地市級氣象計量實驗室氣壓比對結果分析

楊 濤，黃小靜，鄭 亮

(1.四川省氣象探測數(shù)據(jù)中心，成都 610072；2.高原與盆地暴雨旱澇災害四川省重點實驗室，成都 610072)

0 引言

計量比對是指在規(guī)定條件下，在相同量的計量基準和計量標準所復現(xiàn)或保持的量值之間，進行比較、分析和評價的過程[1]。在實施過程中，通常選取兩個或者兩個以上的實驗室，經(jīng)過一定時間范圍內(nèi)，按照預先規(guī)定的條件，測量同一個性能穩(wěn)定的傳遞標準器，分析測量結果的量值，評價量值的一致程度，確定該實驗室的測量結果是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而判斷該實驗室量值傳遞的準確性。通過比對，能夠考察各實驗室測量量值的一致程度、考察實驗室計量標準的可靠程度、檢查各計量檢定機構的檢定準確度是否保持在規(guī)定范圍內(nèi)[2]。

為了考查氣象部門計量標準、環(huán)境、人員、檢測方法、數(shù)據(jù)處理和管理水平等綜合能力，提高計量檢定的技術水平和工作質(zhì)量，中國氣象局組織全國各省氣象計量檢定所，定期開展氣象要素的實驗室比對[3]。此外，相鄰省份的氣象計量檢定所通過組織區(qū)域氣象計量實驗室量值比對[4，5]，為實驗室認證、認可和考核評審提供有效技術證明。

為了提升地市級計量檢定能力，輔助省級計量檢定所開展地面氣象觀測站的實驗室計量檢定工作[6-12]，2021年全國氣象部門建成25個地市級計量實驗室，其中就有四川的甘孜州和涼山州。為了檢驗甘孜州、涼山州計量檢定實驗室檢定準確度是否滿足要求，驗證量值的一致程度，需要開展計量比對試驗。一般情況下，中國氣象局組織的計量實驗室比對，各省輪流參加，次數(shù)有限。而區(qū)域計量實驗室的比對又存在時間的不確定性，因此難以及時有效地完成地市級計量實驗室的計量性能驗證[13]。針對目前存在的問題，結合苗潔[14]等提出的二次比對傳遞方法，通過比對傳遞，將參加過全國比對或區(qū)域比對的省級計量實驗室作為主導實驗室，評估地市級參比實驗室的計量性能，不僅比對的準確性可以得到保證，在比對的時間安排上也可以合理調(diào)配，不影響正常的業(yè)務工作，實用性較好。

1 比對方案

由于四川省氣象計量檢定所氣壓主實驗室參加過全國氣壓的計量比對[15]，因此可作為主導實驗室。甘孜州計量實驗室、涼山州計量實驗室和四川省氣象計量檢定所氣壓備用實驗室作為參比實驗室，開展氣壓量值比對。將4個實驗室進行編號：四川省氣象計量檢定所氣壓主實驗室為Ⅰ號；四川省氣象計量檢定所氣壓備用實驗室為Ⅱ號；甘孜州計量實驗室為Ⅲ號；涼山州計量實驗室為Ⅳ號。傳遞路線采用環(huán)形，即先在Ⅰ號實驗室完成傳遞標準的測量，然后將傳遞標準依次在Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號實驗室進行測量，最后返回Ⅰ號實驗室再次測量。在完成測量的15 d之內(nèi)，Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號實驗室需要提交測量結果報告。

傳遞標準由Ⅰ號實驗室提供，選用編號為115113的745-16B型數(shù)字式壓力計。在測量范圍內(nèi)，每隔100 hPa為1個壓力測試點，從低壓到高壓，再從高壓到低壓為1個壓力循環(huán)。共進行1個壓力循環(huán)的測試，壓力點分別為500 hPa、600 hPa、700 hPa、800 hPa、900 hPa、1000 hPa、1100 hPa、1100 hPa。壓力穩(wěn)定后，分別記錄工作標準和傳遞標準讀數(shù)，每個壓力點重復測量10次，并計算不確定度[16-19]。

2 比對結果評價方法

比對結果通常用比對判據(jù)值進行評價，又稱為歸一化偏差[20-22]，為各實驗室比對結果與參考值的差值與該差值的不確定度之比。

(1)

式中，yji是第j個實驗室在第i個測量點上的誤差值；yri是主導實驗室在第i個測量點上的誤差值；uji是第j個實驗室在第i個測量點上的擴展不確定度；uri是主導實驗室在第i個測量點上的擴展不確定度。當En≤1時，參比實驗室的測量結果與參考值之差與不確定度之比在合理的預期范圍之內(nèi)，比對結果可接受。當En>1時，參比實驗室的測量結果與參考值之差與不確定度之比超出合理的預期，應分析原因。

3 比對過程

3.1 測量誤差值的計算

ΔPi=Pi-(oPi+a)

(2)

式中，ΔPi為氣壓實驗室第i個測量點的測量誤差值；Pi為傳遞標準的測量值；oPi為工作標準在第i個測量點的測量值；a為工作標準在第i個測量點的測量值的修正值。

3.2 不確定度的計算

依據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》規(guī)定，不確定度的評定包括A類不確定度評定和B類不確定度評定兩種。

A類不確定度評定為重復性引入的不確定度分量，計算公式如下：

(3)

B類不確定度不采用統(tǒng)計分析法，而是基于其他方法估計概率分布或者分布假設來評定標準差并得到不確定度。以主導實驗室的工作標準為例，B類不確定度主要考慮以下幾種來源：

(4)

(5)

(6)

合成標準不確定度的計算公式為：

(7)

擴展不確定度U為合成標準不確定度乘以包含因子k，取k=2，公式如下：

U=k×uc

(8)

4 氣壓比對數(shù)據(jù)分析

通過分析Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ實驗室的比對測量誤差與不確定度可知：Ⅱ實驗室的測量誤差略大于Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ實驗室的測量誤差；4個實驗室的不確定度為0.12和0.15，均在合理范圍之內(nèi)。

通過分析各實驗室比對結果歸一化偏差可知，Ⅱ號、Ⅲ號和Ⅳ號實驗室的En值都小于1。Ⅱ號實驗室在500 hPa這個比對點，正行程的En值為0.74，反行程的En值為0.68，相對于其他比對點較高，在下次比對時需要特別注意。按照判斷原則，當En≤1時，參比實驗室的測量結果與參考值之差與不確定度之比在合理的預期范圍之內(nèi)，比對結果可接受。省級氣壓備用實驗室、甘孜計量實驗室和涼山計量實驗室的測量結果和省級氣壓主實驗室的測量結果一致性較高，比對結果滿意。

5 結束語

隨著全國地市級氣象計量實驗室的全面建設，每個省都會有數(shù)個地市級計量實驗室。比對是判定計量實驗室測量結果一致程度、計量標準可靠度和人員技術水平的有效手段。這種比對方式，可以根據(jù)本省計量業(yè)務工作的需要，合理地安排比對時間，實驗結果也能較為客觀地反映實驗室的計量能力，可為全國各省的地市級計量實驗室的能力驗證提供參考。