海岛自动气象站周年资料分析及校正复习过程.docx
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海岛自动气象站周年资料分析及校正复习过程
毕业设计（论文）
（2015届本科）
题目：
海岛自动气象站周年资料分析及校正
学院：
海洋科学学院
专业：
海洋科学（环境海洋学）
班级：
海环1班
姓名：
程家豪
学号：
1129126
指导教师：
林军
2015年5月
海岛自动气象站周年资料分析及校正
摘要：
随着社会经济的快速发展,人民生活水平的提高,对气象工作的需求也越来越高,开发自动气象站,主要为了加强地面自动气象站观测资料的对比分析和质量控制,完善自动气象站运行实时监控业务,提高自动站运行管理的科技含量。
自动气象站记录和处理数据可以有效地解决人工器测与自动气象站观测数据的自动对比、分析问题,使业务管理人员、地面气象观测员能够及时掌握人工站和自动站的实时数据变化情况,及时了解实时误差状态；业务管理人员、地面观测员还可以有效把握年、季度、月、日的实时误差数据,并进行相关的分析和统计。
关键词：
海岛自动气象站；资料分析；校正
引言：
中国是世界上利用海洋最早的国家之一。
古人很早就已从海洋收取“渔盐之利”和“舟楫之便”；同时不断地观察和认识海洋，积累了大量的海洋知识。
其中，对一些领域的观察和研究在历史上曾有过辉煌的成就。
但是，由于封建统治阶级的腐朽没落，特别是第一次鸦片战争失败以后，帝国主义的入侵和掠夺，中国逐步沦为半殖民地半封建国家，所以中国近代海洋科学的研究进展缓慢。
20世纪50年代以来，中国的海洋科学研究逐步展开，并取得了大量成果，为开发利用海洋资源，振兴经济，作出越来越多的贡献。
我们研究的浙江海岛众多，就浙江北部有嵊泗、普陀、定海，浙江中部的石浦、玉环，浙江南部的洞头、南麂等七个著名的岛屿。
海岛的气象受海洋影响较大，海洋当中许多因素会影响到海岛气象。
变化莫测的海岛气象可能会造成海上大风、海雾、风暴潮、热带气旋、台风、暴雨、干旱、雷电、冰雹、龙卷风等，对海岛上人民的生活和生产造成巨大的影响，对经济造成巨大的损失。
本文以浙江省北部枸杞岛为例，利用我校建立的海岛自动气象站对枸杞岛进行了气象监测，并对这些资料进行了分析以及了解该岛的气象特征，调查了温度、相对湿度、含水量、大气压、湿度、光量、辐照度、风速、阵风速度、风向、降雨量等11项气象数据，为该地区人民生产生活提供理论保障和对政府的防灾减灾工作提供科学依据。
自动气象站自建设并投入使用以来，不仅填补了枸杞岛气象资料缺乏的空白，还使浙江沿海及周围区域的气象监测能力及气象保障服务能力得到有效提高。
能够为海上运输及作业提供及时、可靠、准确的气象信息，尤其是在条件恶劣的天气状况下，能够为该地区政府的防灾减灾工作提供科学、准确的气象数据。
但是海岛气象站在建设过程中也存在着很多问题，阻碍了气象测报工作的正常进行。
浙江冬季冷空气的活动较为频繁，出现大风天气的时间也较多。
浙江海岛自建设自动气象站以来，尽管存在着观测设备故障较多、资料中断等现象，但是也使长时间以来海上风实测资料缺乏的问题得到明显改善，同时也为提高海上大风的预报水平及掌握海上实况提供了可靠的基础支撑。
建设海岛自动气象站还能够实时的对风向、风速、雨量等气象要素进行监测与准确定位，并为海上作业提供及时、准确的实况资料。
[2]
1材料与方法
1.1研究区域
为了获取海岛的气象资料，我们选取在枸杞岛上建立了一座HOBO海岛小型气象站，安置地点为东经122°46′59″北纬30°43′21″。
然后介绍气象站采集参数，采集哪些数据，采集间隔等等。
枸杞岛位于嵊泗列岛东部，在著名的舟山渔场的中心地带，地处亚热带边缘海区。
气候温和湿润，有明显的季节变化，年均气温15.8℃，年均表层水温17℃左右，属于亚热带季风性气候。
枸杞岛位于菜园镇东30.6公里处，东近嵊山，是嵊泗列岛中仅次于泗礁山的第二大岛。
面积6.64平方公里，最高小西天山，海拔199米。
岛形略呈"T"字型，以山地为主，山顶多裸岩，沟谷处植被甚茂。
森林覆盖率达53%以上，居嵊泗县各岛首位。
以枸杞岙附近遍生中药材枸杞灌木，岛即以此得名。
但历来地名复杂，古称干斜山、李西或里西山，别有丕屿、勾奇山等名，海图上又曾标作南马鞍岛等，自古以来风光秀丽，景色迷人。
1.2海岛气象资料长期观测
2014年7月2日到2015年5月16日每隔15分钟采集一次气象数据，每月会上岛进行数据的回收。
