(1.青岛市气象探测保障中心,青岛 266003;2.青岛市气象灾害防御工程技术研究中心,青岛 266003)
摘要:利用青岛探空2020年1月、7月新型探空仪与GTS1型探空仪平行观测记录,分别从基测数据、探空数据的气压、温度、湿度等方面,按月份和08时、20时分别统计50米间隔平均偏差。结果表明:新型探空仪基测感应时间比GTS1型普遍缩短;探测数据稳定性有明显的季节差异,干燥寒冷环境表现较差,温暖湿润环境表现较好,探测数据精度提高。建议继续提高新型探空仪感应元件稳定性,进一步提高仪器性能。
关键词:L波段雷达,探空仪,平行观测,对比分析
0 引言
近年来,全球变暖问题日益凸显,极端天气频发,重大灾害性天气现象给人类生产生活带来巨大损失。随着经济社会快速发展对气象业务服务的需求日益增长,精细化天气预报、灾害预警、气象环境监测等对观测资料精度、采样频率和空间分辨率的要求在不断提高。
高空气象探测是大气综合观测系统的重要组成部分,按照国家局对提高气象观测精密的要求,结合感应元件性能的提升,全国120个探空业务台站统一于2020年1月1日启用三款新型探空仪。探空仪换型同时开展平行观测。分别自2020年1月1日和2020年7月1日20时开始,每天1次,20时和08时交替进行。两个阶段各进行31次有效平行观测,严格按照《探空仪平行观测业务技术规定》执行。
青岛国家高空气象观测站(东经120°19′43″北纬36°04′20″,海拔高度77.2m)位于山东省东部,胶东半岛南部,胶州湾畔,属温带季风气候,具有显著的海洋性特点,自1974年建站并开展探空工作,先后使用过59型和GTS1型探空仪,探空系统每次换装都能给探测质量带来提升。
1 数据和方法
1.1 资料来源
使用青岛探空站平行观测的基测和探测数据。三款新型探空仪,分别是南京大桥机器有限公司GTS11型探空仪、上海长望气象科技股份有限公司GTS12型探空仪、太原无线电一厂GTS13型探空仪。与原GTS1型探空仪(上海长望)相比,三款新型探空仪主要在感应元件上有所更新,气压元件都采用硅阻固态压力传感器;温度元件由棒状热敏电阻改为珠状热敏电阻,表面真空溅射镀膜,响应速度快、防辐射性能和防水性能优良;改变最大的部分是湿度元件,由湿敏电阻改为高分子聚合物湿敏电容,特点是测湿范围广、灵敏度高、响应速度快。
1.2 分析方法
(1)基测数据以仪器放入基测箱开始计时,直到仪器值与基测箱示数相对稳定,分别记录了新旧探空仪的基测合格时间。统计基测值与仪器值
之间的差值,计算其相对于0的标准偏差S。
(1)
(2)探测数据选用观测要素剧烈变化的地面到5500m资料,按50米等间隔截取数据点,分别计算GTS1型与新型探空仪气压、温度、湿度各要素的平均差值。
(2)
其中,是有效平均差值;
是同一时次新型探空仪第
m高度上各次有效对比观测数据之和除以有效对比观测次数(n),计算公式如下:
(3)
是同一时次业务现用探空仪第
m高度上各次有效对比观测数据之和除以有效对比观
测次数,计算公式如下:
(4)
2 结果分析
2.1 基测数据分析
新型探空仪温度、湿度感应元件外形和材质的改变,使其外露感应部分体积缩小。湿敏电容相对于湿敏电阻,不需要活化,可以反复使用,且易于保存,由此也有效减少了仪器施放前的准备时间。
与新型探空仪同步更新了四款基测箱,生产商分别是三家探空仪厂家以及北京国瑞智,经过对比,本站选用了北京国瑞智生产的新型探空仪基测箱(JKZ2-1型),因其密封性较好,不添加辅材的情况下,常温环境中温湿检测室内湿度能够保持在92%-99%。
表1 新型探空仪基测情况统计
探空仪型号 | 基测合格时间(秒) | 温度 | 气压 | 湿度 |
GTS11 | 51 | 0.09 | 0.14 | 1.20 |
