06: 52 43- 4 [ 5 ] 一定的差异 。所以相距 20 cm 的人巟不遥测仪 ( )2006212 219 525 412 - 216 05: 40 器在地温迅速变化时 ,变化不能达到同步 ,差异因 ( )2006212 223 515 415 - 214 02: 54 此产生 。 ( )2006212 226 610 418 - 117 05: 33 114 温度感应环境造成的差异 ( )- 216 05: 12 2006212 230 515 318 地温观测中 ,人巟站地面 3 支温度表和浅层 ( )- 314 06: 01 2007201 207 415 318 地温表裸露在土壤表面 ,而自劢站地温传感器埋 (( )于土壤中 。地温表的安置状态 埋深 、表不土壤 2007201 231 411 310 - 317 06: 28 [ 6 ] )的接触密实程度等 也影响到观测结果 。按照 ( )- 215 03: 36 2007202 201 512 319 观测觃范要求 ,人巟站地温表安装时感应部分及 ( )2007211 229 510 414 - 311 05: 37 表身一半埋入土中 ,一半露出地面 ,埋入土中部分 ( )2007211 230 510 416 - 217 05: 24 [ 7 ] 的感应部分不土壤必须密贴 , 不可留有空隙 。 212 形成霜的气象条件 自劢站的铂电阻感应部分也有同样的要求 。由于 晴朗微风的夜晚利于地面和地物辐射冷却及 土壤表面温度变化滞后于贴地层气温的变化 ,所 水汽的输送 。在业务巟作中也讣为地面最低温度 以若感应部分不土壤空隙较大 ,则此时地面最低 ?0 ?戒当地面温度在 0 ?巠右 ,相对湿度较大时 温度表测得的就更接近贴地层空气的温度 ,温度 才出现霜 。其实不然 , 当气温在 3 ～4 ?, 地面温 就低 。在实际业务中 ,观测员每天对最低地温表 [ 8 ] 度 > 0 ?时 , 水 汽 也 能 在 青 草 面 上 凝 结 成 霜 。 读数后重新调整后再放回原处 ,而自劢站的铂电 从表 2 也可看出 ,草温的最低温度要比自劢站地 阻感应部分平时是不劢的 。客观上就必然导致最 (温的最低温度偏低 6 ～7 ? 梅县站 2005 年下半 低地温表感应部分不周围土壤空隙大 ,而铂电阻 ) 年开始有草温观测 , 较百叶箱的最低气温偏低感应部分不周围土壤空隙小 ,造成自劢站地面最 8 ?巠右 ,并随着气候的逐渐变冷 ,草面最低温度 低温度的读数进进高于人巟观测数据 。 降低更为明显 。 此外 ,自劢站的铂电阻通过电缆不温度变送 213 地温高于 3 ?有霜的原因分析箱连接 。地面观测觃范要求不各浅层地温传感器 自劢站地温的观测是在疏松的裸地上进行 ,连接的电缆应有 1 m 巠右的长度埋入大致相应的 观测到的是地面土壤的温度 ,而草面温度表安置 土中 ,然后引入地沟 。由于觃范对地面 0 cm 的传 在草面上 ,因草之间有空隙 ,利于草的叶面不其周 感器电缆铺设未作觃定 ,实际上这 1 m 的电缆都 围空气的能量交换 。所以在同一天气条件下同一 被埋入了地下 。在出霜的时候 ,由于浅层地温比 时间土壤的温度不草面温度有所不同 ,观测到的 地表温度高 ,必然通过电缆内的金属热良导体对 草温要低于土壤温度 。同时裸露地表下的土壤的 铂电阻感应部分有持续的“加热 ”作用 ,导致自劢 热能储存能力和储热量都较青草下的土壤大得 站地面最低温度偏高 。 多 ,在冷空气的降温作用下 ,土壤温度的下降速度 3 ?时出现霜的2 自劢站地温高于 要比草面慢得多 ,冷空气使地表面温度达到 0 ? 现象分析 戒以下需要的时间要比青草面长得多 ,甚至于天 亮也达不到 0 ?,所以当草温已经降到 0 ?以下形 211 自动站地面最低温度高于 3 ?有霜的记录 由表 3可看出 ,梅县站从 2005 211 ～2007 212 ,成霜时 ,地表温度可能达不到 0 ?。 地面最低温度 ?3 ?而天气现象中记录到有霜的通常黑而粗糙的表面夜间辐射比明亮光滑的 表面辐射降温强 ,植物表面的辐射冷却比一般土0 cm 电缆埋入地下的做法 。周围勤松土 、纠正 ( )壤要强 ,因此植物表面的温度相对不地面土壤温 3 在冬 季 晴 朗 微 风 的 夜 晚 随 着 气 温 的 度因辐射降温后的温度要低 ,即草面最低温度低 降 ,青草面最低气温降低明显大于地面 ,最低草 于地面最低温度 。 在 - 2 ?巠右就可以形成霜 ,而此时自劢站的地 () 由于土壤和近地面物体的物理性能有较大差 最低温度往往还比较高 常在 3 ?戒以上 ,所 异 ,其热量存储能力和热能存储量也相差很大 ,导 今后在预报霜时 ,我们不能仅以自劢站地面最 热率小的物体夜间降温比较显著 ,所以木板 、草面 温度的高低来判定 ,还可适当参考草温 。比其它物体更易生成霜 。其次 ,近地面物体不空 参考文献 : 气的接触面较大 ,四周被空气完全包围着 ,而土壤 [ 1 ] 盛骤 ,谢式千 , 等. 气象站天气分析不预报 [ M ]. 不冷空气的接触面只有表面 ,所以 ,在冷空气影响 京 :高等教育出版社 , 2001.下 ,近地面物体温度会在较短时间内降至不其接 [ 2 ] 罗昶. 自 劢 气 象 站 误 差 性 能 分 析 [ J ]. 浙 江 气触的冷空气温度一致 ,因而在近地面上的草上就 ( ) 2006 , 27 4 : 43 - 44. 很容易达到生成霜的条件 。 [ 3 ] 中国气象局. 地面气象观测觃范 [M ]. 北京 : 气象 版社 , 2003. 3 小结 [ 4 ] 刘芳 ,刘庆华. 河池地面站自劢站不人巟资料差值 ( )1 《地面气象观测觃范 》对自劢气象站各要 ( ) 比分析 [ J ]. 广西气象 , 2006 , 27 z3: 87 - 90. 素所要达到的准确度的要求要比人巟观测的要 [ 5 ] 马祖胜 ,李汉彬 ,等. 地面最高温度人巟不遥测数 低 ,地温最大允许误差在 ?015 ?。自劢站和人巟 ( ) 差异的原因 [ J ]. 广东气象 , 2007 , 29 2 : 60 - 61. 站 2 种仪器不论在感应方式 、数据采集方式还是 [ 6 ] 赵春芳 ,金淑博 ,等. 气象站自劢不人巟观测数据 ( ) 土壤土质条件方面均存在差异 ,因此必然造成 2 异的原因分析 [ J ]. 山东气象 , 2005, 25 3: 55. 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