海岛气象资料长期观测所用平台为海岛自动气象站，利用海岛自动气象站对温度、相对湿度、含水量、大气压、湿度、光量、辐照度、风速、阵风速度、风向、降雨量等11项海岛气象参数和资料进行了详细的采集和研究。
1.3数据记录方法
利用excel表格的形式记录下这一年的温度、相对湿度、含水量、大气压、湿度、光量、辐照度、风速、阵风速度、风向、降雨量等11项枸杞岛海岛气象参数数据，然后用HoboWarepro气象站和matlab软件进行数据处理。
1.4统计方法
在MATLAB软件中对水温数据进行统计分析，得出这几个月的温度、相对湿度、含水量、大气压、湿度、光量、辐照度、风速、阵风速度、风向、降雨量极值、月平均数据、变化曲线等数据。
在MATLAB下调用巴特沃斯（BUTTERWORTH）滤波器函数，设计了高通滤波器与低通滤波器对数据进行滤波处理，分别用以提取高频成分与低频成分。
将这11项数据进行相关性分析，做好周年海岛自动气象站的资料分析和校正。
2自动气象站功能介绍
2.1气象站建成时间与目的
在上海市教委重点学科“海洋环境工程”建设项目经费的支持下，作为我校枸杞岛人才创新创业教育实训基地的重要配套设备，首个多参数（风速、风向、温度、相对湿度、降雨量、太阳辐射强度、PAR等）海岛自动气象站近日在我校浙江省嵊泗县枸杞岛人才创新创业教育实训基地建成。
该海岛自动气象站是我校海洋气象学实践教学的重要应用平台，可为我校在长江口外及临近海岛海域开展物理海洋、海洋环境与生态动力学等方向的科学研究提供气象数据支持，将有力促进我校应用性、创新性特色人才的培养。
2.2主要功能介绍
（1）、自动采集气压、温度、湿度、风向、风速、雨量、蒸发量、日照、辐射、地温等全部或部分气象要素。
（2）、按业务需求通过计算机输入人工观测数据。
（3）、按照海平面气压计算公式自动计算海平面气压按照湿度参量的计算公式计算水汽压、相对湿度、露点温度以及所需的各种统计量。
（4）、编发各类气象报告。
（5）、按《海洋气象观测数据文件和记录簿表格式》形成观测数据文件。
（6）、编制各类气象报表。
（7）、实现通讯组网和运行状态的远程监控。
2.3技术特点
1、三防设计。
遵循《海洋水文观测仪器通用技术条件》和《海洋仪器基本环境试验方法》，主要材料选用防腐蚀材料，线路板采用专用三防清漆处理，机箱密封性能好，机械设计采用不锈钢和热镀锌工艺。
2、在电子线路方面采用了防雷、噪声抑止等多种抗干扰措施，在硬件和软件设计方面采用了降额设计、电磁兼容设计、野值剔除等多种可靠性设计技术。
3、远程诊断功能，对自动气象站硬件（电源、传感器、通讯模块、防雷模块等）运行状况进行远程监控。
4、提供多种供电方式，如交流、太阳能及其它直流供电方式，提高了自动气象站的环境适应性。
5、提供多种本地和远程通信方式，本地通信可选RS232、RS485、CAN总线；远程通讯可选有线方式（PSTN、ADSL、X.25等）或无线方式（GSM、GPRS、CDMA1X、DCP）等。
[3]（来自XX百科）
2.4基本结构
自动气象站主要由各气象要素传感器、数据采集器、微机、打印机、电源和专用电缆等组成除了各传感器安装在室外观测场的规定位置上外,其余部件均安装在室内,其中接口与保护电路、数据采集单元、单片机、直流交流变换器和直流稳压器等组装在数据采集器箱内,蓄电池、避雷器、抗干扰电路等归集在电源箱内。
微机、打印机、电源作为独立设备和数据采集箱配合使用。
3结果与分析
2014年7月2日至2015年5月17日共调查了温度、相对湿度、含水量、大气压、湿度、光量、辐照度、风速、阵风速度、风向、降雨量等11项数据，详细记录了每隔15分钟这些要素的具体数据。
以下3个表分别记录了《2014年7月2日-2015年5月16日枸杞岛月平均气象数据》，《2014年7月2日-2015年5月16日枸杞岛月最大值气象数据》，《2014年7月2日-2015年5月16日枸杞岛月最小值气象数据》。
表12014年7月2日-2015年5月16日枸杞岛月平均气象数据
Table1,July2,2014-May16,2015themonthlyaverageweatherdataoftheWolfberryIsland
月份
Temp,°C
RH,%
WaterContent,m³/m³
Pressure,mbar
Wetness,%
PAR,uE
SolarRadiation,W/㎡
