楊 濤，黃小靜，鄭 亮

(1.四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心，成都 610072；2.高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610072)

0 引言

計(jì)量比對是指在規(guī)定條件下，在相同量的計(jì)量基準(zhǔn)和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)或保持的量值之間，進(jìn)行比較、分析和評價(jià)的過程[1]。在實(shí)施過程中，通常選取兩個(gè)或者兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)過一定時(shí)間范圍內(nèi)，按照預(yù)先規(guī)定的條件，測量同一個(gè)性能穩(wěn)定的傳遞標(biāo)準(zhǔn)器，分析測量結(jié)果的量值，評價(jià)量值的一致程度，確定該實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而判斷該實(shí)驗(yàn)室量值傳遞的準(zhǔn)確性。通過比對，能夠考察各實(shí)驗(yàn)室測量量值的一致程度、考察實(shí)驗(yàn)室計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的可靠程度、檢查各計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)的檢定準(zhǔn)確度是否保持在規(guī)定范圍內(nèi)[2]。

為了考查氣象部門計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境、人員、檢測方法、數(shù)據(jù)處理和管理水平等綜合能力，提高計(jì)量檢定的技術(shù)水平和工作質(zhì)量，中國氣象局組織全國各省氣象計(jì)量檢定所，定期開展氣象要素的實(shí)驗(yàn)室比對[3]。此外，相鄰省份的氣象計(jì)量檢定所通過組織區(qū)域氣象計(jì)量實(shí)驗(yàn)室量值比對[4，5]，為實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證、認(rèn)可和考核評審提供有效技術(shù)證明。

為了提升地市級計(jì)量檢定能力，輔助省級計(jì)量檢定所開展地面氣象觀測站的實(shí)驗(yàn)室計(jì)量檢定工作[6-12]，2021年全國氣象部門建成25個(gè)地市級計(jì)量實(shí)驗(yàn)室，其中就有四川的甘孜州和涼山州。為了檢驗(yàn)甘孜州、涼山州計(jì)量檢定實(shí)驗(yàn)室檢定準(zhǔn)確度是否滿足要求，驗(yàn)證量值的一致程度，需要開展計(jì)量比對試驗(yàn)。一般情況下，中國氣象局組織的計(jì)量實(shí)驗(yàn)室比對，各省輪流參加，次數(shù)有限。而區(qū)域計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的比對又存在時(shí)間的不確定性，因此難以及時(shí)有效地完成地市級計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量性能驗(yàn)證[13]。針對目前存在的問題，結(jié)合苗潔[14]等提出的二次比對傳遞方法，通過比對傳遞，將參加過全國比對或區(qū)域比對的省級計(jì)量實(shí)驗(yàn)室作為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室，評估地市級參比實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量性能，不僅比對的準(zhǔn)確性可以得到保證，在比對的時(shí)間安排上也可以合理調(diào)配，不影響正常的業(yè)務(wù)工作，實(shí)用性較好。

1 比對方案

由于四川省氣象計(jì)量檢定所氣壓主實(shí)驗(yàn)室參加過全國氣壓的計(jì)量比對[15]，因此可作為主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室。甘孜州計(jì)量實(shí)驗(yàn)室、涼山州計(jì)量實(shí)驗(yàn)室和四川省氣象計(jì)量檢定所氣壓備用實(shí)驗(yàn)室作為參比實(shí)驗(yàn)室，開展氣壓量值比對。將4個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行編號：四川省氣象計(jì)量檢定所氣壓主實(shí)驗(yàn)室為Ⅰ號；四川省氣象計(jì)量檢定所氣壓備用實(shí)驗(yàn)室為Ⅱ號；甘孜州計(jì)量實(shí)驗(yàn)室為Ⅲ號；涼山州計(jì)量實(shí)驗(yàn)室為Ⅳ號。傳遞路線采用環(huán)形，即先在Ⅰ號實(shí)驗(yàn)室完成傳遞標(biāo)準(zhǔn)的測量，然后將傳遞標(biāo)準(zhǔn)依次在Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測量，最后返回Ⅰ號實(shí)驗(yàn)室再次測量。在完成測量的15 d之內(nèi)，Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號實(shí)驗(yàn)室需要提交測量結(jié)果報(bào)告。

