冬季降雪、积雪时地温观测常见问题探讨

彭双姿，卿燃莉，刘丽萍，秦文卓，朱三平，谢 坚，孙玉之，周丽琼

(湖南省邵阳市气象局，湖南 邵阳 422000)

冬季降雪、积雪时地温观测常见问题探讨

彭双姿，卿燃莉，刘丽萍，秦文卓，朱三平，谢 坚，孙玉之，周丽琼

(湖南省邵阳市气象局，湖南 邵阳 422000)

针对2011年1月中下旬湖南低温雨雪天气过程的地温气象数据对比审核出现的各种问题进行分析，总结出一些地温观测经验，以及积雪覆盖后地温观测误操作以后的补救措施。

积雪;地温观测;注意事项

1 引言

下垫面温度和不同深度的土壤温度统称地温。下垫面温度包括裸露土壤表面的地面温度、草面(或雪面)温度及最高、最低温度。浅层地温包括离地面5、10、15、20 cm深度的地中温度。深层地温包括离地面40、80、160、320 cm深度的地中温度。测量地温使用玻璃液体地温表和铂电阻地温传感器［1］。已有一些专家对于雨雪冰冻天气情况下的地面气象观测资料特征进行分析并取得研究成果：孙军杰等分析不同深度的积雪对地面温度具有保温效果［2］;娄伟平等根据地温和雪深的关系，建立了积雪表面和深层的温度预报模式［3］。部分台站既有自动站地温观测，又有地温人工观测，还有草面(雪面)温度观测。目前鲜有专门针对积雪状态下地温观测的探讨。由于湖南省积雪深度厚、维持时间长的雨雪冰冻天气较少，导致有些台站观测员因经验不足，对规范及技术规定理解不透，在观测时常出现一些错误的做法。

2011年1月18—25日，受北方较强冷空气和西南暖湿气流共同影响，湘中以南出现持续低温、雨雪、冰冻灾害性天气。在审核2011年1月月报表时，此次低温雨雪天气过程中地温观测出现的问题较多。本文对观测中应注意的事项进行总结分析，提出减少地温观测错情方法。

图1 A站自动站0 cm地面温度及雪深时序图

2 0 cm地温人工站与自动站对比审核

图1是A站今年1月17日21时至25日20时自动站0 cm地温遥测数据时序图及当日08时积雪深度。自动站地面温度遥测数据21日以后有白天急升，晚上剧降的现象，日较差达到10℃以上。根据［2，3，4］等的研究结果认为：地面温度传感器被积雪覆盖期间，因为积雪的隔热作用，所以自动站地面温度日变化较小，尤其是积雪深度较大时，地面最低温度、地面最高温度都在0℃附近，地面温度变化曲线趋于平直。由图上可知，18—25日A站地面一直为积雪覆盖，0 cm自动站地温日变化幅度大，与邻站相比也有较大差异(图略)。因此该站的自动站地面温度遥测数据应该是异常的。经查询为该站值班员错误理解规范要求：错误的将温度传感器上的积雪进行了清除。根据规定［1］，铂电阻地面温度传感器被积雪埋住时仍按正常观测，但需在观测薄备注栏注明被积雪覆盖的时间。

3 雪面温度与0 cm地温对比审核

湖南省部分测站要求观测草温，在出现积雪后，要求将草温传感器置于雪面上，转为观测雪面温度(转观测雪面温度时本文仍称草温传感器)。这是近年来新增加的一个观测项目，对于新测报员来说也是容易出现操作错误的项目之一。

图2a、2b分别是17日21时至25日20时B站和C站自动站雪面温度和0 cm地温及雪深数据时序图。从B站时序图可见，18—25日，该站一直有积雪，19—23日积雪深度在6 cm以上。从地温及雪面温度变化看，19日07时以前，雪面温度低于地面温度，0 cm地面温度维持在0℃附近。地温传感器位于积雪下，由于积雪的保温作用［2，4］，雪面温度低于地面温度，因此该时间段地温、雪面温度观测记录无误。20—25日一直维持有较厚的积雪，白天地面温度升温幅度达到5℃以上，应该是值班员将积雪错误清除所致;该站地面温度夜间变化幅度小，是因为该站为3次站，夜间不值守班，夜间降雪将地面温度传感器覆盖(或地面传感器下陷进积雪中)，因为积雪的隔热保温作用，使得夜间地面温度传感器变化幅度较少。因此该站20—25日自动站地面温度传感器观测数据有误。19—20日，草温传感器温度稳定维持在0.5℃附近，变化幅度小，应该是草温传感器被积雪覆盖后，没有及时从积雪里移置至雪面造成。21日雪面温度突然从0℃降至-5℃以下，应该是该天值班员将草温传感器从雪里拿出置于雪面观测，该记录是正确的。23日白天地温由于错误清除积雪，温度上升至10℃附近，草温同时上升至3℃以上，这时积雪深度还有6 cm以上，23日积雪深度为别为9 cm、4 cm、2 cm，期间无降水天气现象，24—25日雪面温度高达8℃以上。该数据可疑，综合分析其可能原因：一是该时段有日照，由于太阳直射温度传感器，导致草温传感器温度急升;二是积雪融化较快，雪面下降使得草温传感器位于雪面以上，所测温度为近雪面气温。根据规定［1］，观测草面温度的测站，在测站出现积雪后，应该在20时将草温传感器转移至雪面进行雪面温度观测。在观测雪温期间，应经常巡视草温传感器，使其置于积雪表面上。湖南地理位置较偏南，雪后天气放晴时，地面温度上升较快，从图上看，清除积雪后的地面温度，可升至10℃左右，因此融雪速度较快。对于融雪时导致草温传感器裸露空气中的情况，没有作特别说明，笔者理解为在融雪时，应加强巡视仪器，当雪面下降使感应器露出时，应将草温传感器新安置，保持雪面温度传感器一半在雪里，一半在空气里。

