GTS11、GTS12、GTS13型數(shù)字探空儀相互對(duì)比以及與GTS1型數(shù)字探空儀對(duì)比之初探討

王健春 張銀廷 左春艷

沙坪壩區(qū)氣象局 重慶 400030

引言

為進(jìn)一步提升我國(guó)高空氣象觀測(cè)水平，中國(guó)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(jí)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(cè)[1-2]。現(xiàn)將這一換型觀測(cè)作初步論述。

1 探空儀換型的意義

在高空氣象觀測(cè)過程中，GTS1型數(shù)字探空儀存在著一些瑕疵，如：溫度感應(yīng)元件采用的是柱狀熱敏電阻，相對(duì)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(fù)使用、響應(yīng)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(cè)精度，提高探空儀的響應(yīng)速度和使用方便性，故進(jìn)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(hào)的數(shù)字探空儀）的溫壓濕感應(yīng)元件技術(shù)特點(diǎn)及技術(shù)指標(biāo)

2.1 溫壓濕測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

溫度測(cè)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(cè)量準(zhǔn)確性高、響應(yīng)速度快、防輻射性能和防水性能優(yōu)良；濕度測(cè)量采用高分子聚合物濕敏電容，解決了濕敏電阻不能反復(fù)使用、響應(yīng)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(dòng)測(cè)溫），具有靈敏度高、尺寸小，橫向效應(yīng)小、滯后和蠕變小等特點(diǎn)。

2.2 技術(shù)指標(biāo)對(duì)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(cè)量精度有了提升，氣壓暫時(shí)未作提升要求。

3 實(shí)際觀測(cè)工作中的數(shù)據(jù)對(duì)比

本次研究對(duì)象主要是各型探空儀在做基值測(cè)定時(shí)感應(yīng)的溫壓濕與基測(cè)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(duì)溫壓濕基測(cè)差值的研究方法主要是分析其標(biāo)準(zhǔn)差，即均方差，是基測(cè)差值方差的算術(shù)平方根，通過對(duì)比其基測(cè)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)值的離散程度來研究各型探空儀的探測(cè)精確度和穩(wěn)定度。

3.1 實(shí)際工作中的基值測(cè)定偏差標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比

表1 2020年1月沙坪壩高空氣象觀測(cè)基值測(cè)定偏差標(biāo)準(zhǔn)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(shí)共11次觀測(cè)中，基值測(cè)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(duì)比

三種儀器都是使用同一廠家同一批次探空氣球，不計(jì)天氣影響，則主要會(huì)因?yàn)閮x器自身重量不同對(duì)高度有較大影響。

表2 2020年1月沙坪壩高空氣象觀測(cè)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(cè)風(fēng)平均高度，都遠(yuǎn)高于達(dá)標(biāo)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(yīng)的高度都相對(duì)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(cè)中注意觀察。

3.3 與近三年同期數(shù)據(jù)作對(duì)比

Δt、Δp、Δu依然為基值測(cè)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差，2020年1月的GTS1型數(shù)字探空儀因?yàn)槭呛托滦蛿?shù)字探空儀捆在同一個(gè)探空氣球上施放的，故其高度不作對(duì)比。

表3 2017-2020年1月沙坪壩高空觀測(cè)基值測(cè)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(cè)定標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)精度也有了較大提升，這個(gè)需要在以后對(duì)比觀測(cè)時(shí)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(cè)時(shí)不需要再對(duì)濕度感應(yīng)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(gè)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(guó)其他高空站的反饋信息都是如此，希望廠家能作進(jìn)一步改進(jìn)。GTS11型數(shù)字探空儀數(shù)據(jù)采集最為翔實(shí)，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(cè)精度上有了較大提升，在操作方面也更加快捷方便，達(dá)到了提升我國(guó)高空氣象觀測(cè)水平的目標(biāo)。當(dāng)然，由于數(shù)據(jù)量不是太大，還需要在后面的觀測(cè)中積累數(shù)據(jù)作跟進(jìn)分析。