面向氣象學(xué)的計(jì)量學(xué)
—— 歐洲MeteoMet計(jì)劃簡(jiǎn)介

張慶齡

面向氣象學(xué)的計(jì)量學(xué)
—— 歐洲MeteoMet計(jì)劃簡(jiǎn)介

張慶齡

計(jì)量學(xué)與氣象學(xué)的英文對(duì)應(yīng)詞看上去非常相像，一個(gè)是“metrology”，一個(gè)是“meteorology”。歐洲正在進(jìn)行的MeteoMet（面向氣象學(xué)的計(jì)量學(xué)）計(jì)劃所有項(xiàng)目的核心和亮點(diǎn)就是計(jì)量溯源性。而計(jì)量溯源性的兩個(gè)核心要素就是校準(zhǔn)（不間斷的校準(zhǔn)鏈）和不確定度（校準(zhǔn)鏈的每項(xiàng)校準(zhǔn)均會(huì)引入測(cè)量的不確定度）。

計(jì)量學(xué)與氣象學(xué)的英文對(duì)應(yīng)詞看上去非常相像,一個(gè)是“metrology”,一個(gè)是“meteorology”。計(jì)量學(xué)是“測(cè)量及其應(yīng)用的科學(xué)”。而測(cè)量(觀測(cè))則是氣象學(xué)的基礎(chǔ)。所以,計(jì)量學(xué)與氣象學(xué)有著天然的聯(lián)系。盡管如此,由計(jì)量學(xué)界主導(dǎo)的針對(duì)氣象觀測(cè)需要而開(kāi)展的研究計(jì)劃在世界范圍內(nèi)并不多見(jiàn)。所以,歐洲目前正在進(jìn)行的MeteoMet計(jì)劃非比尋常。MeteoMet意即“面向氣象學(xué)的計(jì)量學(xué)”(Metrology for Meteorology)。本文將對(duì)MeteoMet計(jì)劃做一簡(jiǎn)要介紹。

一、MeteoMet計(jì)劃的背景

氣候變化是當(dāng)今社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)發(fā)展中的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。要對(duì)氣候變化做出科學(xué)評(píng)估需要有高質(zhì)量和可靠的氣候觀測(cè)資料。從計(jì)量學(xué)或測(cè)量學(xué)的角度看,氣候觀測(cè)資料質(zhì)量的重要表征之一就是測(cè)量不確定度。而測(cè)量不確定度又與計(jì)量溯源性密切相連。測(cè)量不確定度只有在充分考慮計(jì)量溯源性的情況下才能夠被確定,并被最大程度地減小。改進(jìn)氣候觀測(cè)(測(cè)量)資料的計(jì)量溯源性,將對(duì)氣候變化的分析產(chǎn)生顯著影響。世界氣象組織(WMO)和國(guó)際計(jì)量局(BIMP)都認(rèn)識(shí)到,當(dāng)今氣候科學(xué)面臨的許多挑戰(zhàn)實(shí)際上是測(cè)量(觀測(cè))方面的。因此,國(guó)際氣象界和計(jì)量界開(kāi)展了非常有意義的合作。合作的核心就是改進(jìn)氣候資料的計(jì)量溯源性。

2010年4月,WMO正式簽署了國(guó)際計(jì)量委員會(huì)國(guó)際互認(rèn)協(xié)定(CIPM-MRA),成為第二個(gè)簽署此協(xié)定的政府間國(guó)際組織。同時(shí),WMO與BIMP在WMO總部,聯(lián)合舉辦了名為“氣候變化監(jiān)測(cè)全球觀測(cè)系統(tǒng)面臨的測(cè)量挑戰(zhàn)——溯源性、穩(wěn)定性和不確定度”的研討會(huì)。

2010年5月,國(guó)際計(jì)量委員會(huì)(CIMP)溫度測(cè)量咨詢委員會(huì)(CCT)①溫度測(cè)量咨詢委員會(huì)(CCT)是國(guó)際計(jì)量委員會(huì)下設(shè)的十個(gè)專(zhuān)業(yè)咨詢委員會(huì)之一。召開(kāi)了第25次會(huì)議,會(huì)上提出了“關(guān)于氣候和氣象觀測(cè)測(cè)量”的建議,“鼓勵(lì)各國(guó)國(guó)家計(jì)量院面向氣候研究中有關(guān)計(jì)量溯源性、質(zhì)量保證、測(cè)量校準(zhǔn)方法等方面開(kāi)展活動(dòng)；支持各國(guó)國(guó)家計(jì)量院與氣象機(jī)構(gòu)之間的合作”。

