基于PSO-BP神经网络的探空湿度太阳辐射误差修正

采用计算流体动力学(CFD)软件仿真太阳辐射偏干误差可获得无线探空仪的湿度修正因子,提高了湿度廓线的精度,有助于提升天气预报、气候预测及气象灾害预报预警能力。但湿度修正因子存在明显的时空分布特性,采用CFD方法对每条湿度廓线进行修正计算量庞大。针对这一问题,以CFD软件仿真出典型气压、太阳辐射量和太阳高度角下的温度误差作为数据样本,通过粒子群优化(PSO)的BP神经网络构建预测模型,对探空湿度太阳辐射温度误差进行预测,并利用饱和水汽压逼近公式推算湿度测量的修正因子。研究结果表明,以南京探空站某一天的探空数据作为测试对象,CFD计算和PSO-BP预测的湿度测量太阳辐射误差吻合度较好,说明PSO-BP神经网络预测方法能够对湿度廓线的太阳辐射偏干误差进行有效修正,而且可显著提高修正效率。     

高空大型无人机下投探空观测资料分析

基于2020年8月2日在南海开展的中国首次高空大型无人机观测试验获取的下投探空观测资料、邻近站点常规探空资料和ERA5再分析资料,通过分析资料间的误差、平均绝对误差、均方根误差、相关系数、标准差和变化趋势,研究了下投探空资料的质量水平及其与ERA5再分析资料间的差异,并讨论了引起下投探空观测误差的原因,结果表明：各组下投探空之间温度一致性最优,好于湿度,明显好于风向风速;以常规探空为标准进行对比,下投探空温度、湿度、风速误差水平接近WMO CIMO的精度要求,风向受探空仪下落速度和下垫面差异影响导致误差较大;ERA5的温度、中下层湿度与下投探空偏差较小,风向相差较大,风速在1 000～2 000 m高度区间偏差较大,下投探空上层湿度明显偏干;探空仪高速下落对湿度、风向、风速测量准确度影响明显,湿度还受传感器测量性能影响,可能受环境温度突变影响.     

高光谱红外探测仪温湿度廓线在华东地区的真实性检验

卫星高光谱红外资料可提供高时空分辨率的温湿度廓线信息,是数值天气预报模式重要的数据源.高光谱红外大气探测仪的温湿度产品资料的质量控制和观测误差描述是同化应用效果的关键.探空资料是对温湿度垂直信息的直接测量,具有较高精度,而汛期加密探空观测(北京时14:00)具有与AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)卫星过境时间相匹配的优势,可以较好地验证AIRS反演的廓线产品精度.研究选取中国华东地区,利用2015年夏季的加密探空资料与AIRS反演产品进行时空匹配处理.研究结果表明,AIRS反演的温度廓线精度较高,整体RMSE分布区间为[1.02℃,2.49℃];而湿度廓线整体上呈现低层偏干高层偏湿现象,RMSE分布区间为[12.91%,23.43%];AIRS和AMSU(Advanced Microwave Sounding Unit)联合反演产品中,随着云覆盖范围的增加,温湿度廓线反演精度逐渐降低,但整体上依然保证一定精度,其为将来开展有云覆盖条件下的卫星资料同化应用提供依据.     

具有辐射误差修正功能的自动气象站

太阳辐射引起的气象站温度测量误差可达0.8 K以上,制约了气候变化监测和天气预报精度的提高。设计了一种具有辐射误差修正功能的自动气象站,主要由高反射率温度传感器探头、辐射传感器、风速风向传感器、高精度信号调理电路以及嵌入式处理系统等部分组成。用该气象站和强制通风温度传感器搭建了试验平台。以强制通风温度传感器作为参考,测量不同风速、不同辐射强度下的辐射误差值,利用Levenberg-Marquardt(L-M)算法拟合出用辐射强度和风速计算辐射误差的修正方程,可实现辐射误差的实时修正。实验结果表明,在一定的辐射强度和风速范围内,辐射误差平均值降低到0.021 K,显著提高了气象站气温测量精度。     

依据流型修正两相流组分含率的方法

两相流参数测量中,电容式组分含率传感器,受流型影响很大·仿真实验表明,该种传感器在测量管道气／油两相流截面含油率时,其误差高达１５％以上·流动成象可重建被测两相流体分布情况的图象,采用此处所述的依据流型修正浓度的方法,修正后的含油率误差降至５％以下·分析流型对测量的影响,导出了一个修正公式,并通过典型流型验证该修正方法的正确可行性·此修正方法同样适合其它气／液及液／液两相流·     

