对凝结现象自动观测的思考和探索

米凯 陈冠宇

摘  要：利用新乡国家基本气象站和2018-2020年自动站的观测记录和人工结露、结霜观测资料，以及延津国家气象观测站2019年12月至2020年5月自动站的观测记录和天气现象自动化观测资料，分析了结露、结霜与地面气象要素关系。结果表明：诸多气象要素中，草温和草温与露点温度差对露或霜的结成具有指示性作用;很多情况下，百叶箱高度上的空气中的水汽含量并未达到饱和，而贴地（或贴近地物）的空气中的水汽含量达到饱和;因此会有很大的误差，这也是导致自动凝结传感器迟迟未投入业务运行原因之一。依靠自动站观测数据进行对比分析做数据比较，用简易气象仪器显示直观的验证人工观测露和霜的准确性。

关键词：结露;结霜;指示性;草温与露点温度差;仪器

1引言

露是水汽在地面及近地面物体上凝结而成的水珠;霜是水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白色松脆的冰晶，或由露冻结而成的冰珠[1]，《地面气象观测规范》中指出它们的形成条件：露是在晴朗少风湿度大的夜间、地表温度0℃以上发生，霜是在晴朗微风湿度大的夜间、地面温度在0℃以下发生[1]。探寻结露、结霜过程中具有指示性作用的气象要素，能够为凝结现象自动化观测系统的质量控制提供依据，对地面气象自动化观测业务具有重要的现实意义。对于自动化我暂时的想法是用简易的仪器将气象要素（草温、温度露点差）数据输入之后和结露、结霜的指标逻辑关系分析出来，用直观的方式表达，进而验证人工所观测的项目，但是并不能代替人工观测。

2数据分析方法

草面温度是草间距地6cm高度处的温度。夜间地面温度均高于草温，同时，当近草面和近地面层空气含有大量水汽后，一方面由于水汽发生凝结，释放出凝结潜热，使空气增温;另一方面，由于水汽的增加，使空气的热传导性能大大加快，导致大量热量从近地面层空气向高层空气散发。[2]因而草面较地表面更容易出现露或霜，草温能更好地反映出露或霜形成的温度变化过程[3]。经统计新乡站2018年1月1日至2020年12月31日的露和霜的出现次数，结露一般发生在当日最低草温>-0.7℃时。从新乡和延津站的资料分析可以得出，结露主要发生在最低草温-0.5℃以上。露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。温度露点差的意义是用来衡量湿度的参量，温度露点差越大，表示湿度越小;温度露点差越小，表示湿度越大，当温度露点差近于0时[2]，表示空气达到近似饱和状态，由于在草温观高度（6cm）没有湿度观测。因此，采用草温与百叶箱露点温度差来分析距地6cm高度处的湿度情况。

为了分析上述的一些现象是否具有代表性，统计了延津站2019年12月至2020年5月结露、霜时的草温与露点温度差，进一步证明新乡站结露或霜时的草温与露点温度差的分布区间基本一致，出现露时的草温与露点温度差分布在-3.7～1.8℃之间，出现霜时的草温与露点温度差的分布在-3.9～1.9℃之间。其中有95%的露分布在草温与露点温度差<1.1℃时;有95.0%的霜分布在草温与露点温度差<1.3℃时。

从气象学上讲，贴地（或贴近地物）出现露、霜时，贴地（或贴近地物）的水汽是达到饱和的。如果百叶箱相对湿度较小，则草温与露点温度差值可能为正。这也说明，结露或霜时仅要求贴地（或贴近地物）的气温低于露点，此时百叶箱高度上的气温一般仍高于露点，也就是说，百叶箱高度上的空气中的水汽含量并未达到饱和，而贴地（或贴近地物）的空气中的水汽含量达到饱和[3]。

下列总结出结露的基本条件：

结露条件一：最小草温与露点温度差<0.5℃，此时有很大可能出现凝结现象，空气中的水汽含量几乎达到饱和。

结露条件二：最小草温与露点温度差<1.5℃，此时有大可能出现凝结现象，空气中的水汽含量接近饱和。

3结论

诸多气象要素中，草温和草温与露点温度差对露或霜结成具有指示性作用。

（1）新乡站95.0%结露发生在日最小草温与露点温度差<1.1℃时，延津站95.0%结露发生在日最小草温与露点温度差<1.3℃时。

（2）结露主要发生在最低草温-0.5℃以上，从新乡站和延津站自动天气现象观测资料分析可以看出结露发生在0℃以上，结霜发生在0℃以下。

（3）很多情况，百叶箱高度上的空气中的水汽含量并未达到饱和，而贴地（或贴近地物）的空气中的水汽含量达到饱和。

參考文献;

[1] 中国气象局，地面气象观测规范[M].北京：气象出版社2003

[2] 李爱贞，刘厚风，气象学与气候学基础[M].第二版.北京：气象出版社，2004

[3] 赵艳玲，李静峰，刘泳梅.利用草温预报霜的分析[J].安徽农业科学，2009，37（3）：1248-1250

[4] 温显罡，马舒庆，杜波，廖明水，赵乃君.草温与露点温度对结露和结霜指示性分析[J].气象，2012，38（06）：745-750.]