在上述背景下,對(duì)于氣候變化問(wèn)題非常關(guān)注的歐洲計(jì)量界,于2011年在歐洲計(jì)量研究計(jì)劃(EMRP)下,正式啟動(dòng)了“面向氣象學(xué)的計(jì)量學(xué)”計(jì)劃。該計(jì)劃是歐洲計(jì)量界響應(yīng)WMO-BIMP研討會(huì)和CCT會(huì)議提出倡議的第一個(gè)正式的行動(dòng)。

二、MeteoMet計(jì)劃概要

MeteoMet計(jì)劃是EMRP的一部分,并得到歐洲國(guó)家計(jì)量院聯(lián)合會(huì)(EURAMET)的資助。參加此計(jì)劃的包括受到資助的18個(gè)研究機(jī)構(gòu)和3所大學(xué),以及34個(gè)未予以資助的合作機(jī)構(gòu)。該計(jì)劃的執(zhí)行期為3年,經(jīng)費(fèi)預(yù)算為4413683歐元,有6個(gè)工作組,30個(gè)子項(xiàng)目,計(jì)劃交付65個(gè)成果,總共需要419人月的工作量。

1. 主要方向

MeteoMet計(jì)劃的主要研究方向是氣候變化觀測(cè)所涉及的計(jì)量溯源性,以及從計(jì)量學(xué)的角度對(duì)地面和高空大氣的溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、太陽(yáng)輻射觀測(cè)和氣象要素觀測(cè)量之間的相互影響的研究。

2. 科技目標(biāo)

MeteoMet計(jì)劃的科技目標(biāo)基本上可以分為3部分,即新的計(jì)量方法,新的校準(zhǔn)設(shè)施,以及對(duì)歷時(shí)氣候資料的計(jì)量學(xué)處理。具體包括5個(gè)方面：

氣候觀測(cè)的不確定度評(píng)估方法。研發(fā)對(duì)空氣溫度傳感器進(jìn)行精確校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施和方法；研究建立

風(fēng)速觀測(cè)計(jì)量溯源性的方法。

改進(jìn)濕度傳感器及其校準(zhǔn)方法。研制可溯源、可自校準(zhǔn)、可調(diào)式吸收光譜法二極管激光器(TDLAS),研究水分子的吸收線；研究包括基于準(zhǔn)球面腔體微波共鳴技術(shù)的濕度計(jì)、無(wú)接觸式大氣測(cè)量量多傳感器裝置、超聲風(fēng)速計(jì),以及新的基于GPS和伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星的測(cè)量方法；研究無(wú)線電探空儀觀測(cè)的計(jì)量溯源性；獲取用以改進(jìn)水汽公式的新資料,提出新的用于水汽壓力曲線方程式。

參考探空儀的校準(zhǔn)裝置。研發(fā)創(chuàng)新性校準(zhǔn)系統(tǒng),包括具有高度優(yōu)化的熱量和物質(zhì)傳導(dǎo)特性的測(cè)量箱,建立基于探空儀觀測(cè)的計(jì)量溯源性。

自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)裝置。提出新的自動(dòng)氣象站校準(zhǔn)方法和協(xié)議,評(píng)估太陽(yáng)輻射和元器件老化對(duì)自動(dòng)氣象站的影響；研制可對(duì)溫度、濕度和氣壓傳感器進(jìn)行同時(shí)校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)設(shè)施；研發(fā)對(duì)自動(dòng)氣象站軟件進(jìn)行確認(rèn)的協(xié)議。

歷史溫度資料的計(jì)量學(xué)處理。評(píng)估用舊的技術(shù)(方法和儀器)獲得的歷史溫度數(shù)據(jù),估計(jì)當(dāng)代數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的一致性；研究和開(kāi)發(fā)具有A類(lèi)和B類(lèi)不確定度①A類(lèi)和B類(lèi)不確定度：用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行測(cè)量不確定度分量評(píng)估得出的測(cè)量不確定度分量為A類(lèi)不確定度；用不同于A類(lèi)評(píng)估方法得出的測(cè)量不確定度分量為B類(lèi)不確定度。的不均一的歷史觀測(cè)資料的分析評(píng)估方法和軟件。

