本研究旨在推进冻土观测自动化进程，提升监测精度，弥补传统人工观测方法操作繁琐、主观误差大且无法实现连续观测等不足。通过对比五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的观测数据，全面评估其数据质量，为气象业务化运行提供科学依据。利用2022—2024年全国24个省区1 172个气象观测站安装的DTD1、DTD2、DTD3、DTD4、DTD5五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的平行观测数据，从数据完整性（完整率≥98%）、准确性（标准偏差≤2 cm）、一致率（≥80%）、误判均值（≤6 cm）和冻融趋势（最大冻土深度数据相关性≥0.8）五个方面进行检验评估。截至2024年冬季，第一阶段运行设备349套，第二阶段运行设备364套，单轨业务化运行设备459套。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪在数据完整率、准确性、一致率、误判均值和冻融趋势等指标上表现优异，其单轨业务化运行通过率分别为88.73%和88.24%，远高于其他型号设备。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪数据质量高，能够满足气象业务化需求，建议在今后的业务运行中优先推广使用。
文章通过收集和整理2021年及2022年北京地区观象台、延庆、密云3个台站DTD4型冻土仪自动观测数据及人工观测数据，分别从数据完整性、数据准确性和数据可比性三个方面对平行观测结果进行分析。结果表明：2021年观象台站、密云站、延庆站数据完整性均较好，一致率评估结果均合格；数据准确性观象台站最好，密云站次之，延庆站最差，误判均值评估结果只有观象台站合格；2022年观象台站、密云站、延庆站数据完整性均较好，一致率评估结果只有密云站不合格；数据准确性只有观象台站较好，误判均值评估结果只有观象台站合格。该研究结果可为推动冻土观测业务自动化及冻土自动观测设备的算法改进提供有力的数据支撑。
利用威海地区3个国家基本气象站2020年12月-2021年2月雪深观测资料，从绝对误差和相对误差两个方面，以人工观测为参考标准，对雪深自动观测与人工观测误差进行定量分析。研究得出：雪深自动观测与人工观测总体趋势一致，在不同测站不同时段有所差异；自动观测与人工观测出现误差的主要原因包括风力、气温等气象要素，以及人为因素、观测环境及积雪观测规范等的影响。研究结果为提高雪深观测自动化程度提供了实践参考。
为了满足气象要素观测自动化的需求,文章利用水的相态变化与电阻特性关系的原理,采用电阻法研制了冻阻式冻土传感器。结果表明:结合LC振荡电路频率响应变化,建立土壤冻融状态判别模型,获得了冻结层次和上下限深度。经过冻阻特性试验完成了过冷温度与起始冻结过程中电阻数据的测量。由单片机系统完成数据采集、计算、存储和传输等任务,可实现冻土观测自动化。
文章利用沈阳观测台站2007～2017年的冻土及深层地温的观测记录和2015年冻土自动观测设备与人工对比试验的观测数据,从温度变化因子对冻土自动观测设备的动态响应特性进行了研究分析。结果表明:季节性冻土的最大冻结深度与温度变化因子有一定的相关关系,在分析自动观测仪器的响应特性和传感器静态测试时,应考虑由热力因子之间,尤其是气温和直接接触传感器的温度之间的环境变化过程对冻结深度的影响及传感器响应带来的线性度和灵敏度的变化。
