王健春 張銀廷 左春艷

沙坪壩區(qū)氣象局 重慶 400030

引言

為進一步提升我國高空氣象觀測水平，中國氣象局于2020年1月1日起開展了探空儀換型工作，我高空站由原本使用的GTS1型數(shù)字探空儀升級為GTS11型、GTS12型和GTS13型數(shù)字探空儀，并在1月開展了第一階段探空儀平行觀測[1-2]。現(xiàn)將這一換型觀測作初步論述。

1 探空儀換型的意義

在高空氣象觀測過程中，GTS1型數(shù)字探空儀存在著一些瑕疵，如：溫度感應元件采用的是柱狀熱敏電阻，相對體積略大，防輻射性能和防水性能不夠優(yōu)良；濕度片不能反復使用、響應速度慢、滯后誤差較大且使用前需要作老化處理等。為了追求更高的探測精度，提高探空儀的響應速度和使用方便性，故進行了此次探空儀換型。

2 新型數(shù)字探空儀（包括GTS11、GTS12、GTS13三種型號的數(shù)字探空儀）的溫壓濕感應元件技術特點及技術指標

2.1 溫壓濕測量技術特點

溫度測量采用珠狀熱敏電阻，表面真空濺射鍍膜工藝處理確保溫度測量準確性高、響應速度快、防輻射性能和防水性能優(yōu)良；濕度測量采用高分子聚合物濕敏電容，解決了濕敏電阻不能反復使用、響應速度慢、滯后誤差大等問題；氣壓傳感器為集成數(shù)字式硅壓阻器件（器件自動測溫），具有靈敏度高、尺寸小，橫向效應小、滯后和蠕變小等特點。

2.2 技術指標對比

GTS1型數(shù)字探空儀允許偏差：溫度變量：–0.4℃≤Δt≤0.4℃，氣壓 變 量：–2.0 h P a≤Δp≤2.0 h P a，濕度 變量：–5%≤Δu≤5%[3]。GTS11、GTS12、GTS13型數(shù)字探空儀允許偏差：溫度變量：–0.3℃≤Δt≤0.3℃，氣壓變量：–2.0hPa≤Δp≤2.0hPa，濕度變量：–4%≤Δu≤4%。

可以看出新型數(shù)字探空的溫濕度測量精度有了提升，氣壓暫時未作提升要求。

3 實際觀測工作中的數(shù)據(jù)對比

本次研究對象主要是各型探空儀在做基值測定時感應的溫壓濕與基測箱內(nèi)溫壓濕之間的差值以及在施放過程中的探空高度。對溫壓濕基測差值的研究方法主要是分析其標準差，即均方差，是基測差值方差的算術平方根，通過對比其基測時與標準值的離散程度來研究各型探空儀的探測精確度和穩(wěn)定度。

3.1 實際工作中的基值測定偏差標準差對比

表1 2020年1月沙坪壩高空氣象觀測基值測定偏差標準差

雖然樣本數(shù)太少，代表性稍差，但是依然可以看出，換型后的儀器基本上全面優(yōu)于舊儀器（唯有GTS12探空儀氣壓偏差大于舊儀器），尤其是GTS13型探空儀在溫度精度上表現(xiàn)特別突出，在1月21～31日19時共11次觀測中，基值測定溫度偏差全部為0.0℃。

3.2 GTS11、GTS12、GTS13型數(shù)字探空儀施放高度對比

三種儀器都是使用同一廠家同一批次探空氣球，不計天氣影響，則主要會因為儀器自身重量不同對高度有較大影響。

表2 2020年1月沙坪壩高空氣象觀測施放高度

這三款新型數(shù)字探空儀不論是探空平均高度還是測風平均高度，都遠高于達標高度（分別為26000米、24000米）[4]。GTS13型數(shù)字探空儀自重及電池重量在三種儀器中最重，相應的高度都相對最低，GTS11型數(shù)字探空儀自重及電池重量最輕，但是高度卻不是最高，這需要在以后的觀測中注意觀察。

3.3 與近三年同期數(shù)據(jù)作對比

Δt、Δp、Δu依然為基值測定時的標準差，2020年1月的GTS1型數(shù)字探空儀因為是和新型數(shù)字探空儀捆在同一個探空氣球上施放的，故其高度不作對比。

表3 2017-2020年1月沙坪壩高空觀測基值測定偏差與探空平均高度

很明顯，與最近三年同期相比，新型數(shù)字探空儀的溫壓濕基值測定標準差精度有了顯著提升；有意思的是2020年1月的GTS1型數(shù)字探空儀與近三年相比，氣壓和濕度感應精度也有了較大提升，這個需要在以后對比觀測時再作比較。探空高度則無明顯差別。

3.4 其他比較

GTS11、GTS12、GTS13型數(shù)字探空儀相比GTS1型數(shù)字探空儀，在做基測時不需要再對濕度感應元件做老化處理，操作更加便捷。GTS13型數(shù)字探空儀采用了鋰電池供電以及把檢定證數(shù)據(jù)寫入探空儀，更是省掉了電池以及錄入檢定證數(shù)據(jù)這兩個步驟；但是在穩(wěn)定性上稍差，不論是在本站使用還是在全國其他高空站的反饋信息都是如此，希望廠家能作進一步改進。GTS11型數(shù)字探空儀數(shù)據(jù)采集最為翔實，每分鐘約56組探空數(shù)據(jù)；GTS12型數(shù)字探空儀每分鐘約40組探空數(shù)據(jù)；GTS13型數(shù)字探空儀每分鐘約50組探空數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，相比舊型數(shù)字探空儀，新型數(shù)字探空儀在探測精度上有了較大提升，在操作方面也更加快捷方便，達到了提升我國高空氣象觀測水平的目標。當然，由于數(shù)據(jù)量不是太大，還需要在后面的觀測中積累數(shù)據(jù)作跟進分析。