地气系统辐射平衡特征的观测研究

利用温斯顿编制的美国NOAA卫星第一批45个月辐射观测资料分析图，包括吸收太阳辐射，反射率及射出长波辐射。而地-气系统辐射平衡是用公式计算的，首次对地-气系统辐射平衡理论各分量从数值上进行逐月的和年内的纬向分布特征研究。结果表明：在一年中太阳直射点随时间的推移的南北回归线之间移动。地-气系统辐射平衡，吸收太阳辐射，反射率和射出长波辐射的纬向分布，和理论说明的变化是完全一致的，这45个月正处于太阳黑子数相对少期，该期间的太阳辐射应是偏弱的。     

录井仪电导率传感器检定导线引入误差分析

针对综合录井仪电导率传感器检定数据特性,利用标准电阻箱对应的电阻值检定电导率传感器,对应于非线性曲线,在电阻值较小的检定点处导线的电阻值会引入较大的误差,导致检定结果远远不能反映真实性,为了消除导线电阻值带来的系统误差,经过分析电导率传感器的检定方法,基于三点共线运用导线电阻补偿法对测量数据进行修正,从而提高测量数据的可信度。通过综合录井仪电导率传感器与标准电导率测试仪的测量结果进行比较,验证了修正算法的有效性,测量结果修正后,大大降低了端点处测量误差,提高了测量精度,测试结果满足现场检定需求。     

基于电话的远程湿度控制系统及其非线性修正

介绍了一种基于电信网络和MODEM技术的远程湿度控制系统,阐述了该系统的功能,并给出了系统的硬件组成和软件设计,分析了湿度传感器的特性,表明测量范围较宽时,传感器的输出易受环境的影响,并且成非线性的关系,提出一种神经网络共轭梯度算法对湿度传感器非线性特性进行修正的方法,结果表明,修正后的湿度传感器能在较宽的测量范围内输出高线性度的信号。     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

基于电容传感器的低露点湿度仪研制

该文在介绍氧化铝电容式传感器测量露点原理的基础上，详细论述了低露点湿度测量的几个重要问题：温度与压力补偿、传感器的稳定性及校正方法和系统测量问题，最后给出了温度修正经验公式．测试表明，该湿度仪精度高、性能稳定．     

湿热地区城市热环境评价指标湿球黑球温度简化计算方法

针对室外热环境评价指标湿球黑球温度在实测和数值计算中都比较难获得的问题,在湿热地区广州夏季收集了空气干球温度、湿球温度、黑球温度、相对湿度、风速、太阳辐射和湿球黑球温度等数据,对收集的数据进行相关性分析和回归分析,相关性分析结果表明：空气温度、相对湿度、太阳辐射与湿球黑球温度具有一定的线性相关度,可以采用上述三个气象因子作为湿球黑球温度的简化计算参数;回归分析结果表明：回归的关联式与实测湿球黑球温度的相关性较高,并且满足多元线性回归的各项检验,认为该回归方程具有较高的可信度,可以在城市热环境的实测评价和数值预测过程中,作为湿球黑球温度的简化计算方法应用。     

红壤区橘园与花生地土壤温湿度变化及物理环境因素影响

在实测数据基础上,利用数理统计及冗余分析方法(RDA)分析了橘园与花生地土壤温湿度时空变异特征,结果表明:1橘园、花生地土壤湿度均呈现明显的季节变化,且变化趋势基本一致,但是不同深度的变化幅度各有不同;2土壤湿度除了受降水因子影响外,在未降水时段内还受气温、相对湿度、太阳辐射等因子的控制;3土壤温度随着土层深度加深,其季节变化趋势越来越平缓。在一天内,不同土层变化幅度以及出现极值的时间均不同,橘园出现极值的时间比花生地晚半到1 h;4影响土壤温度的环境因子有气温、太阳辐射和相对湿度,其中太阳辐射对花生地土壤温度的影响更大,且土壤表层最易受到气温、太阳辐射和相对湿度的影响。     

大跨悬索桥主缆温湿度长期监测与分布规律研究

长期处于潮湿易腐蚀环境中的悬索桥主缆受到太阳辐射和空气对流的影响,很可能生锈断裂而影响大桥的安全。以西堠门大桥主缆系统为研究对象,为数值研究其温湿度变化机理提供物性参数,设计主缆室外温湿度监测试验。根据太阳运行轨迹提出了一种主缆太阳辐射模型,计算了不同工况日的年概率统计分布并对典型工况日的气温日变化函数曲线进行了拟合。研究结果表明：锚室内温湿度变化平稳,不易受外界环境影响,鞍座内温湿度变化剧烈,受外界环境影响较大;晴天工况下主缆温度受太阳辐射影响显著,而降雨/雪会使气温下降进而影响其太阳辐射规律。     

