對(duì)凝結(jié)現(xiàn)象自動(dòng)觀測(cè)的思考和探索

米凱 陳冠宇

摘 ?要：利用新鄉(xiāng)國家基本氣象站和2018-2020年自動(dòng)站的觀測(cè)記錄和人工結(jié)露、結(jié)霜觀測(cè)資料，以及延津國家氣象觀測(cè)站2019年12月至2020年5月自動(dòng)站的觀測(cè)記錄和天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)資料，分析了結(jié)露、結(jié)霜與地面氣象要素關(guān)系。結(jié)果表明：諸多氣象要素中，草溫和草溫與露點(diǎn)溫度差對(duì)露或霜的結(jié)成具有指示性作用;很多情況下，百葉箱高度上的空氣中的水汽含量并未達(dá)到飽和，而貼地（或貼近地物）的空氣中的水汽含量達(dá)到飽和;因此會(huì)有很大的誤差，這也是導(dǎo)致自動(dòng)凝結(jié)傳感器遲遲未投入業(yè)務(wù)運(yùn)行原因之一。依靠自動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析做數(shù)據(jù)比較，用簡(jiǎn)易氣象儀器顯示直觀的驗(yàn)證人工觀測(cè)露和霜的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：結(jié)露;結(jié)霜;指示性;草溫與露點(diǎn)溫度差;儀器

1引言

露是水汽在地面及近地面物體上凝結(jié)而成的水珠;霜是水汽在地面和近地面物體上凝華而成的白色松脆的冰晶，或由露凍結(jié)而成的冰珠[1]，《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》中指出它們的形成條件：露是在晴朗少風(fēng)濕度大的夜間、地表溫度0℃以上發(fā)生，霜是在晴朗微風(fēng)濕度大的夜間、地面溫度在0℃以下發(fā)生[1]。探尋結(jié)露、結(jié)霜過程中具有指示性作用的氣象要素，能夠?yàn)槟Y(jié)現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)的質(zhì)量控制提供依據(jù)，對(duì)地面氣象自動(dòng)化觀測(cè)業(yè)務(wù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對(duì)于自動(dòng)化我暫時(shí)的想法是用簡(jiǎn)易的儀器將氣象要素（草溫、溫度露點(diǎn)差）數(shù)據(jù)輸入之后和結(jié)露、結(jié)霜的指標(biāo)邏輯關(guān)系分析出來，用直觀的方式表達(dá)，進(jìn)而驗(yàn)證人工所觀測(cè)的項(xiàng)目，但是并不能代替人工觀測(cè)。

2數(shù)據(jù)分析方法

草面溫度是草間距地6cm高度處的溫度。夜間地面溫度均高于草溫，同時(shí)，當(dāng)近草面和近地面層空氣含有大量水汽后，一方面由于水汽發(fā)生凝結(jié)，釋放出凝結(jié)潛熱，使空氣增溫;另一方面，由于水汽的增加，使空氣的熱傳導(dǎo)性能大大加快，導(dǎo)致大量熱量從近地面層空氣向高層空氣散發(fā)。[2]因而草面較地表面更容易出現(xiàn)露或霜，草溫能更好地反映出露或霜形成的溫度變化過程[3]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)新鄉(xiāng)站2018年1月1日至2020年12月31日的露和霜的出現(xiàn)次數(shù)，結(jié)露一般發(fā)生在當(dāng)日最低草溫>-0.7℃時(shí)。從新鄉(xiāng)和延津站的資料分析可以得出，結(jié)露主要發(fā)生在最低草溫-0.5℃以上。露點(diǎn)溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。溫度露點(diǎn)差的意義是用來衡量濕度的參量，溫度露點(diǎn)差越大，表示濕度越小;溫度露點(diǎn)差越小，表示濕度越大，當(dāng)溫度露點(diǎn)差近于0時(shí)[2]，表示空氣達(dá)到近似飽和狀態(tài)，由于在草溫觀高度（6cm）沒有濕度觀測(cè)。因此，采用草溫與百葉箱露點(diǎn)溫度差來分析距地6cm高度處的濕度情況。

為了分析上述的一些現(xiàn)象是否具有代表性，統(tǒng)計(jì)了延津站2019年12月至2020年5月結(jié)露、霜時(shí)的草溫與露點(diǎn)溫度差，進(jìn)一步證明新鄉(xiāng)站結(jié)露或霜時(shí)的草溫與露點(diǎn)溫度差的分布區(qū)間基本一致，出現(xiàn)露時(shí)的草溫與露點(diǎn)溫度差分布在-3.7～1.8℃之間，出現(xiàn)霜時(shí)的草溫與露點(diǎn)溫度差的分布在-3.9～1.9℃之間。其中有95%的露分布在草溫與露點(diǎn)溫度差<1.1℃時(shí);有95.0%的霜分布在草溫與露點(diǎn)溫度差<1.3℃時(shí)。

從氣象學(xué)上講，貼地（或貼近地物）出現(xiàn)露、霜時(shí)，貼地（或貼近地物）的水汽是達(dá)到飽和的。如果百葉箱相對(duì)濕度較小，則草溫與露點(diǎn)溫度差值可能為正。這也說明，結(jié)露或霜時(shí)僅要求貼地（或貼近地物）的氣溫低于露點(diǎn)，此時(shí)百葉箱高度上的氣溫一般仍高于露點(diǎn)，也就是說，百葉箱高度上的空氣中的水汽含量并未達(dá)到飽和，而貼地（或貼近地物）的空氣中的水汽含量達(dá)到飽和[3]。

下列總結(jié)出結(jié)露的基本條件：

結(jié)露條件一：最小草溫與露點(diǎn)溫度差<0.5℃，此時(shí)有很大可能出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，空氣中的水汽含量幾乎達(dá)到飽和。

結(jié)露條件二：最小草溫與露點(diǎn)溫度差<1.5℃，此時(shí)有大可能出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，空氣中的水汽含量接近飽和。

3結(jié)論

諸多氣象要素中，草溫和草溫與露點(diǎn)溫度差對(duì)露或霜結(jié)成具有指示性作用。

（1）新鄉(xiāng)站95.0%結(jié)露發(fā)生在日最小草溫與露點(diǎn)溫度差<1.1℃時(shí)，延津站95.0%結(jié)露發(fā)生在日最小草溫與露點(diǎn)溫度差<1.3℃時(shí)。

（2）結(jié)露主要發(fā)生在最低草溫-0.5℃以上，從新鄉(xiāng)站和延津站自動(dòng)天氣現(xiàn)象觀測(cè)資料分析可以看出結(jié)露發(fā)生在0℃以上，結(jié)霜發(fā)生在0℃以下。

（3）很多情況，百葉箱高度上的空氣中的水汽含量并未達(dá)到飽和，而貼地（或貼近地物）的空氣中的水汽含量達(dá)到飽和。

參考文獻(xiàn);

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

[2] 李愛貞，劉厚風(fēng)，氣象學(xué)與氣候?qū)W基礎(chǔ)[M].第二版.北京：氣象出版社，2004

[3] 趙艷玲，李靜峰，劉泳梅.利用草溫預(yù)報(bào)霜的分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（3）：1248-1250

[4] 溫顯罡，馬舒慶，杜波，廖明水，趙乃君.草溫與露點(diǎn)溫度對(duì)結(jié)露和結(jié)霜指示性分析[J].氣象，2012，38（06）：745-750.]