對凝結現象自動觀測的思考和探索

米凱 陳冠宇

摘 ?要：利用新鄉國家基本氣象站和2018-2020年自動站的觀測記錄和人工結露、結霜觀測資料，以及延津國家氣象觀測站2019年12月至2020年5月自動站的觀測記錄和天氣現象自動化觀測資料，分析了結露、結霜與地面氣象要素關系。結果表明：諸多氣象要素中，草溫和草溫與露點溫度差對露或霜的結成具有指示性作用;很多情況下，百葉箱高度上的空氣中的水汽含量并未達到飽和，而貼地（或貼近地物）的空氣中的水汽含量達到飽和;因此會有很大的誤差，這也是導致自動凝結傳感器遲遲未投入業務運行原因之一。依靠自動站觀測數據進行對比分析做數據比較，用簡易氣象儀器顯示直觀的驗證人工觀測露和霜的準確性。

關鍵詞：結露;結霜;指示性;草溫與露點溫度差;儀器

1引言

露是水汽在地面及近地面物體上凝結而成的水珠;霜是水汽在地面和近地面物體上凝華而成的白色松脆的冰晶，或由露凍結而成的冰珠[1]，《地面氣象觀測規范》中指出它們的形成條件：露是在晴朗少風濕度大的夜間、地表溫度0℃以上發生，霜是在晴朗微風濕度大的夜間、地面溫度在0℃以下發生[1]。探尋結露、結霜過程中具有指示性作用的氣象要素，能夠為凝結現象自動化觀測系統的質量控制提供依據，對地面氣象自動化觀測業務具有重要的現實意義。對于自動化我暫時的想法是用簡易的儀器將氣象要素（草溫、溫度露點差）數據輸入之后和結露、結霜的指標邏輯關系分析出來，用直觀的方式表達，進而驗證人工所觀測的項目，但是并不能代替人工觀測。

2數據分析方法

草面溫度是草間距地6cm高度處的溫度。夜間地面溫度均高于草溫，同時，當近草面和近地面層空氣含有大量水汽后，一方面由于水汽發生凝結，釋放出凝結潛熱，使空氣增溫;另一方面，由于水汽的增加，使空氣的熱傳導性能大大加快，導致大量熱量從近地面層空氣向高層空氣散發。[2]因而草面較地表面更容易出現露或霜，草溫能更好地反映出露或霜形成的溫度變化過程[3]。經統計新鄉站2018年1月1日至2020年12月31日的露和霜的出現次數，結露一般發生在當日最低草溫>-0.7℃時。從新鄉和延津站的資料分析可以得出，結露主要發生在最低草溫-0.5℃以上。露點溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。溫度露點差的意義是用來衡量濕度的參量，溫度露點差越大，表示濕度越小;溫度露點差越小，表示濕度越大，當溫度露點差近于0時[2]，表示空氣達到近似飽和狀態，由于在草溫觀高度（6cm）沒有濕度觀測。因此，采用草溫與百葉箱露點溫度差來分析距地6cm高度處的濕度情況。

為了分析上述的一些現象是否具有代表性，統計了延津站2019年12月至2020年5月結露、霜時的草溫與露點溫度差，進一步證明新鄉站結露或霜時的草溫與露點溫度差的分布區間基本一致，出現露時的草溫與露點溫度差分布在-3.7～1.8℃之間，出現霜時的草溫與露點溫度差的分布在-3.9～1.9℃之間。其中有95%的露分布在草溫與露點溫度差<1.1℃時;有95.0%的霜分布在草溫與露點溫度差<1.3℃時。

從氣象學上講，貼地（或貼近地物）出現露、霜時，貼地（或貼近地物）的水汽是達到飽和的。如果百葉箱相對濕度較小，則草溫與露點溫度差值可能為正。這也說明，結露或霜時僅要求貼地（或貼近地物）的氣溫低于露點，此時百葉箱高度上的氣溫一般仍高于露點，也就是說，百葉箱高度上的空氣中的水汽含量并未達到飽和，而貼地（或貼近地物）的空氣中的水汽含量達到飽和[3]。

下列總結出結露的基本條件：

結露條件一：最小草溫與露點溫度差<0.5℃，此時有很大可能出現凝結現象，空氣中的水汽含量幾乎達到飽和。

結露條件二：最小草溫與露點溫度差<1.5℃，此時有大可能出現凝結現象，空氣中的水汽含量接近飽和。

3結論

諸多氣象要素中，草溫和草溫與露點溫度差對露或霜結成具有指示性作用。

（1）新鄉站95.0%結露發生在日最小草溫與露點溫度差<1.1℃時，延津站95.0%結露發生在日最小草溫與露點溫度差<1.3℃時。

（2）結露主要發生在最低草溫-0.5℃以上，從新鄉站和延津站自動天氣現象觀測資料分析可以看出結露發生在0℃以上，結霜發生在0℃以下。

（3）很多情況，百葉箱高度上的空氣中的水汽含量并未達到飽和，而貼地（或貼近地物）的空氣中的水汽含量達到飽和。

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] 李愛貞，劉厚風，氣象學與氣候學基礎[M].第二版.北京：氣象出版社，2004

[3] 趙艷玲，李靜峰，劉泳梅.利用草溫預報霜的分析[J].安徽農業科學，2009，37（3）：1248-1250

[4] 溫顯罡，馬舒慶，杜波，廖明水，趙乃君.草溫與露點溫度對結露和結霜指示性分析[J].氣象，2012，38（06）：745-750.]