自动站湿敏传感器测湿误差的分析(xg2).doc

自动站湿敏传感器测湿误差的分析江津区气象局 田文全 张宪芬地面气象记录必须具有代表性、准确性、比较性。近年来，城市建设的飞速发展，气象观测环境受到了严重的破环，国家相继出台了气象台站观测环境保护的法律法规，这是确保气象资料“三性”对硬件的要求。气象部门在对“三性”软件要求也极为重视，观测规范极其严密，但在自动站建立的过程中，有些传感器测量的数据，其准确度，亟待商讨。监测网络司周恒司长曾讲到：“自动探测仪器，由七个厂家十个型号组成，其测定性能有差异。”中国气象局郑国光局长也讲到：“我们进行业务体制改革，所需的观测资料也提不出完整的功能需求，勿忙地进行全国范围的“三站四网”业务切换，在一定程度上成为观测业务发展的不稳定因素。1. 问题的提出本文主要针对江津气象观测站由人工站观测转变为自动观测后，相对湿度人工观测高于自动站观测的数据,而2007年5月9日更换湿敏传感器之后，人工观测相对湿度又低于自动站观测数据。为能从中找出这种异常变化的原因，自2008年5月至2009年4月，分别在不同值班时间内进行了每一时次人工与自动站实时干球、湿球、水汽压、相对湿度、露点温度的观测。由于相对湿度差异的存在，而导致水汽压，露点温度自动与人工站数据的不稳定性。2.相对湿度自动站与人工站观测数据的误差分析下面分别对2003年、2007年和2008年5月至2009年4月不同年份所测相对湿度数据的分析。2.1.2003年逐月02时相对湿度自动站与人工站比较表2.1：2003年各月02时相对湿度自动站、人工站差值统计表月份内 容123456789101112全年最大正差值或最小负差值42524-10100215最大负差值-6-7-6-7-8-9-9-8-9-6-5-9-9从表2.1可以看出，各月最大正差值为5%，差值区间为-15%。而各月最大负差值为-9%。差值区间为-5-9%。小于或等于年平均差值的月份占66.7%。自动站所测到的相对湿度低于人工所测数值。2.2.2007年逐月20时相对湿度自动站与人工站差值分析表2.2：2007年自动站与人工站20时相对湿度差值统计表月份、内 容123456789101112全年最大正差值或最小负差值-1-1-1-4676682081120最小正差值或最大负差值-5-3-2-2-81010011-8从表2.2中及统计分析可以发现几个特点：一是2007年5月9日前自动站相对湿度记录值远低于人工观测值（即便有观测的时差，自动站应高于人工站所测数据）。二是从统计表中可看出从5月9日撤换采集器开始到年底的237天观测记录中，自动站数据小于人工观测值仅有4天。最大正值达20%，发生在10月5日，该值前后一天的值分别为18%和12%。三是在相对湿度较大或较小时，其差值较小。由撤换湿度采集器前后相对湿度的剧烈变化，说明湿敏传感器不稳定性的存在。2.3.2008年5月至2009年4月自动站与人工站相对湿度差值分析。自本站开始自动观测以来，发现了相对湿度的异常变化，决定从2008年5月至2009年4月开展了为期一年的同时对比观测，将水气压，相对湿度、露点温度的观测数据进行了分析整理，从而对该仪器在使用过程中的问题，有了一定程度的了解。下面对一年来自动站与人工站相对湿度观测差值进行统计分析。表2.3：2008年5月-2009年4月自动站与人工站相对湿度差值统计月份内 容567891011121234全年最大正差值8117899999791011最小差值-111100-1-1-10.1-10-1差值月平均344）4444444534从表2.3可知，自动站与人工站所测相对湿度差值，最大差值在711%之间，极大值为11%，最小差值在1-1%之间。每月最大正值与最小值间的差距为610%。达9%以上占83%。差值小时，有两种情况：一是湿度较大，自动站数据受上限限制，不再继续升高，人工观测随湿度的增大而增大，最大到100%，使差值偏小或人工观测值高于自动站所测数值。二是湿度较小时，自动站记录的相对湿度变化小，人工站的观测数据随空气湿度的变化，较为迅速地反映出当时的相对湿度。三是两者差值偏大较多时，常受天气变化所影响，如晴天的上午，温度升速加快，人工所测温度高于自动站，此时所测的相对湿度，自动站就偏高较多，反之，温度下降较快时，自动站降温速度大于人工站，所测到的相对湿度差值亦偏大。由于两种湿度传感器的不同，其感应的灵敏度、准确度有一定差异。2.4.湿敏传感器与人工观测湿度差异的综合分析经对2003年逐月02时（02时气象数据变化相对较小）相对湿度自动站与人工观测记录资料整理分析。人工所测相对湿度一般都高于湿敏传感器所测数据，从而导致水汽压和露点温度差值的较大变化。在2007年5月9日撤换采集器后，自动湿敏传感器所测数据从低于人工观测到高于人工的观测相对湿度。其变化之大，说明湿敏传感器测湿的准确度明显存在问题。经2008年5月至2009年4月1688时次同步的对比观测，其差异的大小，跟当时天空状况，温度、空气中水汽量关系极大。如：晴天的上午，10点前升温较快，偶有人工观测温度高于自动站温度，相对湿度则由自动站高于人工站转变为人工观测高于自动站所测数据。另外，高湿情况下，也由于自动站测湿上限的限制，人工观测数据高于自动站，而低湿情况下，则相反。3.对湿敏传感器所测资料的评估综合上面的分析对比，几年的自动站与人工站相对湿度差值由负转正（由自动站低于人工站到自动站高于人工站），这“一负一正”和“一正一负”的误差，气象资料的准确度值得商讨，相应的水汽压，露点温度也随之变化。在与前几十年气象资料的分析应用方面也无连续性和可比性。就现对湿度数据而言，会因湿敏传感器的变化而不确定，其在气候分析、预报指标的使用上而产生误导。这一点2008年中国气象局有关领导和专家网上授课在讲到自动站仪器的使用时曾强调：因仪器的质量问题，所测得的气象数据将产生差异。4.几点建议4.1、尽快开展自动站、人工站相对湿度资料的对比分析鉴于自动站与人工站相对湿度误差的不稳定性，建议正式投入运行两年以上的自动站，开展对所测的气象资料进行对比分析。从国家层面上，要在各站湿度观测资料进行对比分析的基础上找出各气象仪器厂家、型号误差的规律，按照气象仪器标准，优胜劣汰，使气象仪器稳步转型，以确保气象资料的连续性、稳定性、比较性。4.2、自动站仪器使用前、要充分对比试验自动气象观测站的建立，可减轻观测人员的劳动强度，并把提高气象资料的准确性放在首位。但在运行过程中，仪器所获取气象资料是否具备“三性”值得验证。否则，仪器改变了，测得的气象数据也变了，那就失去了转型的初衷。因此，对同一仪器，分不同地区，不同气候，用同一方法，同一时间，对人工站与自动站仪器进行对比观测，为自动站仪器可用程度获取第一手资