3. MeteoMet計(jì)劃的6個(gè)工作組

MeteoMet計(jì)劃從管理和專(zhuān)業(yè)研究的需要出發(fā),設(shè)立了6個(gè)工作組：

高空觀測(cè)傳感器和技術(shù)工作組。研究新的用于高空觀測(cè)的濕度傳感器,建立基于TDLAS的絕對(duì)濕度傳感器的計(jì)量溯源鏈；研制可溯源至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的可移動(dòng)校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器和新的探空儀傳感器校準(zhǔn)箱；進(jìn)行在接近真實(shí)高空條件和擁有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的傳感器比對(duì)。

氣候要素觀測(cè)的新方法和新儀器工作組。研究用于低空和高空大氣溫度、濕度和氣壓觀測(cè)的新方法和新儀器,以獲取改進(jìn)飽和水汽方程準(zhǔn)確性的新數(shù)據(jù)。該方程適用的溫度范圍是―80～100℃,目標(biāo)不確定度②目標(biāo)不確定度：根據(jù)測(cè)量結(jié)果的預(yù)期用途,規(guī)定作為上限的測(cè)量不確定度。為0.85%～0.04%。

地面氣象觀測(cè)測(cè)量方法和協(xié)議工作組。針對(duì)氣候研究和氣象學(xué)長(zhǎng)期、大尺度觀測(cè)的需要,研究地面溫度、濕度、氣壓和風(fēng)速觀測(cè)的可溯源的觀測(cè)方法和協(xié)議,研究超聲風(fēng)速計(jì)觀測(cè)資料的不確定度評(píng)估和現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法。

觀測(cè)資料協(xié)調(diào)化工作組。主要進(jìn)行歷史溫度觀測(cè)資料評(píng)估和數(shù)據(jù)融合的工作。研究歷史溫度觀測(cè)資料不確定度的來(lái)源,并將這種來(lái)源的不確定納入總的不確定計(jì)算報(bào)告中,修正氣候模式的輸入數(shù)據(jù)。通過(guò)這種工作,強(qiáng)化對(duì)氣候變化的識(shí)別、預(yù)測(cè)和適應(yīng)性評(píng)估。

除上述4個(gè)專(zhuān)業(yè)研究工作組外,MeteoMet計(jì)劃還設(shè)立了“推廣和傳播”和“管理與協(xié)調(diào)”兩個(gè)工作組。

4. MeteoMet計(jì)劃的預(yù)期結(jié)果和影響

通過(guò)MeteoMet計(jì)劃的實(shí)施,可以推動(dòng)計(jì)量學(xué)和氣象學(xué)研究的發(fā)展。預(yù)期成果包括：獲得一個(gè)經(jīng)過(guò)確認(rèn)的用于歐洲氣候指示因子的基本參數(shù)規(guī)定；獲得可靠的測(cè)量協(xié)議和可溯源的傳感器校準(zhǔn)規(guī)程；推動(dòng)氣象機(jī)構(gòu)所屬自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)直接溯源至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),使得觀測(cè)資料更準(zhǔn)確并附有不確定度報(bào)告；提高對(duì)大尺度和長(zhǎng)期溫度觀測(cè)資料的標(biāo)準(zhǔn)化和保證計(jì)量溯源性的方法的需求。

MeteoMet計(jì)劃的實(shí)施,可以促進(jìn)氣候觀測(cè)資料可靠性的提高和對(duì)歷史數(shù)據(jù)的正確解讀,降低氣候影響模式的不確定度,從而提高長(zhǎng)期和短期氣候變化預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性。而更可靠的氣候變化影響模式可以為制定有效的國(guó)際和國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化的政策提供更好的指導(dǎo)和依據(jù)。

