高空觀測中濕度傳感器變性的分析與處理

斯蘭芬，吳 靜，楊小芳

(和田市氣象局，和田 848000)

0 引言

高空氣象觀測是天氣預(yù)報、氣候分析、科學(xué)研究和國際交換氣象情報及資料的主要來源[1]，因此提高高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量、觀測設(shè)備與探空儀器的質(zhì)量尤為重要。2020年探空儀換型后，新型探空儀的性能參數(shù)有了大幅度的提高，測量更為精確。但在2020年實(shí)際工作中，新型探空儀傳感器故障發(fā)生頻次較換型前更高，全年新疆14個探空站儀器傳感器變性高達(dá)300多次，這種情況嚴(yán)重影響了高空測報質(zhì)量，同時也增加了數(shù)據(jù)質(zhì)控的難度。

高空觀測中探空儀傳感器變性的判斷與處理，需要觀測員具有較高的高空觀測理論知識及對特殊問題的處理能力。近幾年探空儀溫度與氣壓傳感器變性的文章有很多，業(yè)務(wù)人員提出了自己的判斷與處理方法，在觀測過程中碰到類似問題都可以參考[2]。文章通過新疆高空站獲取的兩份濕度變性記錄，根據(jù)處理前后探空曲線對比圖及數(shù)據(jù)列表等，提出在觀測過程中500 hPa及以下、500 hPa以上濕度傳感器變性后的分析與處理方法。

1 500 hPa及以下濕度變性記錄的分析與處理

1.1 觀測記錄與業(yè)務(wù)人員的處理

2020-01-01T07:16氣球施放前軟件所收到的濕度秒數(shù)據(jù)正常(表1)。施放氣球時雷達(dá)工作狀態(tài)正常，正常采集溫度、氣壓、濕度數(shù)據(jù)，氣球施放后的01 s開始相對濕度值跳變?yōu)?%，從地面到473.00 hPa只有19個濕度值為其他數(shù)據(jù)(表2)。觀測員刪除了所有2%的濕度值，探空終止時間為14 min 40 s，球破裂原因?yàn)閮x器發(fā)生故障，未重放球。

表1 2020-01-01T07:00放球前15 s的濕度值 %

表2 2020-01-01T07:00全部探空濕度數(shù)據(jù)

1.2 記錄的分析與處理

濕度值是高空觀測中計算平均濕度、露點(diǎn)、露點(diǎn)溫度差的要素之一，新型探空儀濕度傳感器具有測濕范圍廣、響應(yīng)速度快、靈敏度高、滯后系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)[3]，但因探空儀的制作材料、工藝，濕度傳感器會出現(xiàn)變性：1)在低溫環(huán)境容易凍結(jié)，使測量的相對濕度值低至2%不變[4]；2)濕度傳感器斷開，相對濕度值低至2%不變；3)濕度傳感器脫濕不成功，相對濕度值為100%不變[5]。

從2020-01-01T07:00地面自動氣象站數(shù)據(jù)、衛(wèi)星云圖、儀器施放前的秒數(shù)據(jù)及前后觀測時次的探空資料分析，地面至500 hPa高度的濕度值應(yīng)隨著探空儀在高空環(huán)境的變化而變化。但從07:00實(shí)際的探空記錄中得出濕度值從地面至473.00 hPa只有19個數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，其余值均為2%。到21 min 17 s濕度值由2%跳變到100%，此后一直在這兩個值間來回跳變。由L波段雷達(dá)的采集頻率與現(xiàn)用探空儀的采樣周期可知，每分鐘探空秒數(shù)據(jù)采集數(shù)約為60個。從地面至473.00 hPa 觀測員只保留了19個可用數(shù)據(jù)值，根據(jù)《常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務(wù)規(guī)范》[6]規(guī)定，可以判斷這份記錄的濕度可信度差，在500 hPa及以下且濕度數(shù)據(jù)可信度差的時間大于5 min時，應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)重放球，但若失測層無云且前一時次同等高度平均濕度低于30%，可不重放球。雖然前一時次同等高度上的相對濕度值均小于30%，但本時次有微量的卷云，因此應(yīng)重放球。

2 500 hPa以上濕度變性記錄的分析與處理

2020-06-12T07:00記錄觀測到35 min16 s，203.1 hPa時濕度值由17%直接跳變?yōu)?%且持續(xù)到球破裂，溫度、氣壓數(shù)據(jù)正常。觀測員把這份記錄的探空終止層確定到了濕度傳感器變性的35 min 16 s，對濕度變性后的記錄按溫度、氣壓變性的處理方法進(jìn)行，探空終止原因?yàn)閮x器變性。由探空數(shù)據(jù)曲線、規(guī)定等壓面可視化曲線圖判斷出，濕度傳感器在35 min 17 s發(fā)生了變性(圖1a、圖1b)。根據(jù)《常規(guī)高空氣象觀測業(yè)務(wù)規(guī)范》規(guī)定，在500 hPa以上當(dāng)溫度、氣壓數(shù)據(jù)正常，濕度傳感器變性時，濕度記錄只整理到有可靠濕度記錄為止，其他照常整理(濕度按1%計算)。2020-06-12T07:00記錄球破裂時間為75 min 08 s，因此這份探空記錄的正確終止層應(yīng)確定到75 min 08 s，探空終止原因?yàn)榍蚱屏选?/p>

圖1 (a)2020-06-12T07:00探空曲線；(b)2020-06-12T07:00規(guī)定等壓面可視化圖

3 結(jié)束語

2014年《地面高空氣象觀測業(yè)務(wù)綜合質(zhì)量考核辦法》(試行)中明確了探空質(zhì)量的目標(biāo)。準(zhǔn)確、及時地處理高空觀測記錄，尤其是對特殊記錄的處理，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖鈱?shí)況、自動氣象站數(shù)據(jù)、上一時次高空資料、儀器的測量性能等進(jìn)行綜合判斷，再根據(jù)高空氣象觀測規(guī)范進(jìn)行處理，從而確保高空資料的準(zhǔn)確性及可用率。從文章中兩份濕度傳感器變性記錄的處理來看，觀測員在理論知識及對特殊記錄的判斷與處理能力都需要提高。