WindSpeed,m/s
GustSpeed,m/s
WindDirection,°
Rain,mm
Jul,2014
26.65
96.01
0.33
1003.64
61.46
432.36
171.88
1.67
4.03
220.10
0.0428
Aug,2014
26.38
92.94
0.32
1004.36
70.49
376.50
152.98
1.30
3.88
169.96
0.0479
Sep,2014
23.92
89.25
0.32
1008.95
58.14
307.62
125.60
1.56
4.65
163.17
0.0720
Oct,2014
19.55
78.42
0.28
1015.87
75.71
323.17
141.30
2.68
6.52
144.49
0.0075
Nov,2014
15.38
74.14
0.28
1019.33
35.52
231.17
103.87
2.56
6.12
130.99
0.0072
Dec,2014
7.57
65.07
0.28
1024.99
25.14
196.85
92.02
3.54
8.09
110.26
0.0058
Jun,2015
7.54
76.22
0.29
1023.90
48.75
168.23
76.40
3.01
7.12
125.48
0.0261
Feb,2015
7.45
78.92
0.30
1021.59
46.67
185.21
83.82
2.09
5.57
136.24
0.0325
Mar,2015
10.19
84.06
0.33
1019.71
45.86
275.58
122.40
1.72
4.97
161.59
0.0274
Apr,2015
14.44
数据缺失
0.31
1013.64
50.68
342.04
153.10
2.12
5.32
173.90
0.0178
May,2015
17.43
数据缺失
0.32
1008.86
48.64
360.06
157.35
1.88
4.90
211.29
0.0575
表22014年7月2日-2015年5月16日枸杞岛月最大值气象数据
Table2July2,2014-May16,2015themonthlymaximumweatherdataofWolfberryIsland
月份
Temp,°C
RH,%
WaterContent,m³/m³
Pressure,mbar
Wetness,%
PAR,uE
SolarRadiation,W/㎡
WindSpeed,m/s
GustSpeed,m/s
WindDirection,°
Rain,mm
Jul,2014
32.407
100
0.3834
1009.95
100
2141.2
995.6
14.86
24.93
355.2
9.2
Aug,2014
31.306
100
0.3811
1013.05
100
2048.7
1059.4
11.58
20.9
355.2
9.4
Sep,2014
28.543
100
0.425
1015.75
100
1951.2
891.9
8.31
21.15
355.2
7.6
Oct,2014
23.665
100
0.3578
1023.45
100
1756.2
839.4
14.86
22.92
355.2
4.4
Nov,2014
21.103
100
0.3461
1027.55
100
1468.7
735.6
10.58
18.38
355.2
3.6
Dec,2014
14.218
96.8
0.3457
1033.35
100
1261.2
681.9
11.84
21.66
355.2
0.8
Jun,2015
13.353
100
0.3573
1032.85
100
1233.7
641.9
11.58
22.16
355.2
2.8
Feb,2015
12.509
100
0.3716
1032.25
100
1481.2
808.1
10.07
16.62
355.2
2.6
Mar,2015
17.582
100
0.3531
1032.95
100
1871.2
924.4
10.58
16.87
355.2
5
Apr,2015
20.889
100
0.3616
1032.95
100
1871.2
1095.6
10.58
21.15
355.2