GTS12 | 176 | 0.13 | 0.46 | 1.08 |
GTS13 | 18 | 0.07 | 0.46 | 1.11 |
GTS1 | 151 | 0.15 | 0.35 | 2.82 |
三款新型探空仪的气压感应时间都最快,甚至可以忽落不计,其中GTS11与基测值差值最小,但GTS12和GTS13则差值比GTS1型要高;温度感应时间也相对较快,均小于5秒,且差值都较GTS1型有所减小;最终的合格时间取决于湿度部分,GTS13型表现最好,GTS11型次之,GTS12型感应时间比GTS1型要长,但均较GTS1型更靠近真实基测值。
2.2 气压数据分析
气压差值保持相对稳定,三款新型探空仪在7月份的差值明显小于1月份。GTS11型表现较为稳定,月份差异较小,1月份20时差值略大于08时;GTS12型7月份差值较小且稳定,1月份08时和20时4000-5000米范围均有系统性超差点存在;GTS13型1月份差异较大,尤其08时存在整体偏差。
图1GTS11型探空仪气压平均差值(1月)(7月)
图2 GTS12型探空仪气压平均差值(1月)(7月)
2.2 温度数据分析
温度差值与气压差值类似,7月份差值明显小于1月份,且08时与20时同样表现稳定。GTS12型相对其他两款季节差异最小,7月份08时和20时平均差值均小于0.14℃;GTS11型与GTS13型的季节差异相似,但1月份早晚差异相反。
2.3湿度数据分析
湿度表现与气压和温度略有不同,GTS12型变化幅度最小,且没有明显偏离;GTS13型7月份早晚曲线变化相似,后段有所收敛,1月份20时能够保持稳定,08时则出现较大偏离,且相对值较大;GTS11型1月份08时与20时差值变化趋势恰好相反,20时偏离较大,7月份同样表现比1月份稳定,且早晚趋势相似但幅度不同,20时偏离大于08时。
3 新型探空仪使用情况
通过一段时间的使用,三款探空仪在感应速度、信号强度和仪器稳定性等方面各有优劣,GTS11型施放后仪器变性较多;GTS12型基测时合格时间长;GTS13型施放后信号不稳定,偶尔会出现丢球现象。整体故障率高于GTS1型。下表摘自《2020年度新型探空仪观测业务质量评估报告》,与台站实际使用情况相符。
4 结语
从三款新型探空仪的基测合格情况来看,新型探空仪的温度和气压元件感应速度较快,湿度感应元件及特性曲线差异较大。仪器湿度值普遍小于基测箱干湿球读数,感应室内湿度越大,合格时间越短,差值越小,而且受环境湿度影响较大。结合探测数据分析,因此建议在全年中,冬春季使用GTS13型,春夏季使用GTS12型,夏秋季使用GTS11型,以平衡其自身特性差异。同时建议厂家重视发射机电子器件性能,着力提高探空仪整体稳定性。
参考文献
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[2] 李伟,刘凤琴,徐磊,等.L波段高空气象探测系统软件[M].第一版.北京:气象科技,2008;80.
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[4] 刘树霄.新型数字式电子探空仪故障分析及应用探讨[M].科学与信息化.2022,(16): P47-50.
[5] 贾秋兰,等: GTS12、GTS13与 GTS1数字探空仪观测数据对比分析[M]气象水文海洋仪器.,2020,(3):46-49.
基金项目:青岛市气象局青年专项,项目名称:新型探空仪平行观测数据对比分析,项目编号:2021qdqx03。
作者简介:任哲(1981-)男,本科学历,汉族,工程师,山东莱阳人,从事综合气象观测工作。
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