氣象儀器計量與觀測中的視差原因探析

李宗昊

（遼寧省氣象裝備保障中心，遼寧沈陽 110000）

隨著人們對氣象天氣的要求日益精確和嚴(yán)格，氣象工作人員必須使用先進(jìn)技術(shù)與系統(tǒng)，不斷提高氣象觀測的準(zhǔn)確性。然而，傳統(tǒng)的天氣預(yù)報方法和監(jiān)測工具已不能滿足實際經(jīng)濟發(fā)展的需要，因此，亟需強化氣象研究與氣象服務(wù)，并為今后開展各項氣象業(yè)務(wù)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

1 氣象儀器計量與觀測的視差原因

1.1 不同計量和觀測方式產(chǎn)生的差異

通常情況下，氣象觀測有2種方法，即手動觀測、自動觀測。由于以上兩種方法的應(yīng)用條件有所不同，導(dǎo)致其觀測結(jié)果存在著一定程度的差異。在實際的氣象觀測工作中，手動觀測要求工作人員必須嚴(yán)格遵循工作規(guī)范進(jìn)行操作。但是手動觀測極易受到主觀因素的影響，導(dǎo)致采樣與時空密度存在一定的差異。與手動觀測相比，自動觀測的采樣效率較高，能夠?qū)γ芗男畔⑦M(jìn)行采樣。觀測數(shù)據(jù)的精確性也隨著觀測次數(shù)的增加而明顯提升。而且使用自動觀測方式能夠?qū)⒂^測時間與方法等存在的誤差控制在一定范圍之內(nèi)，獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量更高，更具有代表性，能夠與實際工作需求相符合。

自動檢測傳感器在實際應(yīng)用中難免會出現(xiàn)各種問題，氣象站在依據(jù)氣象要素變化進(jìn)行響應(yīng)時，響應(yīng)時間往往會嚴(yán)重影響測量結(jié)果的精準(zhǔn)度。在生產(chǎn)自動站檢測設(shè)備時，應(yīng)當(dāng)以傳感器對每一種氣象要素的響應(yīng)時間為依據(jù)，制定合理的標(biāo)準(zhǔn)，保證氣象觀測要素的質(zhì)量。但是，在各種客觀因素的影響下，驗收階段的測試手段不具備合理性與有效性，無法有效檢驗各廠家生產(chǎn)的傳感器響應(yīng)時間，而且運行投入和預(yù)期之間還存在著明顯差距。在自動氣象站實際運行過程中，各氣象要素傳感器的響應(yīng)時間不同，因此，重視數(shù)據(jù)誤差的測量逐漸成為自動站數(shù)據(jù)觀測過程中首要解決的關(guān)鍵問題。

1.2 溫濕度檢定誤差

溫濕度檢定是氣象儀器測量驗證的重要部分。要對溫度和濕度進(jìn)行測量驗證，首先將標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)型干濕計的傳感器和要測試的濕度計放在驗證室的中心和有效空間中；之后在驗證室中對AI808P溫控儀表和濕度控制儀器進(jìn)行檢查，判斷其是否與檢查點的標(biāo)準(zhǔn)相符。一般情況下，將溫度檢查點的溫度設(shè)置為15℃、20℃和30℃。將濕度檢查點的箱內(nèi)溫度設(shè)置為20℃，相對濕度分別為40%、60%和80%，等待30 min使其穩(wěn)定，然后開始讀取標(biāo)準(zhǔn)的干濕表和被測儀器的指示值，然后在5 min間隔后再次讀取。將2個讀數(shù)的平均值用作標(biāo)準(zhǔn)儀器和被測儀器的指示值。最后，計算出指示值的誤差，在同一檢查點重新讀取正負(fù)行程讀數(shù)，以獲得溫度和濕度的可重復(fù)性以及返回差和其他參數(shù)數(shù)據(jù)。因此，進(jìn)行溫度和濕度檢查時，不僅有很多檢查點，而且到達(dá)檢查點后等待時間也很長。完成檢查點讀取后，需要手動重置復(fù)選框溫度和濕度值。檢定過程需要員工長時間進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，還需要員工透過檢定箱玻璃重復(fù)進(jìn)行讀數(shù)，不僅無法確保讀數(shù)質(zhì)量，還會直接影響到檢定工作的精確度。