三、MeteoMet計(jì)劃研究示例

MeteoMet計(jì)劃所有項(xiàng)目的核心和亮點(diǎn)就是計(jì)量溯源性。而計(jì)量溯源性的兩個(gè)核心要素就是校準(zhǔn)(不間斷的校準(zhǔn)鏈)和不確定度(校準(zhǔn)鏈的每項(xiàng)校準(zhǔn)均會(huì)引入測(cè)量的不確定度)。為滿足氣候觀測(cè)的需要,獲取高質(zhì)量的氣候資料,進(jìn)行真正符合計(jì)量學(xué)意義的校準(zhǔn)和不確定度分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。例如,由于不具備符合校準(zhǔn)條件的設(shè)施,對(duì)探空儀就不能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)。對(duì)大量布設(shè)的自動(dòng)氣象站也不能進(jìn)行嚴(yán)格現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。再例如,氣候觀測(cè)業(yè)務(wù)采用新的觀測(cè)方法需要研究解決校準(zhǔn)問(wèn)題。現(xiàn)行的業(yè)務(wù)化的校準(zhǔn)方法也需要改善和優(yōu)化。例如,目前對(duì)于溫度觀測(cè)儀器的校準(zhǔn)通常是在液體槽中進(jìn)行的。而實(shí)際上,氣溫是在空氣中觀測(cè)的。由于空氣和液體的性質(zhì)不同,它們對(duì)氣溫觀測(cè)所引入的不確定度的貢獻(xiàn)也是不同的。這種不同對(duì)于氣候觀測(cè)資料的質(zhì)量也是有影響的。此外,對(duì)歷史氣候資料的計(jì)量學(xué)處理,主要面臨的問(wèn)題也是計(jì)量溯源性和不確定度。MeteoMet計(jì)劃正是圍繞這些實(shí)際問(wèn)題開(kāi)展了有非常有意義的工作。以下列舉幾個(gè)與我國(guó)有關(guān)工作可進(jìn)行對(duì)照的MeteoMet計(jì)劃的研究示例,以幫助對(duì)該計(jì)劃有一個(gè)感性的了解。

1. 研制探空儀濕度傳感器快速校準(zhǔn)系統(tǒng)

該項(xiàng)目主要針對(duì)的是對(duì)參考級(jí)探空儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)問(wèn)題。

提高探空儀濕度觀測(cè)的質(zhì)量是WMO世界氣候觀測(cè)網(wǎng)參考探空網(wǎng)(GRUAN)的重點(diǎn)。要達(dá)到GRUAN要求的精度目標(biāo),獲得可靠的氣候觀測(cè)資料,一個(gè)關(guān)鍵的因素就是通過(guò)科學(xué)的校準(zhǔn)使探空資料具有良好計(jì)量溯源性。但是,目前對(duì)探空儀的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)是非常困難的。由于在模擬高對(duì)流層和低平流層的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下進(jìn)行濕度校準(zhǔn)非常耗時(shí),因而,對(duì)探空儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)在目前是難以實(shí)現(xiàn)的。為此,MeteoMet計(jì)劃研發(fā)對(duì)探空儀濕度和溫度傳感器的校準(zhǔn)方法,創(chuàng)建一個(gè)用于建立探空儀觀測(cè)計(jì)量溯源性的參考裝置。

該項(xiàng)目主要由芬蘭計(jì)量認(rèn)證中心承擔(dān),具體研發(fā)內(nèi)容包括：應(yīng)用熱量和物質(zhì)傳導(dǎo)研究成果,結(jié)合相關(guān)的試驗(yàn),設(shè)計(jì)和建造一個(gè)高效的測(cè)量箱。這種測(cè)量箱可以縮短包括在低溫范圍的校準(zhǔn)時(shí)間,使一套探空儀的校準(zhǔn)可以在一天之內(nèi)完成；研發(fā)一種基于飽和器的低至―90℃的霜點(diǎn)溫度參考標(biāo)準(zhǔn)；研制對(duì)測(cè)量箱的空氣溫度和霜點(diǎn)溫度進(jìn)行準(zhǔn)確和有效控制的裝置；對(duì)整個(gè)測(cè)量箱進(jìn)行測(cè)試,并進(jìn)行全面的不確定度分析。