图2 B站(a)、C站(b)自动站雪面温度、地面温度及雪深时序图。虚线为自动站0 cm地温小时变化曲线，实线为自动站雪面温度小时变化曲线，单位℃;柱状是当日08时人工测量雪深，标在次坐标轴上，单位cm。

在积雪覆盖期间，C站地面温度一直维持在0℃附近，变化幅度小，因此自动站地面温度观测记录可靠;同一时段雪面温度变化平稳，18—20日草面温度传感器温度较0 cm地面温度更高，19日随着积雪深度加厚，草面温度传感器温度有小幅上升，此记录明显有误。经查询该站安装草温传感器时，没有预留出移动传感器的线，导致草温传感器不能移动。由于雪面温度传感器位于草面，积雪覆盖时，由于草叶的支撑，雪层下面的空气较裸地更多，深层地温向浅层和地表输送的热量更好的得到保持，草温传感器测量的是雪层下的气温，因此出现了草面温度传感器测得的温度大于地面温度的情况。也再次说明随着积雪厚度加厚，雪层的保温效果更好。20日随着积雪加厚，雪层在重力作用下下降，草温传感器进入雪层中，温度出现0℃左右的直线。该站雪面温度应该做缺测处理。根据规定［1］，安装草面温度传感器时，应该预留0.5m的线，以便于在积雪出现后，将草温传感器转置雪面，进行雪面温度观测。

4 浅层地温自动站人工站对比

图3 E站1月自动站、人工站20时5 cm地温(℃)、雪深(cm)时序图

图3是E站1月自动站5 cm地温及人工站20时对比观测时序图，从图中分析可知由于自动站和人工站距离近，数据变化基本一致。从19—23日，受积雪覆盖，自动站5 cm地温变化平稳，呈缓慢下降趋势，人工站5 cm地温21日较自动站明显偏高。可能原因是人工站浅层地温积雪被破坏。从日照数据分析21日该站有5.5h日照，积雪破坏后，雪层的隔热作用被破坏，太阳短波辐射被地面吸收并向地下输送，造成人工站5 cm地温明显的上升。询问该站得知，19日由于积雪深度太厚，曲管地温表被积雪掩埋，在观测前巡视仪器时，找不到地温场，错误的将积雪破坏了，20日和21日的日照使得残留的积雪快速融化，5 cm地温人工站明显高于自动站。

5 减少积雪覆盖时的地温观测误操作方法

根据实践经验以及前期地温观测出现的一些常见问题，整理出减少雨雪天气地面温度错情的方法：

①在冬季来临前做好充分准备，注重学习地面观测有关业务理论知识，全面掌握观测、记录、发报、编制报表等一系列技术规定。

②值班前注意休息，特别是观测前10min不要做其他事情，人工观测注意复读，避免误读。

③地面3只温度表被雪埋住时，在降雪或吹雪停止后，小心将表从雪中取出(勿使水银柱、游标滑动)，水平地安装在未被破坏的雪面上，感应部分和表身埋入雪中一半。当发现表身下陷雪内，或在观测前巡视时表身又被雪埋住时，均应重新安装在雪面上。读数时若感应部分又被雪盖，可照常读数。

④自动站地面温度传感器安装在原地面温度表和曲管地温表东侧的裸地内。在巡视仪器时要查看地面温度传感器的埋设情况，保持地面温度传感器一半埋在土中，一半露出地面，擦拭沾附在上面的雨露和杂物，但是当地面温度传感器被积雪埋住时仍按正常观测，但需在观测薄备注栏注明。此时不能破坏地面温度传感器上面的积雪。

⑤草温/雪温的观测区域位于裸地地温观测区西侧，传感器安装在距地6 cm高度处，并与地面大致平行。在冬季，当有降雪但未掩没草层时，继续进行草温观测。当积雪掩没草温传感器时，将传感器置于原来的雪面上，这时测量雪面温度，并在观测薄备注栏注明起止日期。观测雪温期间，应经常巡视雪温传感器，使其置于积雪表面上，积雪融化后，继续观测草温。草温和雪温观测的切换应在20时进行。

⑥湖南属于积雪时间较短的地区，在积雪将地温场掩没之前，做好标记，便于观测时迅速找到曲管地温表位置;在积雪掩没曲管地温表后，可以把雪沿地温表表身拨开一道缝，露出刻度线观测，而不是成片扒开积雪。浅层地温传感器和直管地温照常观测，不能破坏原有积雪状态。

堆积一定的积雪厚度对地面具有保温和隔热作用，对于错误清除自动站0 cm地温传感器积雪的台站，或因为积雪厚度太厚，在寻找地温场时将积雪破坏的台站，建议通过堆积同样厚度的积雪的办法进行补救。

［1］ 中国气象局.地面气象观测规范［Z］.北京：气象出版社，2003.

［2］ 孙军杰，于溪滨，郭松林.不同积雪深度对地温的增温效应［J］. 中国农业气象，1995，16(6)：49.

［3］ 刘冬梅，黄少平，周晓香.低温雨雪冰冻天气过程的自动站数据处理［J］. 贵州气象，2009，35(3)：40-42.

［4］ 葛炳华，李运锋，刘国锋.人工与遥测地面温度有无积雪的对比分析［J］. 气象与减灾，2007，(1)：30.

P412

B

1003-6598(2011)03-0054-04

2010-03-11

彭双姿(1979-)，女，高工，主要从事大气探测工作。