淺層地溫傳感器校準后的平衡時間分析

王承軍　王琪珍　卜慶雷

摘要為了探討自動站淺層地溫傳感器校準后與周圍環境的平衡時間,2006年4月4日萊蕪自動站淺層地溫傳感器校準后,觀測員進行了10次自動站和人工站的對比觀測,通過對比分析發現,淺層地溫傳感器校準后大約需要5h的時間才能與周圍環境達到平衡。

關鍵詞淺層地溫;傳感器;校準;平衡時間

中圖分類號S163.+5文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)15-0294-01

淺層地溫包括離地面5cm、10cm、15cm、20cm深度的地中溫度[1]。按照業務規定,自動站淺層地溫傳感器每1～2年進行1次校準,校準后傳感器需要一段時間才能與周圍環境達到平衡,這勢必會造成一些時次的記錄因失真而造成缺測,影響探測記錄的連續性和歷史資料的準確性。因此,淺層地溫傳感器校準后的平衡時間是大家都在探討的問題。眾所周知,淺層地溫的變化不像空氣溫度或地面溫度一樣劇烈,其深度愈深,變化幅度愈小[2]。校準后傳感器埋入土壤與周圍環境達到平衡的時間也越長,為了掌握其平衡時間,盡量減少缺測記錄,2006年4月4日16∶07淺層地溫傳感器校準完后,觀測員于17∶00～21∶00每30min進行1次對比觀測,共10次記錄對比,通過對比分析發現,淺層地溫傳感器大約需要5h平衡。

1校準時的天氣狀況

淺層地溫傳感器于14∶30開始校準,16∶07結束。當時的天氣狀況是陰天,并有布滿全天的層積云,風速較大,氣溫較低,但氣溫變化幅度較小,3日17∶00~21∶00有連續性降水,過程降水量15.7mm,土壤濕度較大,雨后各層土壤較緊密。校準后的平衡時間內天氣狀況無變化,只是云層逐漸變薄。

2平衡時間分析

將17∶00～21∶00的自動站和人工站的淺層地溫資料進行對比分析發現,17∶00～18∶30自動站和人工站數據雖然接近,但自動站測量數據比人工觀測數據偏小,這是校準工作剛完成后容易出現的故障[3],這說明各層地溫傳感器還沒有平衡。19∶00時5cm地溫自動站測量數值首次比人工觀測值高0.1℃,但10～20cm自動站測量數值仍然比人工觀測數值低,說明各層地溫傳感器仍然沒有平衡。19∶30各層觀測數據自動站和人工站基本一致,初步認為各層地溫傳感器與周圍環境達平衡,整個平衡過程歷時4.5h(見表1)。

3平衡時間確認

為了進一步確定各層地溫傳感器是否真正平衡,觀測員對校準前10d每日20∶00的自動站觀測數據和人工觀測數據資料進行分析,發現萊蕪市氣象局自動站觀測數據一般比人工觀測數據值偏高0.0～1.2℃,20∶00、20∶30、21∶00繼續對比觀測,通過分析20∶00、20∶30、21∶00的數據資料,發現20∶30的自動站觀測資料才開始出現各層數據都比人工觀測資料高,21∶00的觀測資料也基本符合此規律,因此認為20∶30各層地溫傳感器才達到平衡,平衡時間基本為5h(見表2)。

4影響平衡時間的原因分析

4.1土壤各層結構

一般來說地溫場的恒定是一個長期的過程,土壤的松緊程度、土壤質地[3]、土層的疏松程度都會對平衡時間有一定的影響。因此,在校準過程中,一定要注意盡量按原土層深度依次埋實傳感器,否則,由于上下層土壤溫度不一致,深層土壤熱交換比淺層慢,影響被挖土壤與周圍土壤的熱交換,從而延長平衡時間。

4.2校準人員的埋表

淺層地溫傳感器按照所測量的深度埋入相應深度的土壤中,必須與土壤密貼,不可留有空隙,否則將會影響傳感器的正常感應,影響平衡時間。因此,在校準后一定要按要求正確埋好傳感器。

5結語

淺層地溫傳感器校準后大約需要5h的平衡,觀測員盡量在校準后多做一些對比觀測,盡量準確掌握平衡時間,減少缺測記錄。影響自動站前層地溫的平衡時間有多種因素,主要原因是各層地溫傳感器是否埋實及土壤各層的物理結構不同。因此,校準人員一定要注意正確埋實各層傳感器,各層土壤盡量按順序依次填埋,防止土層交換,影響平衡時間。

6參考文獻

[1] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京:氣象出版社,2003.

[2] 歐陽秋明,蔡玉榮,張玲.淺層地溫傳感器的故障分析[J].山東氣象,2006,82(1):1-2.

[3] 王錫芳,楊茂水,張紅.ZQZ—CⅡ型自動氣象站故障分析與排除方法[J].山東氣象,2005,54(3):22-23.