高空观测中湿度传感器变性的分析与处理

斯兰芬，吴 静，杨小芳

(和田市气象局，和田 848000)

0 引言

高空气象观测是天气预报、气候分析、科学研究和国际交换气象情报及资料的主要来源[1]，因此提高高空气象探测数据质量、观测设备与探空仪器的质量尤为重要。2020年探空仪换型后，新型探空仪的性能参数有了大幅度的提高，测量更为精确。但在2020年实际工作中，新型探空仪传感器故障发生频次较换型前更高，全年新疆14个探空站仪器传感器变性高达300多次，这种情况严重影响了高空测报质量，同时也增加了数据质控的难度。

高空观测中探空仪传感器变性的判断与处理，需要观测员具有较高的高空观测理论知识及对特殊问题的处理能力。近几年探空仪温度与气压传感器变性的文章有很多，业务人员提出了自己的判断与处理方法，在观测过程中碰到类似问题都可以参考[2]。文章通过新疆高空站获取的两份湿度变性记录，根据处理前后探空曲线对比图及数据列表等，提出在观测过程中500 hPa及以下、500 hPa以上湿度传感器变性后的分析与处理方法。

1 500 hPa及以下湿度变性记录的分析与处理

1.1 观测记录与业务人员的处理

2020-01-01T07:16气球施放前软件所收到的湿度秒数据正常(表1)。施放气球时雷达工作状态正常，正常采集温度、气压、湿度数据，气球施放后的01 s开始相对湿度值跳变为2%，从地面到473.00 hPa只有19个湿度值为其他数据(表2)。观测员删除了所有2%的湿度值，探空终止时间为14 min 40 s，球破裂原因为仪器发生故障，未重放球。

表1 2020-01-01T07:00放球前15 s的湿度值 %

表2 2020-01-01T07:00全部探空湿度数据

1.2 记录的分析与处理

湿度值是高空观测中计算平均湿度、露点、露点温度差的要素之一，新型探空仪湿度传感器具有测湿范围广、响应速度快、灵敏度高、滞后系数小的优点[3]，但因探空仪的制作材料、工艺，湿度传感器会出现变性：1)在低温环境容易冻结，使测量的相对湿度值低至2%不变[4]；2)湿度传感器断开，相对湿度值低至2%不变；3)湿度传感器脱湿不成功，相对湿度值为100%不变[5]。

从2020-01-01T07:00地面自动气象站数据、卫星云图、仪器施放前的秒数据及前后观测时次的探空资料分析，地面至500 hPa高度的湿度值应随着探空仪在高空环境的变化而变化。但从07:00实际的探空记录中得出湿度值从地面至473.00 hPa只有19个数据发生了变化，其余值均为2%。到21 min 17 s湿度值由2%跳变到100%，此后一直在这两个值间来回跳变。由L波段雷达的采集频率与现用探空仪的采样周期可知，每分钟探空秒数据采集数约为60个。从地面至473.00 hPa 观测员只保留了19个可用数据值，根据《常规高空气象观测业务规范》[6]规定，可以判断这份记录的湿度可信度差，在500 hPa及以下且湿度数据可信度差的时间大于5 min时，应在规定时间内重放球，但若失测层无云且前一时次同等高度平均湿度低于30%，可不重放球。虽然前一时次同等高度上的相对湿度值均小于30%，但本时次有微量的卷云，因此应重放球。

2 500 hPa以上湿度变性记录的分析与处理

2020-06-12T07:00记录观测到35 min16 s，203.1 hPa时湿度值由17%直接跳变为2%且持续到球破裂，温度、气压数据正常。观测员把这份记录的探空终止层确定到了湿度传感器变性的35 min 16 s，对湿度变性后的记录按温度、气压变性的处理方法进行，探空终止原因为仪器变性。由探空数据曲线、规定等压面可视化曲线图判断出，湿度传感器在35 min 17 s发生了变性(图1a、图1b)。根据《常规高空气象观测业务规范》规定，在500 hPa以上当温度、气压数据正常，湿度传感器变性时，湿度记录只整理到有可靠湿度记录为止，其他照常整理(湿度按1%计算)。2020-06-12T07:00记录球破裂时间为75 min 08 s，因此这份探空记录的正确终止层应确定到75 min 08 s，探空终止原因为球破裂。

图1 (a)2020-06-12T07:00探空曲线；(b)2020-06-12T07:00规定等压面可视化图

3 结束语

2014年《地面高空气象观测业务综合质量考核办法》(试行)中明确了探空质量的目标。准确、及时地处理高空观测记录，尤其是对特殊记录的处理，一定要结合当地天气实况、自动气象站数据、上一时次高空资料、仪器的测量性能等进行综合判断，再根据高空气象观测规范进行处理，从而确保高空资料的准确性及可用率。从文章中两份湿度传感器变性记录的处理来看，观测员在理论知识及对特殊记录的判断与处理能力都需要提高。