基于主成分分析的建筑空调系统传感器故障检测

在已经建立的建筑空调系统仿真器的基础上,针对系统的温度、湿度、流量传感器提出了一种基于主成分分析的传感器故障诊断方法.该方法根据系统正常的历史运行数据建立数理统计模型,通过传感器实际测量数据与正常数据阵在故障子空间投影的比较,对传感器的故障进行检测.仿真试验表明,该方法能够诊断出固定偏差和漂移故障,为进一步研究传感器的故障诊断提供了必要的基础.     

日光温室中土壤—空气换热器作用下热湿环境的研究

土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度调节具有良好的效果。为了研究日光温室中土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿分布特性,建立了土壤-空气换热器作用下日光温室热湿环境数值模拟模型。该模型基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,利用FLUENT15.0进行了稳态和非稳态的数值求解;采用组分运输模型和DO模型分别对湿度和太阳辐射进行了三维数值模拟。结果表明:模型能够对土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿环境特性进行较准确的研究。在距日光温室地面0.5~2.5 m处,土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度处理具有良好的效果。     

A Simplified Method to Calculate the Wet Bulb Globe Temperature(WBGT)

Wet bulb globe temperature(WBGT) is a comprehensive index obtained mainly from three pa-rameters:black globe temperature(Tg),wet bulb temperature(Tw),and dry bulb temperature(Ta).While in field observation and numerical simulation,black globe temperature and wet bulb temperature were not easy to obtain, so WBGT was difficult to measure and calculate directly.In order to solve this problem,air dry bulb temperature, wet bulb temperature,globe temperature,relative humidity,mean air velocity,solar radiation and wet bulb globe temperature were collected during the summer(July)in Guangzhou.Correlation analysis and regression analysis were used to get a simplified method to calculate WBGT.The results showed that dry bulb temperature,relative humidity,solar radiation and WBGT were interrelated to some extent.These three pa-rameters could be used in the simplified method to predict WBGT,and the linear correlation and precision of this model were high.In addition,we used the measured data to verify the simplified method,and the results showed that the error of the calculated value and the measured value was all below 5%,which means the simpli-fied calculating method is feasible and can be used in field observation and simulation research of urban thermal environment.     

夏热冬冷地区太阳辐射对墙体内 热湿耦合迁移的影响

本文首先根据多孔介质热质传递机理,建立以温度和相对湿度作为驱动势的多层墙体热湿耦合传递模型并对其进行验证。基于验证后的模型研究夏热冬冷地区太阳辐射对墙体内热湿分布的影响。以上海为例,分析了该地区夏季和冬季墙体内热湿传递分布情况。结果表明:考虑太阳辐射时,墙体各处的平均温度均比不考虑时更高,相对湿度均比不考虑时更低。不同朝向墙体由于所受太阳辐射强度不同,温度和相对湿度分布也有差异。在夏季,墙体各界面平均温度差和最大温度差从大到小分别为西>东>南>北,平均相对湿度差和最大相对湿度差则相反;冬季,墙体各界面平均温度差和最大温度差从大到小分别为南>东>西>北,平均相对湿度差和最大相对湿度差同样相反。     

电容式智能湿度仪的软件设计

采用主程序加子程序的模块设计方式 ,完成了电容式智能湿度仪的的软件设计 ,介绍了系统主程序和主要子程序的流程框图。在该软件的支持下 ,湿度仪可自动根据一次仪表信号 ,对环境相对湿度 (RH)进行实时监测、越限报警 ;可经键盘修改RH上、下限的设定值 ;可经键盘发出指令 ,自动实时打印环境RH值和显示环境温度t值     

用于高空气象探测的聚酰亚胺薄膜湿敏电容研究

设计制作了一种基于MEMS技术,可应用于高空湿度探测的薄膜湿敏电容.电容采用三明治结构,聚酰亚胺薄膜作为湿度敏感层材料,金作为上、下电极.测试结果表明,在15%RH~95%RH的全量程范围内,湿敏电容的合格率≥80%,灵敏度约为0.29pF/%RH,线性误差<1.5%RH,湿滞较小,响应时间小于4 s,温度系数好,具有良好的长期稳定性.研究表明,制作的湿敏电容综合指标良好,适合批量生产,可以满足高空气象探测要求.