傳遞標(biāo)準(zhǔn)由Ⅰ號實(shí)驗(yàn)室提供，選用編號為115113的745-16B型數(shù)字式壓力計(jì)。在測量范圍內(nèi)，每隔100 hPa為1個(gè)壓力測試點(diǎn)，從低壓到高壓，再從高壓到低壓為1個(gè)壓力循環(huán)。共進(jìn)行1個(gè)壓力循環(huán)的測試，壓力點(diǎn)分別為500 hPa、600 hPa、700 hPa、800 hPa、900 hPa、1000 hPa、1100 hPa、1100 hPa。壓力穩(wěn)定后，分別記錄工作標(biāo)準(zhǔn)和傳遞標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)，每個(gè)壓力點(diǎn)重復(fù)測量10次，并計(jì)算不確定度[16-19]。

2 比對結(jié)果評價(jià)方法

比對結(jié)果通常用比對判據(jù)值進(jìn)行評價(jià)，又稱為歸一化偏差[20-22]，為各實(shí)驗(yàn)室比對結(jié)果與參考值的差值與該差值的不確定度之比。

(1)

式中，yji是第j個(gè)實(shí)驗(yàn)室在第i個(gè)測量點(diǎn)上的誤差值；yri是主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在第i個(gè)測量點(diǎn)上的誤差值；uji是第j個(gè)實(shí)驗(yàn)室在第i個(gè)測量點(diǎn)上的擴(kuò)展不確定度；uri是主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室在第i個(gè)測量點(diǎn)上的擴(kuò)展不確定度。當(dāng)En≤1時(shí)，參比實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果與參考值之差與不確定度之比在合理的預(yù)期范圍之內(nèi)，比對結(jié)果可接受。當(dāng)En>1時(shí)，參比實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果與參考值之差與不確定度之比超出合理的預(yù)期，應(yīng)分析原因。

3 比對過程

3.1 測量誤差值的計(jì)算

ΔPi=Pi-(oPi+a)

(2)

式中，ΔPi為氣壓實(shí)驗(yàn)室第i個(gè)測量點(diǎn)的測量誤差值；Pi為傳遞標(biāo)準(zhǔn)的測量值；oPi為工作標(biāo)準(zhǔn)在第i個(gè)測量點(diǎn)的測量值；a為工作標(biāo)準(zhǔn)在第i個(gè)測量點(diǎn)的測量值的修正值。

3.2 不確定度的計(jì)算

依據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》規(guī)定，不確定度的評定包括A類不確定度評定和B類不確定度評定兩種。

A類不確定度評定為重復(fù)性引入的不確定度分量，計(jì)算公式如下：

(3)

B類不確定度不采用統(tǒng)計(jì)分析法，而是基于其他方法估計(jì)概率分布或者分布假設(shè)來評定標(biāo)準(zhǔn)差并得到不確定度。以主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室的工作標(biāo)準(zhǔn)為例，B類不確定度主要考慮以下幾種來源：

(4)

(5)

(6)

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算公式為：

(7)

擴(kuò)展不確定度U為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k，取k=2，公式如下：

U=k×uc

(8)

4 氣壓比對數(shù)據(jù)分析

通過分析Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ實(shí)驗(yàn)室的比對測量誤差與不確定度可知：Ⅱ?qū)嶒?yàn)室的測量誤差略大于Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ實(shí)驗(yàn)室的測量誤差；4個(gè)實(shí)驗(yàn)室的不確定度為0.12和0.15，均在合理范圍之內(nèi)。

通過分析各實(shí)驗(yàn)室比對結(jié)果歸一化偏差可知，Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號實(shí)驗(yàn)室的En值都小于1。Ⅱ號實(shí)驗(yàn)室在500 hPa這個(gè)比對點(diǎn)，正行程的En值為0.74，反行程的En值為0.68，相對于其他比對點(diǎn)較高，在下次比對時(shí)需要特別注意。按照判斷原則，當(dāng)En≤1時(shí)，參比實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果與參考值之差與不確定度之比在合理的預(yù)期范圍之內(nèi)，比對結(jié)果可接受。省級氣壓備用實(shí)驗(yàn)室、甘孜計(jì)量實(shí)驗(yàn)室和涼山計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果和省級氣壓主實(shí)驗(yàn)室的測量結(jié)果一致性較高，比對結(jié)果滿意。

5 結(jié)束語

隨著全國地市級氣象計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的全面建設(shè)，每個(gè)省都會(huì)有數(shù)個(gè)地市級計(jì)量實(shí)驗(yàn)室。比對是判定計(jì)量實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果一致程度、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)可靠度和人員技術(shù)水平的有效手段。這種比對方式，可以根據(jù)本省計(jì)量業(yè)務(wù)工作的需要，合理地安排比對時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也能較為客觀地反映實(shí)驗(yàn)室的計(jì)量能力，可為全國各省的地市級計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的能力驗(yàn)證提供參考。