2. 研究在空氣中進(jìn)行溫度傳感器校準(zhǔn)的設(shè)施和方法

該項(xiàng)目主要針對(duì)的問(wèn)題是降低溫度觀測(cè)的不確定度。

對(duì)全球氣候變化的估計(jì),需要的溫度觀測(cè)資料的不確定度要小于0.1℃。降低溫度觀測(cè)資料的不確定度,需要考慮源自傳感器校準(zhǔn)方法本身的不確定度。目前,對(duì)溫度傳感器的校準(zhǔn)是在液體槽中進(jìn)行的。而液體與空氣的熱力環(huán)境是完全不同的,由此產(chǎn)生的額外的不確定度經(jīng)常被忽略。

該項(xiàng)目的研究目標(biāo)是將空氣溫度傳感器校準(zhǔn)的不確定度,在―20～50℃范圍內(nèi),從0.08℃降到低于0.05℃。這項(xiàng)研究有助于增加對(duì)氣象溫度觀測(cè)的誤差來(lái)源和現(xiàn)實(shí)不確定度的認(rèn)識(shí)。這將提高溫度觀測(cè)(特別是空基觀測(cè))的準(zhǔn)確度。

該項(xiàng)目由英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé),具體研發(fā)內(nèi)容是：研制一個(gè)準(zhǔn)確的空氣溫度校準(zhǔn)設(shè)施。該設(shè)施將可對(duì)氣流進(jìn)行控制,并可隨校準(zhǔn)環(huán)境的變化對(duì)熱交換進(jìn)行調(diào)整。同時(shí),對(duì)儀器和其他熱源產(chǎn)生的誤差和不確定進(jìn)行研究分析。最終,在―20～50℃的溫度調(diào)整范圍內(nèi),使在空氣中進(jìn)行的溫度校準(zhǔn)的不確定度小于0.05℃。同時(shí),提出如何將溫度調(diào)整范圍延展的建議。

3. 研制可同時(shí)對(duì)氣象站溫度、濕度、氣壓傳感器進(jìn)行組合校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)設(shè)施

該項(xiàng)目針對(duì)的是氣象觀測(cè)要素之間相互影響的問(wèn)題。

目前對(duì)自動(dòng)氣象站的校準(zhǔn)缺乏對(duì)各要素之間的相互影響的考慮。由于傳感器的校準(zhǔn)不是在類(lèi)似于野外環(huán)境的條件下進(jìn)行的,所以,常規(guī)的校準(zhǔn)可能引入系統(tǒng)誤差。目前,在歐洲沒(méi)有專(zhuān)用的可以同時(shí)產(chǎn)生和控制溫度、濕度、壓力、風(fēng)速和太陽(yáng)輻射的環(huán)境校準(zhǔn)箱。這種能同時(shí)模擬地球表面條件的校準(zhǔn)裝置,可以更好地對(duì)氣象站觀測(cè)資料的不確定度進(jìn)行評(píng)價(jià),使其具有更可靠的計(jì)量溯源性。

MeteoMet計(jì)劃將研制以上所述需求的校準(zhǔn)裝置。擁有了這種裝置將可對(duì)溫度、濕度、氣壓?jiǎn)为?dú)的校準(zhǔn)曲線之間量值的相互干擾,以及太陽(yáng)輻射和風(fēng)速對(duì)其他觀測(cè)要素的影響進(jìn)行研究。這項(xiàng)工作將提出自動(dòng)氣象站溫度、濕度、氣壓傳感器校準(zhǔn)的新協(xié)議和流程,同時(shí)還對(duì)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)與現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的關(guān)系進(jìn)行分析。

該項(xiàng)目由多個(gè)歐洲科研和計(jì)量單位完成,具體研發(fā)內(nèi)容包括：

由波蘭低溫和結(jié)構(gòu)研究院等在實(shí)驗(yàn)室條件下,用自動(dòng)氣象站使用的溫度(―50～50℃)、濕度(10%Rh～98%Rh)和氣壓(800～1100hPa)傳感器進(jìn)行測(cè)量。用測(cè)量結(jié)果與華沙大學(xué)的自動(dòng)氣象站的日常觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。這種比對(duì)分析結(jié)果可為制定自動(dòng)氣象站校準(zhǔn)規(guī)范提供基礎(chǔ)。

