溫照度記錄儀和氣象站兩種方式記錄環(huán)境溫濕度的優(yōu)劣勢(shì)比較
現(xiàn)在記錄溫濕度的儀器很多，溫濕度記錄儀和氣象站等，這些溫濕度記錄儀器對(duì)環(huán)境中的溫濕度記錄，有哪些優(yōu)劣勢(shì)呢？下面我們一起比較一下：
準(zhǔn)確、可靠的天氣和氣候信息對(duì)許多領(lǐng)域都非常重要，在產(chǎn)品自然環(huán)境試驗(yàn)工作中，更是不可缺少的重要影響數(shù)據(jù)之一。20世紀(jì)90年代末，我國(guó)開(kāi)始在臺(tái)站布設(shè)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)。自2000年以來(lái)，全國(guó)氣象部門(mén)在大氣監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)都投入資金建設(shè)了大量的自動(dòng)氣象站。2005年4月，國(guó)家材料環(huán)境腐蝕站網(wǎng)在海南站召開(kāi)工作會(huì)議，對(duì)與會(huì)人員進(jìn)行了自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)儀器方面的現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，號(hào)召全國(guó)各個(gè)自然環(huán)境試驗(yàn)站逐步安裝自動(dòng)氣象站，海南萬(wàn)寧試驗(yàn)站是首批安裝和試運(yùn)行自動(dòng)氣象站的試驗(yàn)站之一。對(duì)氣溫、相對(duì)濕度觀測(cè)而言，觀測(cè)系統(tǒng)性能的變化(主要是傳感器)，導(dǎo)致氣象要素觀測(cè)值的系統(tǒng)偏差將是不可避免的，檢測(cè)地面自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的氣溫、相對(duì)濕度的差異，并分析產(chǎn)生這些差異的原因，以便與以前的人工氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行更好地連接，改進(jìn)我國(guó)地面自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)，減少觀測(cè)值的系統(tǒng)誤差等都是非常有意義的。
1 實(shí)驗(yàn)方法
萬(wàn)寧試驗(yàn)站東面臨海，內(nèi)暴露場(chǎng)距海300多米。使用溫照度記錄儀和氣象站和同時(shí)對(duì)溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
1.1 人工溫濕度的監(jiān)測(cè)
溫照度記錄儀嚴(yán)格按照中央氣象局地面標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范安裝。溫濕度計(jì)是安置在離地面1.5 m的百葉箱中，百葉箱分為大小兩種，大百葉箱安置溫濕度計(jì)，小百葉箱內(nèi)安置干濕球、最高和最低溫度表，每天按照操作規(guī)程進(jìn)行觀測(cè)、訂正及更換記錄紙。
1.2 自動(dòng)氣象站溫濕度監(jiān)測(cè)
使用浙江托普儀器生長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)氣象站進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)。該氣象站使用鉑電阻溫度傳感器來(lái)測(cè)量溫度，使用高分子薄膜濕敏電容傳感器測(cè)量空氣的相對(duì)濕度。
2 溫濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果
使用溫濕度自記儀和氣象站兩種方法同時(shí)在萬(wàn)寧試驗(yàn)站內(nèi)暴露場(chǎng)進(jìn)行溫濕度監(jiān)測(cè)，某年12月1個(gè)月監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
3 結(jié)果分析與討論
3.1 自動(dòng)站與人工溫濕度監(jiān)測(cè)的差異
3.1.1 時(shí)間差異
