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时间:2020-06-03
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1、文章编号:1674-7070(2013)06-0527-06探空温度传感器受太阳辐射影响的仿真分析杨荣康张利刘清倦李敏张加宏戴伟摘要0引言随着高空温度探测精度要求的日益提高,如何减小温度传感器测量误差已随着科学技术的发展,气象状况变化对人类活动的影响显得尤成为亟需解决的问题,而太阳辐射作为为突出.世界各国在发展高空气象探测系统方面投入了大量的人力、影响温度传感器探测性能的重要因素已成为该领域研究的热点.利用计算机仿物力,使高空气象探测系统有了较大的发展.其中,大气温度是大气真技术,引入太阳高度角、引线夹角2个物理参数的核心变量,在短期天气预报和气候变化监测中具有极其影响因子,根据流体动力学
2、模型模拟分重要的作用.在气象探测领域,探空温度传感器测得的高空大气温度析探空温度传感器从海平面上升到32km高空时所受太阳辐射的影响,最终得是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,其准确性和实时到辐射误差与海拔高度的关系曲线族,性直接影响到高空天气形势和气候系统的分析和预报结果J.数值仿真结果将为开展高空温度传感器误差预报模式是以积分模拟大气四维时空运动偏微分方程组为基础,微分析提供基础依据,从而提高传感器测量准确度.小的误差经过模式预报里数学公式的不断积分,可使误差变得显著,关键词这会直接影响模式预报的准确性.探空温度传感器;太阳辐射;计算流由于珠状热敏电阻具有体积小、响应速度快等优
3、点,对提高与体动力学;误差修正空气的对流换热效果有利,近年来,在高空气象观测领域,普遍采用中图分类号P412.23珠状热敏电阻代替了原有体积较大,散热能力有限的棒状热敏电阻.文献标志码A设计者为了提高探空温度传感器的探测准确性和灵敏度,将其部分暴露于大气中,但这种设计使得传感器敏感元件充分与大气进行接触的同时,也更大程度地受到了太阳辐射的影响,造成探空温度传感器因吸收太阳辐射而产生的温升叠加在测温元件所测真实温度上,从而影响测温准确性.为了减少辐射对传感器的影响,设计者在传感器表面喷涂了防辐射涂层,提高传感器对辐射的反射率.表1为实测收稿日期2013~5—10防辐射涂层反射率.资助项目公益
4、性行业(气象)科研专项(GY—HY200906037,GYHY201106048);国家自然科学基金(41075026);江苏高校优势学科建设表1实测防辐射涂层反射率工程(PADD)项目;江苏省科技支撑计划重点项目(BE2011006)Table1Reflectivityofradiationcoating作者简介杨荣康,男,工程师,主要研究方向为高空探测传感器技术以及观测资料处理方法.yrkaoc@cma.gov.cn刘清倦(通信作者),男,博士,教授,主要研究方向为MEMS传感器技术以及气象探测.q.1iu@ieee.org由于传感器体积过小无法进行反射率实测,表1数据是将防辐射1中国
5、气象局气象探测中心,北京,1000812南京信息工程大学电子与信息工程学院,涂层涂在光滑玻璃表面进行测试的,传感器实际反射率应小于测量南京,210044值.通过表1可以看出:1)目前防辐射涂层对于长波辐射具有较高反3南京信息工程大学大气物理学院,南京,210044射率,在波长大于3000nm(通常认为大气长波辐射)时反射率超过杨荣康,等.探空温度传感器受太阳辐射影响的仿真分析.528YANGRongkang,eta1.SimulationanalysisofeiTorofsoundingtemperaturesensorinfluencedbysolarradiation.93%,几乎可忽
6、略不计;2)太阳直射辐射是对传感器恒方程,又称为Navier.Stokes(N—S)方程¨,且CFD影响最大的因素,且反射率较低(多小于9O%),太以连续方程和Navier.Stoke(N.s)方程表示流体流动阳直射辐射成为温度传感器误差的最主要来源.满足的质量守恒、动量守恒定律和能量守恒定律,仿本文通过计算流体动力学(ComputationalFluid真计算探空传感器因吸收太阳辐射而产生的测量Dynamics,CFD)技术,对探空温度传感器进行地误差.面到32km高空不同气压条件下的热数值模拟分业+++:0addyd,(1)析,考虑探空温度传感器的外部热环境情况,施加对式(1)中P为空
7、气密度,£为时间,“,,分别表示速流一太阳辐射耦合热边界条件,建立探空温度传感器度矢量在、y、z轴方向上的速度分量.的热分析模型,并引入引线夹角和太阳高度角两个影响参数,最终计算获得了辐射误差与海拔高度的f+div(p)=div(ttgradu)一蓑,关系曲线族,其计算结果可作为日后实际测量时的{l,,、iv()=div(/xgradr)一+S,(2)辐射误差修正依据,从而提高探测温度测量精度.Idy1【,、1探空温度传
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