由芬蘭計(jì)量認(rèn)證中心利用其壓力―溫度―濕度校準(zhǔn)設(shè)施,對(duì)前述3種氣象要素之間,在―50～―20℃的低溫范圍內(nèi)相關(guān)性進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種考慮到3個(gè)要素之間相關(guān)性的優(yōu)化校準(zhǔn)規(guī)程。

由意大利國(guó)家計(jì)量院建造一個(gè)新的自動(dòng)氣象站參考設(shè)施,以滿足用戶對(duì)計(jì)量溯源性的要求。該裝置為圓柱體,直徑約1.3m,長(zhǎng)度為1m。該校準(zhǔn)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)適合安裝各種自動(dòng)氣象站和氣象觀測(cè)用傳感器。溫度、壓力和濕度可分別單獨(dú)控制,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)：溫度控制偏差小于0.05℃,溫度調(diào)整范圍為―40～50℃；壓力控制偏差小于0.1hPa,壓力調(diào)整范圍為750～1100hPa；在溫度為0～50℃條件下,濕度范圍為5%～98%,準(zhǔn)確度為0.3%～0.7 %。該裝置還可產(chǎn)生最大30 m/s的風(fēng)速,并具有太陽(yáng)輻射發(fā)生器,用以評(píng)估風(fēng)速和太陽(yáng)輻射對(duì)溫度、壓力和濕度傳感器的影響。

4. 研制可溯源的自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置

該項(xiàng)目主要是針對(duì)自動(dòng)氣象站的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題。

現(xiàn)行的自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)存在許多計(jì)量學(xué)方面的弱點(diǎn)。首先,由于用于比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)器不能長(zhǎng)期在露天狀態(tài)下工作,所以校準(zhǔn)不能覆蓋傳感器的整個(gè)量程,因此不能完整地確定傳感器的直線性和不確定

度。同時(shí),也無(wú)法對(duì)觀測(cè)要素之間的相互影響進(jìn)行評(píng)估。此外,對(duì)在高海拔和極地地區(qū)安放的自動(dòng)氣象站需要有明確的校準(zhǔn)規(guī)定,以保證這些自動(dòng)氣象站能溯源至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

MeteoMet計(jì)劃研制一種用于自動(dòng)氣象站現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的,可安放在中型汽車(chē)上的小尺寸可搬運(yùn)的氣候箱。通過(guò)這項(xiàng)工作,可以提出保證布設(shè)在遙遠(yuǎn)和高海拔地區(qū)的自動(dòng)氣象站的計(jì)量溯源性的方法和規(guī)程。這種可以同時(shí)產(chǎn)生溫度、濕度和壓力值的氣候箱,將建在珠穆朗瑪峰腳下,位于尼泊爾境內(nèi)海拔5050m處的金字塔觀測(cè)站。通過(guò)這種裝置和專(zhuān)用的規(guī)程,促進(jìn)高海拔地區(qū)氣候監(jiān)測(cè)的進(jìn)步。

該項(xiàng)目由意大利國(guó)家計(jì)量院負(fù)責(zé),具體研發(fā)內(nèi)容包括：研究和建造一個(gè)縮小尺寸的設(shè)施,用于自動(dòng)氣象站的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。這種裝置可對(duì)溫度、濕度和壓力傳感器進(jìn)行同時(shí)校準(zhǔn),測(cè)量范圍覆蓋自動(dòng)氣象站可能遇到的環(huán)境條件。其溫度控制偏差小于0.05℃,溫度調(diào)整范圍為―20～50℃；氣壓控制偏差小于0.1hPa,氣壓調(diào)整范圍為500～1100hPa；濕度調(diào)整范圍為5%～95%,不確定度為1.5%。該裝置產(chǎn)生的溫度、濕度和氣壓的值的儀器測(cè)量是直接用測(cè)量基準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)的。

5. 開(kāi)發(fā)考慮計(jì)量溯源性的用于歷史和未來(lái)溫度資料協(xié)調(diào)處理的計(jì)算模式

該項(xiàng)目主要針對(duì)的是歷史氣候資料的不均一問(wèn)題。

為了改進(jìn)歷史資料序列,需要對(duì)不同時(shí)期由于采用新的協(xié)議對(duì)氣候資料的影響進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)；同時(shí),還要在模式中考慮不同地區(qū)的人類(lèi)活動(dòng)。為了獲得氣候評(píng)估所需的時(shí)間序列資料的修正值,必須要用最新的統(tǒng)計(jì)技術(shù)或新的程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)均一性試驗(yàn)和時(shí)間序列均一化處理。