根據(jù)《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》的要求，正點(diǎn)人工觀測(cè)在45~60 min觀測(cè)空氣溫度、相對(duì)濕度、降水、風(fēng)和氣壓等；由于人工觀測(cè)是靠觀測(cè)員逐項(xiàng)進(jìn)行的，時(shí)間跨度較大。在一般情況下，人工觀測(cè)距正點(diǎn)的時(shí)間大約是：溫度和濕度相差5 min，風(fēng)向、風(fēng)速相差3min；氣壓相差2 min；地溫至少相差10 min。在上述相差時(shí)段內(nèi)，氣象要素值會(huì)有不同程度的變化。夏季在氣溫上升時(shí)，觀測(cè)時(shí)間相差5 min，可造成較大的差值。自動(dòng)氣象站觀測(cè)是在正點(diǎn)按氣溫、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓、地溫、輻射、日照、蒸發(fā)的順序幾乎是在瞬間完成的。由此可見(jiàn)，由于兩種觀測(cè)體制在觀測(cè)時(shí)間上不同步，因此觀測(cè)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)差異。
3.1.2 樣本差異
人工觀測(cè)是點(diǎn)讀數(shù)，就是說(shuō)觀測(cè)員在觀測(cè)時(shí)只讀一次儀器的示值。當(dāng)然，由于溫濕度監(jiān)測(cè)儀的儀器存在慣性，它起到了抹平高頻成分的作用，但畢竟只是1次讀數(shù)。在記錄紙上是對(duì)1天中的2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)4次的值進(jìn)行平均，而得出當(dāng)日的平均值。然而自動(dòng)氣象站的每一個(gè)觀測(cè)值都是多個(gè)樣本值的平均值。其中溫度、濕度等，都是10 s取1個(gè)樣本值，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，剩下的4個(gè)樣本值的平均值作為觀測(cè)值。在多數(shù)情況下，去掉了一個(gè)最大值和一個(gè)最小值就等于將奇異值剔除了。人工的最高、最低溫度值是根據(jù)最高最低溫度表讀出并訂正，再與溫濕度計(jì)紙上進(jìn)行對(duì)比而得。而有時(shí)天氣突變時(shí)，溫濕度記錄紙反應(yīng)比較滯后，比較得出的數(shù)值誤差較大。而自動(dòng)站的最高、最低溫度是對(duì)每天中每分鐘測(cè)定的值共1440個(gè)數(shù)據(jù)比較得出的，拋棄儀器本身誤差，應(yīng)該說(shuō)這方面比人工的最高最低溫度表更具有靈敏性和精確性。樣本數(shù)目不同，測(cè)量結(jié)果會(huì)有差異。
3.2 自動(dòng)站與記錄儀的人工溫濕度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
由表1中數(shù)據(jù)生成兩組數(shù)列：人工監(jiān)測(cè)日平均溫度x和自動(dòng)站監(jiān)測(cè)日平均溫度y。
根據(jù)這兩組數(shù)據(jù)可以研究不同的監(jiān)測(cè)方法(人工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)站監(jiān)測(cè))是否有顯著差異，這個(gè)問(wèn)題可歸結(jié)為判斷z=x-y是否服從正態(tài)分布N(0，σ2)，此處σ2為未知，即可歸結(jié)為在一定顯著水平下，檢驗(yàn)假設(shè)：
z的樣本量n=31，平均值|z|=0.1065，標(biāo)準(zhǔn)偏差s=0.3221，顯著水平α為0.05時(shí)，查表知t0.975(30)=2.0423，計(jì)算
，故接受假設(shè)，即在顯著水平α為0.05時(shí)可認(rèn)為兩種監(jiān)測(cè)方法無(wú)明顯差異。使用同樣的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，可得到人工監(jiān)測(cè)日平均濕度和自動(dòng)站監(jiān)測(cè)日平均濕度2種監(jiān)測(cè)方法在顯著水平α為0.05時(shí)也無(wú)明顯差異。
4 結(jié)語(yǔ)
1)準(zhǔn)確、可靠的天氣和氣候信息數(shù)據(jù)是開(kāi)展自然環(huán)境試驗(yàn)研究不可缺少的重要數(shù)據(jù)，同時(shí)也是裝備研制、使用和維護(hù)重要參考數(shù)據(jù)。隨著科技的發(fā)展，氣象觀測(cè)向著智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展成為必然，但同時(shí)傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)手段也是必不可少的備用方法。
2)文中監(jiān)測(cè)的1個(gè)月溫濕度數(shù)據(jù)，在顯著水平α為0.05時(shí)，自動(dòng)站監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)兩種方法監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)明顯差異。
