地市级气象计量实验室气压比对结果分析

杨 涛，黄小静，郑 亮

(1.四川省气象探测数据中心，成都 610072；2.高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，成都 610072)

0 引言

计量比对是指在规定条件下，在相同量的计量基准和计量标准所复现或保持的量值之间，进行比较、分析和评价的过程[1]。在实施过程中，通常选取两个或者两个以上的实验室，经过一定时间范围内，按照预先规定的条件，测量同一个性能稳定的传递标准器，分析测量结果的量值，评价量值的一致程度，确定该实验室的测量结果是否在规定的范围内，从而判断该实验室量值传递的准确性。通过比对，能够考察各实验室测量量值的一致程度、考察实验室计量标准的可靠程度、检查各计量检定机构的检定准确度是否保持在规定范围内[2]。

为了考查气象部门计量标准、环境、人员、检测方法、数据处理和管理水平等综合能力，提高计量检定的技术水平和工作质量，中国气象局组织全国各省气象计量检定所，定期开展气象要素的实验室比对[3]。此外，相邻省份的气象计量检定所通过组织区域气象计量实验室量值比对[4，5]，为实验室认证、认可和考核评审提供有效技术证明。

为了提升地市级计量检定能力，辅助省级计量检定所开展地面气象观测站的实验室计量检定工作[6-12]，2021年全国气象部门建成25个地市级计量实验室，其中就有四川的甘孜州和凉山州。为了检验甘孜州、凉山州计量检定实验室检定准确度是否满足要求，验证量值的一致程度，需要开展计量比对试验。一般情况下，中国气象局组织的计量实验室比对，各省轮流参加，次数有限。而区域计量实验室的比对又存在时间的不确定性，因此难以及时有效地完成地市级计量实验室的计量性能验证[13]。针对目前存在的问题，结合苗洁[14]等提出的二次比对传递方法，通过比对传递，将参加过全国比对或区域比对的省级计量实验室作为主导实验室，评估地市级参比实验室的计量性能，不仅比对的准确性可以得到保证，在比对的时间安排上也可以合理调配，不影响正常的业务工作，实用性较好。

1 比对方案

由于四川省气象计量检定所气压主实验室参加过全国气压的计量比对[15]，因此可作为主导实验室。甘孜州计量实验室、凉山州计量实验室和四川省气象计量检定所气压备用实验室作为参比实验室，开展气压量值比对。将4个实验室进行编号：四川省气象计量检定所气压主实验室为Ⅰ号；四川省气象计量检定所气压备用实验室为Ⅱ号；甘孜州计量实验室为Ⅲ号；凉山州计量实验室为Ⅳ号。传递路线采用环形，即先在Ⅰ号实验室完成传递标准的测量，然后将传递标准依次在Ⅱ号、Ⅲ号和Ⅳ号实验室进行测量，最后返回Ⅰ号实验室再次测量。在完成测量的15 d之内，Ⅱ号、Ⅲ号和Ⅳ号实验室需要提交测量结果报告。

传递标准由Ⅰ号实验室提供，选用编号为115113的745-16B型数字式压力计。在测量范围内，每隔100 hPa为1个压力测试点，从低压到高压，再从高压到低压为1个压力循环。共进行1个压力循环的测试，压力点分别为500 hPa、600 hPa、700 hPa、800 hPa、900 hPa、1000 hPa、1100 hPa、1100 hPa。压力稳定后，分别记录工作标准和传递标准读数，每个压力点重复测量10次，并计算不确定度[16-19]。

2 比对结果评价方法

比对结果通常用比对判据值进行评价，又称为归一化偏差[20-22]，为各实验室比对结果与参考值的差值与该差值的不确定度之比。

(1)

式中，yji是第j个实验室在第i个测量点上的误差值；yri是主导实验室在第i个测量点上的误差值；uji是第j个实验室在第i个测量点上的扩展不确定度；uri是主导实验室在第i个测量点上的扩展不确定度。当En≤1时，参比实验室的测量结果与参考值之差与不确定度之比在合理的预期范围之内，比对结果可接受。当En>1时，参比实验室的测量结果与参考值之差与不确定度之比超出合理的预期，应分析原因。

3 比对过程

3.1 测量误差值的计算

ΔPi=Pi-(oPi+a)

(2)

式中，ΔPi为气压实验室第i个测量点的测量误差值；Pi为传递标准的测量值；oPi为工作标准在第i个测量点的测量值；a为工作标准在第i个测量点的测量值的修正值。

3.2 不确定度的计算

依据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》规定，不确定度的评定包括A类不确定度评定和B类不确定度评定两种。

A类不确定度评定为重复性引入的不确定度分量，计算公式如下：

(3)

B类不确定度不采用统计分析法，而是基于其他方法估计概率分布或者分布假设来评定标准差并得到不确定度。以主导实验室的工作标准为例，B类不确定度主要考虑以下几种来源：

(4)

(5)

(6)

合成标准不确定度的计算公式为：

(7)

扩展不确定度U为合成标准不确定度乘以包含因子k，取k=2，公式如下：

U=k×uc

(8)

4 气压比对数据分析

通过分析Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ实验室的比对测量误差与不确定度可知：Ⅱ实验室的测量误差略大于Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ实验室的测量误差；4个实验室的不确定度为0.12和0.15，均在合理范围之内。

通过分析各实验室比对结果归一化偏差可知，Ⅱ号、Ⅲ号和Ⅳ号实验室的En值都小于1。Ⅱ号实验室在500 hPa这个比对点，正行程的En值为0.74，反行程的En值为0.68，相对于其他比对点较高，在下次比对时需要特别注意。按照判断原则，当En≤1时，参比实验室的测量结果与参考值之差与不确定度之比在合理的预期范围之内，比对结果可接受。省级气压备用实验室、甘孜计量实验室和凉山计量实验室的测量结果和省级气压主实验室的测量结果一致性较高，比对结果满意。

5 结束语

随着全国地市级气象计量实验室的全面建设，每个省都会有数个地市级计量实验室。比对是判定计量实验室测量结果一致程度、计量标准可靠度和人员技术水平的有效手段。这种比对方式，可以根据本省计量业务工作的需要，合理地安排比对时间，实验结果也能较为客观地反映实验室的计量能力，可为全国各省的地市级计量实验室的能力验证提供参考。