淺層地溫傳感器校準(zhǔn)后的平衡時(shí)間分析

王承軍　王琪珍　卜慶雷

摘要為了探討自動(dòng)站淺層地溫傳感器校準(zhǔn)后與周?chē)h(huán)境的平衡時(shí)間,2006年4月4日萊蕪自動(dòng)站淺層地溫傳感器校準(zhǔn)后,觀測(cè)員進(jìn)行了10次自動(dòng)站和人工站的對(duì)比觀測(cè),通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),淺層地溫傳感器校準(zhǔn)后大約需要5h的時(shí)間才能與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡。

關(guān)鍵詞淺層地溫;傳感器;校準(zhǔn);平衡時(shí)間

中圖分類(lèi)號(hào)S163.+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)15-0294-01

淺層地溫包括離地面5cm、10cm、15cm、20cm深度的地中溫度[1]。按照業(yè)務(wù)規(guī)定,自動(dòng)站淺層地溫傳感器每1～2年進(jìn)行1次校準(zhǔn),校準(zhǔn)后傳感器需要一段時(shí)間才能與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡,這勢(shì)必會(huì)造成一些時(shí)次的記錄因失真而造成缺測(cè),影響探測(cè)記錄的連續(xù)性和歷史資料的準(zhǔn)確性。因此,淺層地溫傳感器校準(zhǔn)后的平衡時(shí)間是大家都在探討的問(wèn)題。眾所周知,淺層地溫的變化不像空氣溫度或地面溫度一樣劇烈,其深度愈深,變化幅度愈小[2]。校準(zhǔn)后傳感器埋入土壤與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡的時(shí)間也越長(zhǎng),為了掌握其平衡時(shí)間,盡量減少缺測(cè)記錄,2006年4月4日16∶07淺層地溫傳感器校準(zhǔn)完后,觀測(cè)員于17∶00～21∶00每30min進(jìn)行1次對(duì)比觀測(cè),共10次記錄對(duì)比,通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),淺層地溫傳感器大約需要5h平衡。

1校準(zhǔn)時(shí)的天氣狀況

淺層地溫傳感器于14∶30開(kāi)始校準(zhǔn),16∶07結(jié)束。當(dāng)時(shí)的天氣狀況是陰天,并有布滿全天的層積云,風(fēng)速較大,氣溫較低,但氣溫變化幅度較小,3日17∶00~21∶00有連續(xù)性降水,過(guò)程降水量15.7mm,土壤濕度較大,雨后各層土壤較緊密。校準(zhǔn)后的平衡時(shí)間內(nèi)天氣狀況無(wú)變化,只是云層逐漸變薄。

2平衡時(shí)間分析

將17∶00～21∶00的自動(dòng)站和人工站的淺層地溫資料進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),17∶00～18∶30自動(dòng)站和人工站數(shù)據(jù)雖然接近,但自動(dòng)站測(cè)量數(shù)據(jù)比人工觀測(cè)數(shù)據(jù)偏小,這是校準(zhǔn)工作剛完成后容易出現(xiàn)的故障[3],這說(shuō)明各層地溫傳感器還沒(méi)有平衡。19∶00時(shí)5cm地溫自動(dòng)站測(cè)量數(shù)值首次比人工觀測(cè)值高0.1℃,但10～20cm自動(dòng)站測(cè)量數(shù)值仍然比人工觀測(cè)數(shù)值低,說(shuō)明各層地溫傳感器仍然沒(méi)有平衡。19∶30各層觀測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)站和人工站基本一致,初步認(rèn)為各層地溫傳感器與周?chē)h(huán)境達(dá)平衡,整個(gè)平衡過(guò)程歷時(shí)4.5h(見(jiàn)表1)。

3平衡時(shí)間確認(rèn)

為了進(jìn)一步確定各層地溫傳感器是否真正平衡,觀測(cè)員對(duì)校準(zhǔn)前10d每日20∶00的自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)萊蕪市氣象局自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)一般比人工觀測(cè)數(shù)據(jù)值偏高0.0～1.2℃,20∶00、20∶30、21∶00繼續(xù)對(duì)比觀測(cè),通過(guò)分析20∶00、20∶30、21∶00的數(shù)據(jù)資料,發(fā)現(xiàn)20∶30的自動(dòng)站觀測(cè)資料才開(kāi)始出現(xiàn)各層數(shù)據(jù)都比人工觀測(cè)資料高,21∶00的觀測(cè)資料也基本符合此規(guī)律,因此認(rèn)為20∶30各層地溫傳感器才達(dá)到平衡,平衡時(shí)間基本為5h(見(jiàn)表2)。

4影響平衡時(shí)間的原因分析

4.1土壤各層結(jié)構(gòu)

一般來(lái)說(shuō)地溫場(chǎng)的恒定是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程,土壤的松緊程度、土壤質(zhì)地[3]、土層的疏松程度都會(huì)對(duì)平衡時(shí)間有一定的影響。因此,在校準(zhǔn)過(guò)程中,一定要注意盡量按原土層深度依次埋實(shí)傳感器,否則,由于上下層土壤溫度不一致,深層土壤熱交換比淺層慢,影響被挖土壤與周?chē)寥赖臒峤粨Q,從而延長(zhǎng)平衡時(shí)間。

4.2校準(zhǔn)人員的埋表

淺層地溫傳感器按照所測(cè)量的深度埋入相應(yīng)深度的土壤中,必須與土壤密貼,不可留有空隙,否則將會(huì)影響傳感器的正常感應(yīng),影響平衡時(shí)間。因此,在校準(zhǔn)后一定要按要求正確埋好傳感器。

5結(jié)語(yǔ)

淺層地溫傳感器校準(zhǔn)后大約需要5h的平衡,觀測(cè)員盡量在校準(zhǔn)后多做一些對(duì)比觀測(cè),盡量準(zhǔn)確掌握平衡時(shí)間,減少缺測(cè)記錄。影響自動(dòng)站前層地溫的平衡時(shí)間有多種因素,主要原因是各層地溫傳感器是否埋實(shí)及土壤各層的物理結(jié)構(gòu)不同。因此,校準(zhǔn)人員一定要注意正確埋實(shí)各層傳感器,各層土壤盡量按順序依次填埋,防止土層交換,影響平衡時(shí)間。

6參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京:氣象出版社,2003.

[2] 歐陽(yáng)秋明,蔡玉榮,張玲.淺層地溫傳感器的故障分析[J].山東氣象,2006,82(1):1-2.

[3] 王錫芳,楊茂水,張紅.ZQZ—CⅡ型自動(dòng)氣象站故障分析與排除方法[J].山東氣象,2005,54(3):22-23.