MeteoMet計(jì)劃研制一套數(shù)學(xué)軟件模式,用來(lái)從計(jì)量學(xué)測(cè)量和不確定度的角度,對(duì)時(shí)間序列歷史資料進(jìn)行模式化處理。

該項(xiàng)目由多個(gè)歐洲計(jì)量單位負(fù)責(zé),具體研發(fā)內(nèi)容包括：

由捷克計(jì)量院和斯洛伐克計(jì)量院負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)克服歷史觀測(cè)資料地點(diǎn)和時(shí)間的不均一性的方法。該方法基于對(duì)歷史資料的認(rèn)識(shí)和MeteoMet計(jì)劃其他相關(guān)部分研究結(jié)果的數(shù)學(xué)軟件模式。該方法可以根據(jù)國(guó)際溫標(biāo)的演變,重新計(jì)算溫度值,并包含B類(lèi)不確定估計(jì)；依據(jù)對(duì)測(cè)量方法、觀測(cè)儀器等方面現(xiàn)有的知識(shí),按照歷史資料的質(zhì)量,對(duì)部分或整個(gè)資料集進(jìn)行加權(quán)處理。將A類(lèi)不確定度和B類(lèi)不確定度包含在對(duì)溫度趨勢(shì)的評(píng)估中。

由挪威計(jì)量局負(fù)責(zé)對(duì)該模式進(jìn)行測(cè)試,對(duì)取得的進(jìn)步和遇到的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)歐洲MeteoMet計(jì)劃進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。MeteoMet計(jì)劃并不是一個(gè)非常龐大的計(jì)劃,但它從保證氣候觀測(cè)資料計(jì)量溯源性的角度,在新儀器研制、校準(zhǔn)方法、歷史數(shù)據(jù)評(píng)估、觀測(cè)資料質(zhì)量保證等方面開(kāi)展了非常有意義的創(chuàng)新性工作,為計(jì)量學(xué)與氣象學(xué)的相互促進(jìn),特別是將計(jì)量學(xué)的關(guān)鍵理念、技術(shù)和方法,具體應(yīng)用到相關(guān)的氣象科技工作,提供了一個(gè)鮮活的實(shí)例。該計(jì)劃從兩方面給我們以啟發(fā)。首先, MeteoMet計(jì)劃顯示出計(jì)量工作可以在氣象科技工作中發(fā)揮更大的作用。目前,我國(guó)已形成相對(duì)完整的氣象計(jì)量工作體系。但是,氣象計(jì)量機(jī)構(gòu)開(kāi)展的工作主要是對(duì)氣象觀測(cè)儀器進(jìn)行法定的計(jì)量檢定工作。當(dāng)今國(guó)際計(jì)量學(xué)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,氣象界也對(duì)計(jì)量學(xué)有了新的需求。歐洲MeteoMet計(jì)劃,為氣象計(jì)量工作者提供了一個(gè)通過(guò)應(yīng)用計(jì)量學(xué)的理論、方法和技術(shù),促進(jìn)氣象科技工作發(fā)展的范例；同時(shí),MeteoMet計(jì)劃為有關(guān)氣象科技工作,特別是氣候資料處理等方面的工作,展示了一個(gè)可能的新途徑。目前,我國(guó)氣候資料分析中采用的一些統(tǒng)計(jì)分析方法與計(jì)量學(xué)所采用評(píng)估A類(lèi)不確定的方法相類(lèi)似,也有用到不確定度概念的。但是,真正用到符合計(jì)量學(xué)意義的如計(jì)量溯源性、測(cè)量不確定度等的概念、技術(shù)和方法的工作不多。通過(guò)對(duì)MeteoMet計(jì)劃的了解,可以發(fā)現(xiàn)在氣候資料分析等工作中,科學(xué)地采用計(jì)量學(xué)的一些技術(shù)和方法,可能是提高工作質(zhì)量和水平的一個(gè)有益途徑。

（作者單位：中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司）

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