5
May,2015
20.674
数据缺失
0.3683
1014.55
100
1993.7
980.6
8.06
14.86
355.2
10
表32014年7月2日-2015年5月16日枸杞岛月最小值气象数据
Table3July2,2014-May16,2015themonthlyminweatherdataofWolfberryIsland
月份
Temp,°C
RH,%
WaterContent,m³/m³
Pressure,mbar
Wetness,%
PAR,uE
SolarRadiation,W/㎡
WindSpeed,m/s
GustSpeed,m/s
WindDirection,°
Rain,mm
Jul,2014
22.058
74
0.2901
987.95
10.59
1.2
0.6
0
0
0
0
Aug,2014
23.16
69.8
0.2847
985.85
12.94
1.2
0.6
0
0
0
0
Sep,2014
20.436
68.3
0.2796
1001.05
12.35
1.2
0.6
0
0
0
0
Oct,2014
15.199
43.4
0.267
1006.05
11.76
1.2
0.6
0
0
1.4
0
Nov,2014
10.956
46.4
0.2677
1009.05
8.82
1.2
0.6
0
0
0
0
Dec,2014
3.248
37.2
0.2657
1016.35
6.47
1.2
0.6
0
0
0
0
Jun,2015
3.142
38.9
0.2621
1009.05
7.06
1.2
0.6
0
0
1.4
0
Feb,2015
1.643
44.3
0.2793
1010.65
7.65
1.2
0.6
0
0
1.4
0
Mar,2015
3.958
48
0.2994
1002.05
7.65
1.2
0.6
0
0
0
0
Apr,2015
3.958
数据缺失
0.2844
997.25
7.65
1.2
0.6
0
0
0
0
May,2015
14.17
数据缺失
0.2817
1001.65
8.82
1.2
0.6
0
0
1.4
0
3.1温度
显然如表1所示，显示了15年1,2,3,4,5,月的月平均值和15年7,8,9,10,11,12月的月平均值。
我们枸杞岛温度月平均值14年7月份最大，15年2月份最小。
同月份当中，相对湿度，含水量，光量，辐照度，阵风风速，风向的月平均值也是最大，说明温度影响的范围很广，也可以说是因为相对湿度含水量，光量，辐照度，阵风风速的数值高才使7月温度的月平均值在一年中最高。
因为我们处于北半球，而且枸杞岛地区属于亚热带季风气候，所以我们14年至15年在12,1,2,3月这四个月的温度比较低，在7,8,9,10这四个月的温度相对较高，而7月正是枸杞岛所在纬度太阳直接照射的时间。
另外我们可以发现，在海边的温度变化值要低于大陆，和同纬度地区相比，枸杞岛的月平均温度要高于内陆地区，是因为海水的比热容较大，所以同样热度下，枸杞岛地区的温度变化较小。
显然我们的一年中温度最大的数值出现在14年的7月，与月平均值相吻合。
月平均最大值也是7月份，所以，在14年7月2日至15年5月16日差不多一年的时间内，枸杞岛地区在7月份是温度的一个峰值，在7，8两个月份气温相对较高，出海捕鱼的渔民要注意中暑和蚊虫叮咬。
首先要做好防暑降温工作，减少户外活动，多吃点消暑的食品，晚上多出去在外面吹吹自然风，切忌不要一整天都呆在有空调的地方，且使用空调时温度不要打的太低，那样容易感冒，天气过热可以去共避暑区域。
1：
充足的水分。
夏天出汗较多，水分和盐分流失较大。
最好喝含有盐分的水，少喝甜的饮料2：
如果中暑了，挪到阴凉通风处休息。
3：
在肚脐上抹点风油精。
如何降温如下：
1.出行防晒2.多饮用一些含盐分的清凉饮料3.体弱者要少外出4.别等口渴才喝水5.充足睡眠,但睡眠时应注意不要躺在空调的出风口或电风扇下。
我们还可以看出，在一年中2月份的最大值最小，与平均值相吻合，可见枸杞岛地区在15年2月份的温度确实比较低。
枸杞岛14年7月2日至15年5月16日的温度最小值出现在2月份，这与年平均值的数据相符合。
在15年的2月份温度月平均值也是一年中最低，并且最大值也是在15年的2月份最小。
但7月份的最小值小于8月份，平均值和最大值却大于8月份，可见8月份枸杞岛温度方差更小，温度波动也较小。
