浅层地温传感器校准后的平衡时间分析

王承军　王琪珍　卜庆雷

摘要为了探讨自动站浅层地温传感器校准后与周围环境的平衡时间,2006年4月4日莱芜自动站浅层地温传感器校准后,观测员进行了10次自动站和人工站的对比观测,通过对比分析发现,浅层地温传感器校准后大约需要5h的时间才能与周围环境达到平衡。

关键词浅层地温;传感器;校准;平衡时间

中图分类号S163.+5文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)15-0294-01

浅层地温包括离地面5cm、10cm、15cm、20cm深度的地中温度[1]。按照业务规定,自动站浅层地温传感器每1～2年进行1次校准,校准后传感器需要一段时间才能与周围环境达到平衡,这势必会造成一些时次的记录因失真而造成缺测,影响探测记录的连续性和历史资料的准确性。因此,浅层地温传感器校准后的平衡时间是大家都在探讨的问题。众所周知,浅层地温的变化不像空气温度或地面温度一样剧烈,其深度愈深,变化幅度愈小[2]。校准后传感器埋入土壤与周围环境达到平衡的时间也越长,为了掌握其平衡时间,尽量减少缺测记录,2006年4月4日16∶07浅层地温传感器校准完后,观测员于17∶00～21∶00每30min进行1次对比观测,共10次记录对比,通过对比分析发现,浅层地温传感器大约需要5h平衡。

1校准时的天气状况

浅层地温传感器于14∶30开始校准,16∶07结束。当时的天气状况是阴天,并有布满全天的层积云,风速较大,气温较低,但气温变化幅度较小,3日17∶00~21∶00有连续性降水,过程降水量15.7mm,土壤湿度较大,雨后各层土壤较紧密。校准后的平衡时间内天气状况无变化,只是云层逐渐变薄。

2平衡时间分析

将17∶00～21∶00的自动站和人工站的浅层地温资料进行对比分析发现,17∶00～18∶30自动站和人工站数据虽然接近,但自动站测量数据比人工观测数据偏小,这是校准工作刚完成后容易出现的故障[3],这说明各层地温传感器还没有平衡。19∶00时5cm地温自动站测量数值首次比人工观测值高0.1℃,但10～20cm自动站测量数值仍然比人工观测数值低,说明各层地温传感器仍然没有平衡。19∶30各层观测数据自动站和人工站基本一致,初步认为各层地温传感器与周围环境达平衡,整个平衡过程历时4.5h(见表1)。

3平衡时间确认

为了进一步确定各层地温传感器是否真正平衡,观测员对校准前10d每日20∶00的自动站观测数据和人工观测数据资料进行分析,发现莱芜市气象局自动站观测数据一般比人工观测数据值偏高0.0～1.2℃,20∶00、20∶30、21∶00继续对比观测,通过分析20∶00、20∶30、21∶00的数据资料,发现20∶30的自动站观测资料才开始出现各层数据都比人工观测资料高,21∶00的观测资料也基本符合此规律,因此认为20∶30各层地温传感器才达到平衡,平衡时间基本为5h(见表2)。

4影响平衡时间的原因分析

4.1土壤各层结构

一般来说地温场的恒定是一个长期的过程,土壤的松紧程度、土壤质地[3]、土层的疏松程度都会对平衡时间有一定的影响。因此,在校准过程中,一定要注意尽量按原土层深度依次埋实传感器,否则,由于上下层土壤温度不一致,深层土壤热交换比浅层慢,影响被挖土壤与周围土壤的热交换,从而延长平衡时间。

4.2校准人员的埋表

浅层地温传感器按照所测量的深度埋入相应深度的土壤中,必须与土壤密贴,不可留有空隙,否则将会影响传感器的正常感应,影响平衡时间。因此,在校准后一定要按要求正确埋好传感器。

5结语

浅层地温传感器校准后大约需要5h的平衡,观测员尽量在校准后多做一些对比观测,尽量准确掌握平衡时间,减少缺测记录。影响自动站前层地温的平衡时间有多种因素,主要原因是各层地温传感器是否埋实及土壤各层的物理结构不同。因此,校准人员一定要注意正确埋实各层传感器,各层土壤尽量按顺序依次填埋,防止土层交换,影响平衡时间。

6参考文献

[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,2003.

[2] 欧阳秋明,蔡玉荣,张玲.浅层地温传感器的故障分析[J].山东气象,2006,82(1):1-2.

[3] 王锡芳,杨茂水,张红.ZQZ—CⅡ型自动气象站故障分析与排除方法[J].山东气象,2005,54(3):22-23.