2 提升氣象儀器觀測與檢定工作準(zhǔn)確度的措施

通常情況下，在檢定有效期內(nèi)使用氣象儀器，能夠確保各氣象儀器均正常運行，并獲取高質(zhì)量的氣象觀測數(shù)據(jù)。但是，在實際工作中，受到自然環(huán)境、運輸條件、操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，部分觀測儀器極易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，嚴(yán)重時甚至還會導(dǎo)致儀器無法正常運轉(zhuǎn)。另外，氣象觀測儀器在檢定有效期內(nèi)出現(xiàn)故障，還將對儀器的性能及其精確性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。由此可見，嚴(yán)格做好各個氣象觀測儀器設(shè)備的維護(hù)工作，并禁止使用檢定未通過的儀器。若故障較輕，不會嚴(yán)重影響到儀器觀測性能與計量，則相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)行自行修復(fù)，并做好記錄，為今后相關(guān)工作提供參考。

2.1 加強自動站自動觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性

在自動站的觀測和測量中，應(yīng)嚴(yán)格控制自動站觀測數(shù)據(jù)的精確性，以確保高效開展氣象預(yù)報服務(wù)工作。

2.1.1 試驗考核

相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)采取有效措施，以確保自動觀測設(shè)備測量精度與觀測數(shù)據(jù)保持一致。當(dāng)前，市場上自動觀測儀器設(shè)備的種類繁多，在引進(jìn)設(shè)備之前，必須對其進(jìn)行測試和評估，合格后才能投入工作中。首先，應(yīng)當(dāng)初步測試自動觀察設(shè)備的靜態(tài)精度，即檢查氣象觀測儀器的各項技術(shù)指標(biāo)是否與功能規(guī)格相符合。檢查合格后進(jìn)入到下一步的動態(tài)評估中，即判斷觀測設(shè)備的適應(yīng)性及數(shù)據(jù)傳輸能力是否與實際使用中的動態(tài)評估標(biāo)準(zhǔn)相符。最后，還要重新測試靜態(tài)精度，以掌握自動觀測設(shè)備在自然環(huán)境條件下其靜態(tài)精度的穩(wěn)定性。

2.1.2 對每項要素的時間常數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制

在對靜態(tài)精度進(jìn)行測試時，應(yīng)當(dāng)以各種時間常數(shù)為依據(jù)為其設(shè)置氣象項值調(diào)整設(shè)備的穩(wěn)定時間。在相關(guān)要求中明確規(guī)定各個制造商生產(chǎn)的傳感器時間常數(shù)必須保持一致。

2.1.3 定期校準(zhǔn)

經(jīng)過評估測試的自動觀測儀使用一段時間后，往往會出現(xiàn)不同程度的磨損與老化，導(dǎo)致氣象觀測精度顯著下降。因此定期校準(zhǔn)和驗證非常關(guān)鍵。能夠及時發(fā)現(xiàn)采集器與傳感器數(shù)據(jù)是否位于異常工作狀態(tài)，之后對基點進(jìn)行調(diào)整或更換，以保證每一項測量數(shù)據(jù)的誤差均位于合理范圍之內(nèi)。

2.2 加強溫濕度計量檢定

在溫濕度自動檢定工作中，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)尿炞C方法，并按照《中國氣象局部門計量檢定規(guī)程》的要求進(jìn)行。當(dāng)溫度驗證點在15℃、20℃和30℃時，濕度檢查點為40%RH，60%RH和80%RH。達(dá)到驗證標(biāo)準(zhǔn)后，請等待30 min，然后每隔5 min讀取1次讀數(shù)，獲取被測儀器和標(biāo)準(zhǔn)品的算術(shù)平均值。為了有效降低人工，材料和財務(wù)資源的成本，提高工作效率和工作質(zhì)量，在溫度達(dá)到20℃時完成濕度檢查工作，然后在30℃下執(zhí)行驗證，以優(yōu)化和完善驗證過程。

在驗證過程中，保存驗證溫度和濕度曲線的數(shù)據(jù)，既明顯降低了工作人員的勞動量，又減少了通過玻璃窗口讀數(shù)產(chǎn)生的影響，將檢查儀器和攝像機放置在復(fù)選框中，并將其固定在相同的環(huán)境參數(shù)和位置上，能夠有效彌補手動讀數(shù)存在的缺陷，使驗證準(zhǔn)確性及其工作效率實現(xiàn)顯著提升，進(jìn)而為今后高效開展氣象觀測工作提供可靠的依據(jù)。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國天氣監(jiān)測與預(yù)報的發(fā)展趨勢表明，天氣和氣候監(jiān)測與預(yù)算的重要性正日益突出。氣象服務(wù)的準(zhǔn)確性對于高度相關(guān)的行業(yè)的影響非常重要，并且也與人們的日常生活息息相關(guān)。而氣象儀器作為開展天氣監(jiān)測、預(yù)報的重要設(shè)備，其重要性不言而喻。因此，相關(guān)工作人員將通過對氣象儀器計量與估測中的時差分析結(jié)果有效應(yīng)用到經(jīng)濟和日常生活中，將有助于天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性，改善對天氣和氣候的預(yù)測，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。