第2章-温度测量-气象仪器和观测方法指南.doc

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1、第2章温度测量2.1概述2.1.1定义温度是决定两个物体之间净热流方向的条件。在这样一个系统中，一个物体自始至终失去热量给另一个物体，则认为失去热量的物体处于较高的温度。2.1.2单位和温标以开尔文（K）为单位的热力学温度（T）是基本温度。开尔文是水的三相点的热力学温度的1/273.16。由公式（2.1）定义的摄氏温度（t）用于大多数气象目的。（2.1）温差一摄氏度（℃）等于一开尔文（K）。在热力学温标中，测量值用与绝对零度（0K）的差值表示。在0K温度下，任何物质的分子不再具有动能。从1990年开始，通用的温标是“国

2、际温际（ITS）－90”（见附录），它是根据若干个可再现的平衡状态温度的认定值（见附录表1）和在这些温度下校准的专用标准仪器确定的。ITS是这样选定的，即根据它测量的温度与热力学温度是一致的，所有差值都在现有的测量准确度范围以内。在ITS定义的固定点之外，可利用其他二级参考点；气象上关注的点以及在这些点之间内插的标准方法在附录表2给出。ITS的温度应当称为“摄氏度”（degreesCelsius）。2.1.3气象要求2.1.3.1概述气象学需要测量的温度主要有：（a）近地面气温；（b）地表温度；（c）不同深度的土壤温度

3、；（d）海面和湖面的温度；（e）高空气温。这些测量不管是共同的还是单独的，不管是局地的还是全球的，为了输入到数值天气预报模式，为了水文和农业目的，以及作为气候变化的标志都是需要的。而局地温度对于人类每天的活动具有直接的生理上的重要性。温度测量可能要求连续记录，也可能在不同的时间间隔进地采样。本章涉及的是（a），（b）和（c）。2.1.3.2准确度要求本指南第一编第1章叙述了温度测量的范围、记录的分辨率和所需要的准确度。实际上，提供直接符合所要求性能的温度表是不经济的。用以替代的是经实验室标准温度表校准的较便宜的温度表，

4、使用时对他们的读数需要加以修正。必须限制修正值的大小，使剩余误差保持在界限以内。此外，选用的温度表量程应能够反映当地气候变化的范围。作为一个例子，下表给出了温度表的典型测量范围和可以采用的校准范围和误差范围。温度表特性要求温度表类型普通最高最低标尺范围（℃）-30—+45-30—+50-40—+40校准范围（℃）-30—+40-25—+40-30—+30最大误差<0.2K±0.2K±0.3K在量程之内最大修正值与最小修正值之间的最大差值0.2K0.3K0.5K任意10℃之间修正值的最大变化0.1K0.1K0.1K所有的

5、温度测量仪器都应当有符合准确度要求或性能规格的证书，或者是有满足准确度要求的修正值的校准证书。初始的测试和校准应该由国家级的测试机构或经认可的检定实验室来进行。温度测量仪器随后还应定期进行检查，用于校准的精密设备取决于被校准的仪器或传感器。2.1.3.3温度表的响应时间在常规气象观测中，使用时间常数非常小的温度表没有好处。因为在几秒钟之内，气温会连续波动1至2度。因此，用这种温度表要得到一个有代表性的读数就要求多次读数取平均。时间常数较大的温度表则有助于平滑掉快速波动。然而时间常数太大，可能在温度发生长周期变化时导致误

6、差。时间常数已定义为温度表显示出一个气温阶跃变化的63.2%所需要的时间。建议在风速为5m/s时，温度表的时间常数值应当在30和60秒之间。时间常数大致与风速的平方根成反比。2.1.3.4记录测量的环境温度是气象参数之一，温度的测量对暴露状况特别敏感。尤其是对于气候研究来说，温度测量受到诸如环境状态、植被、建筑物和其他物体的形态、地表覆盖物、防辐射罩或百叶箱的设计及其变化、以及设备中其他改变等的影响。因此，不但保存温度数据的记录是重要的，而且保存测量环境的记录也是重要的。而这种信息就称为“与气象观测

7、资料有关的其他资料”（metadata-dataaboutdata）。2.1.4测量方法为了测量一个物体的温度，可使温度表达到与该物体相同的温度（即与之达到热力学平衡），于是温度表本身的温度即可测出。另外，也可以用一辐射表测定温度而无须热平衡。物质的任何物理性质如果是温度函数，都可作为温度表的依据。气象温度表中最广泛应用的性质是热膨胀和电阻随温度的变化。在其他应用之中，作用于电磁波谱红外区域的辐射温度表可用于从卫星上进行的温度测量。用以指示常见温度的温度表通常称为“普通”温度表，而用以指示在一定时段内的极湍温度的温度表

8、则称为“最高”或“最低”温度表。有关温度测量的仪器设计和实验室应用方面有许多文献，比如“Jones（1992）”。2.1.4.1温度表的安置和场地来自太阳、云、地面以及其他周围物体的辐射，通过空气而不会使气温产生明显变化。而自由暴露的温度表则可能吸收相当多的辐射，导致温度表的温度不同于真正的气温。其差值决定于辐射强度和吸收辐射与散