GTS11、GTS12、GTS13型数字探空仪相互对比以及与GTS1型数字探空仪对比之初探讨

2020-12-29王健春张银廷左春艳

科学与信息化 2020年35期

王健春张银廷左春艳

沙坪坝区气象局重庆 400030

引言

为进一步提升我国高空气象观测水平，中国气象局于2020年1月1日起开展了探空仪换型工作，我高空站由原本使用的GTS1型数字探空仪升级为GTS11型、GTS12型和GTS13型数字探空仪，并在1月开展了第一阶段探空仪平行观测[1-2]。现将这一换型观测作初步论述。

1 探空仪换型的意义

在高空气象观测过程中，GTS1型数字探空仪存在着一些瑕疵，如：温度感应元件采用的是柱状热敏电阻，相对体积略大，防辐射性能和防水性能不够优良；湿度片不能反复使用、响应速度慢、滞后误差较大且使用前需要作老化处理等。为了追求更高的探测精度，提高探空仪的响应速度和使用方便性，故进行了此次探空仪换型。

2 新型数字探空仪（包括GTS11、GTS12、GTS13三种型号的数字探空仪）的温压湿感应元件技术特点及技术指标

2.1 温压湿测量技术特点

温度测量采用珠状热敏电阻，表面真空溅射镀膜工艺处理确保温度测量准确性高、响应速度快、防辐射性能和防水性能优良；湿度测量采用高分子聚合物湿敏电容，解决了湿敏电阻不能反复使用、响应速度慢、滞后误差大等问题；气压传感器为集成数字式硅压阻器件（器件自动测温），具有灵敏度高、尺寸小，横向效应小、滞后和蠕变小等特点。

2.2 技术指标对比

GTS1型数字探空仪允许偏差：温度变量：–0.4℃≤Δt≤0.4℃，气压变量：–2.0 h P a≤Δp≤2.0 h P a，湿度变量：–5%≤Δu≤5%[3]。GTS11、GTS12、GTS13型数字探空仪允许偏差：温度变量：–0.3℃≤Δt≤0.3℃，气压变量：–2.0hPa≤Δp≤2.0hPa，湿度变量：–4%≤Δu≤4%。

可以看出新型数字探空的温湿度测量精度有了提升，气压暂时未作提升要求。

3 实际观测工作中的数据对比

本次研究对象主要是各型探空仪在做基值测定时感应的温压湿与基测箱内温压湿之间的差值以及在施放过程中的探空高度。对温压湿基测差值的研究方法主要是分析其标准差，即均方差，是基测差值方差的算术平方根，通过对比其基测时与标准值的离散程度来研究各型探空仪的探测精确度和稳定度。

3.1 实际工作中的基值测定偏差标准差对比

表1 2020年1月沙坪坝高空气象观测基值测定偏差标准差

虽然样本数太少，代表性稍差，但是依然可以看出，换型后的仪器基本上全面优于旧仪器（唯有GTS12探空仪气压偏差大于旧仪器），尤其是GTS13型探空仪在温度精度上表现特别突出，在1月21～31日19时共11次观测中，基值测定温度偏差全部为0.0℃。

3.2 GTS11、GTS12、GTS13型数字探空仪施放高度对比

三种仪器都是使用同一厂家同一批次探空气球，不计天气影响，则主要会因为仪器自身重量不同对高度有较大影响。

表2 2020年1月沙坪坝高空气象观测施放高度

这三款新型数字探空仪不论是探空平均高度还是测风平均高度，都远高于达标高度（分别为26000米、24000米）[4]。GTS13型数字探空仪自重及电池重量在三种仪器中最重，相应的高度都相对最低，GTS11型数字探空仪自重及电池重量最轻，但是高度却不是最高，这需要在以后的观测中注意观察。

3.3 与近三年同期数据作对比

Δt、Δp、Δu依然为基值测定时的标准差，2020年1月的GTS1型数字探空仪因为是和新型数字探空仪捆在同一个探空气球上施放的，故其高度不作对比。

表3 2017-2020年1月沙坪坝高空观测基值测定偏差与探空平均高度

很明显，与最近三年同期相比，新型数字探空仪的温压湿基值测定标准差精度有了显著提升；有意思的是2020年1月的GTS1型数字探空仪与近三年相比，气压和湿度感应精度也有了较大提升，这个需要在以后对比观测时再作比较。探空高度则无明显差别。

3.4 其他比较

GTS11、GTS12、GTS13型数字探空仪相比GTS1型数字探空仪，在做基测时不需要再对湿度感应元件做老化处理，操作更加便捷。GTS13型数字探空仪采用了锂电池供电以及把检定证数据写入探空仪，更是省掉了电池以及录入检定证数据这两个步骤；但是在稳定性上稍差，不论是在本站使用还是在全国其他高空站的反馈信息都是如此，希望厂家能作进一步改进。GTS11型数字探空仪数据采集最为翔实，每分钟约56组探空数据；GTS12型数字探空仪每分钟约40组探空数据；GTS13型数字探空仪每分钟约50组探空数据。