3.2相对湿度
相对湿度，指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。
湿空气的绝对湿度与相同温度下可能达到的最大绝对湿度之比。
也可表示为湿空气中水蒸气分压力与相同温度下水的饱和压力之比。
相对湿度用RH表示。
相对湿度的定义是单位体积空气内实际所含的水气密度（用d1表示）和同温度下饱和水气密度（用d2表示）的百分比，即RH（%）=d1/d2x100%；另一种计算方法是：
实际的空气水气压强（用p1表示）和同温度下饱和水气压强（用p2表示）的百分比，即RH（%）=p1/p2x100%。
记录了14年7月至15年3月的月平均相对湿度（4月份和5月份的数据缺失）。
相对湿度的最高值出现在14年7月，同时，14年的7月也是月平均温度的最高值。
并且，其他月份的相对湿度与月平均温度也都线性相关，当气温升高时，相对湿度也升高；当气温降低时，相对湿度也降低。
据生理学家研究，室内温度过大时，会影响人的体温调节功能，由于散热不良而引起体温升高、血管舒张、脉搏加快、心率加速。
冬季，如果室内温度经常保持在25℃以上，人就会神疲力乏、头晕脑涨、思维迟钝、记忆力差。
同时，由于室内外温差悬殊，人体难以适应，容易患伤风感冒。
如果室内温度过低，则会使人体代谢功能下降，脉搏、呼吸减慢，皮下血管收缩，皮肤过度紧张，呼吸道粘膜的抵抗力减弱，容易诱发呼吸道疾病。
因此，科学家们把人对“冷耐受”的下限温度和“热耐受”的上限温度，分别定为10℃和30℃。
在注意室内温度调节的同时，还应注意室内的相对湿度。
夏天，室内相对湿度过大时，会抑制人体散热，使人感到十分闷热、烦躁。
冬天，室内相对湿度大时，则会加速热传导，使人觉得阴冷、抑郁。
室内相对湿度过小时，因上呼吸道粘膜的水分大量散失，人会感到口干、舌燥，甚至咽喉肿痛、声音嘶哑和鼻出血等，并易患感冒。
所以，专家们研究认为，相对湿度上限值不应超过80%，下限值不应小于30%。
然而，人的体感并不单纯受气温或相对湿两种因素的影响，而是两者综合作用的结果。
通过实验测定，最宜人的室内温湿度是：
冬天温度为20至25℃，相对湿度为30%至80%；夏天温度为23至30℃，相对湿度为30%至60%。
在此范围内感到舒适的人占95%以上。
在装有空调的室内，室温为20至25℃，湿度为40%至50%时，人会感到最舒适。
如果考虑到温、相对湿度对人思维活动的影响，最适宜的室温度应是工作效率高。
20℃，相对湿度应是40%至60%，此时，人的精神状态好，思维最敏捷。
最宜人的室内温湿度是：
（在此范围内感到舒适的人占95%以上）。
冬天温度为20至25℃，相对湿度为30%至80%；夏天温度为23至30℃，相对湿度为30%至60%。
在装有空调的室内，室温为20至25℃，湿度为40%至50%时，人会感到最舒适。
工作效率高的室温度：
20℃，相对湿度应是40%至60%，此时，人的精神状态好，思维最敏捷。
[5]
在这将近一年的时间当中，几乎每个月空气中的相对湿度都能达到100%，可见，每月相对湿度的最大值和月份并没有太大的关系。
除了12月份，并且12月份月平均相对湿度是这一年当中最低的，所以最大值不能达到100%也实属正常。
当空气中的相对湿度达到百分之百时，并不能说明当天就一定下雨了，在我们记录的这一年来的数据里，也有许多空气相对湿度达到了100%而并没有降雨的情况。
但是每月相对湿度的最大值与每月相对湿度的平均值相差与月份有关。
在气温较高的月份，每月相对湿度的最大值与每月相对湿度的平均值相差无几，相隔的并不是很多；但是在气温较低的月份，每月相对湿度的最大值与每月相对湿度的平均值有明显的差距，拿1月份举例说明：
1月份的相对湿度平均值是76.22，而当月相对湿度的最大值是100，相差了23点多，还是有比较明显的距离的。
一年中每月空气湿度的最小值的最小值出现在了15年的12月份，这与月平均相对湿度和月相对湿度最大值相吻合。
12月份因为空气气温较低，冷空气袭来，所以空气中的相对湿度较低。
3.3含水量
14年7月2日至15年5月16日间含水量的月平均值出现在了14年的7月份，这个月也是这一年当中温度，相对湿度的最高值的月份。
而其他月份的波动并没有太大的规律，如，3月份月平均气温比4月份的低，
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