第4章湿度的测量(郑).docVIP

第4章 湿度的测量 4.1 概述 大气湿度的测量，以及通常的大气湿度的连续记录，是大多数气象活动领域的重要需求。本章论述地球表面或近地面的湿度测量。湿度测量采用许多不同方法，并有大量的文献，比较老的而且仍在广泛应用的技术可参阅Wexler（1965）。 4.1.1 定义 本章中所用术语的定义均遵照WMO技术规则（WMO 1988，附录B），其全文转录于本章附录4.A中。 在湿度测量中最常用量的定义如下： 混合比（Mixing ratio）r：水汽质量与干空气质量之比。 比湿（Specific humidity）q：水汽质量与湿空气质量之比。 露点温度（Dew-point temperature），Td：湿空气在给定气压下相对于水面处于饱和时所具有的饱和混合比与给定混合比相等时的温度。 相对湿度（Relative humidity）U：在相同的温度与气压下所观测到的水汽压与相对于水面的饱和水汽压之比的百分数。 水汽压（Vapour pressure）e′：空气中所含水汽的分压。 饱和水汽压（Saturation vapour pressure）与：空气中的水汽压相对于水面（或冰面）处于平衡状态时的分压。 本章附录4.B中列出了各种湿度量的计算式。这些计算式和系数值均已于1989年被WMO所采纳。它们便于计算并对所有常规气象应用都具有足够的准确度。 对于上述的和其它的湿度量的更精确而详细的计算式可参阅Sonntag（1990）。以前使用的计算式，诸如斯密松研究所的计算式（1951）和WMO计算式（WMO，1998附录A），仍在广泛地应用并对大多数应用来说仍是合适的。 4.1.2 单位和标度 下列的单位与符号都是常规用来表示与大气中水汽有关的最通用的量： （a）混合比r，比湿q（单位为kgkg-1）； （b）空气中的水汽压，以及大气压（单位为hPa）； （c）温度，湿球温度，露点温度，以及霜点温度（单位为K）； （d）温度t，湿球温度，露点温度，以及霜点温度（单位为℃）； （e）相对湿度U（单位为%）。 4.1.3 气象要求 通常，气象分析和预报、气候研究、以及在水文学、农业、航空服务和环境研究等许多的特定应用中，都需要地球表面的湿度测量。而其中与大气中水的状态有关的测量更为重要。 关于湿度测量的范围、分辨率与准确度等通用的要求均列于本书第一编第1章中以及本章表4.1中。表中所列的可达到的准确度是对质量优良且使用与维护的条件都较好的仪器而言的。实际上，这样的准确度是不容易达到的。尤其是像百叶箱内无人工通风条件的干湿表，虽然仍在广泛应用，但其性能显然是较低的。 表4.1 地面湿度测量的性能要求 要 求 湿球温度 相对湿度 露点温度 测量范围 －10—35℃ 5—100% 在－60—35℃范围内不小于50K 目标准确度（1） 高湿时±0.1K 低湿时±0.2K 高湿时±0.1K 低湿时±2% 高湿时±0.1K 低湿时±0.5K 可达到的观测准确度（2） ±0.2K ±3—5%（3） （3） 报告电码的分辨率 ±0.1K ±1% ±0.1K 传感器的时间常数（4） 20s 40s 20s 输出的平均时间（5） 60s 60s 60s 注：（1）此处的准确度定义为相当于二倍标准偏差的不确定度值。 （2）即使对于有良好设计和使用条件的用于中等测量范围的仪器而言，实际上也难以达到。 （3）当直接测量时。 （4）对于气候应用而言，时间常数的要求为60s（相对于阶跃变化的63%）。 （5）对于气候应用而言，平均时间要求为3min。 对于大多数的用途而言，湿度测量的时间常数为1分钟是较为合适的。适合于常用仪器的响应时间将在4.1.4.9节中讨论。 4.1.1 测量方法 4.1.4.1 湿度表 任何测量湿度的仪器都可称为湿度表，最广泛应用于湿度测量技术的各种物理原理列于本章4.1.4.4—4.1.4.8节中，有关不同方法的信息可参阅Wexler（1965）的文献。而有关各种湿度表的WMO国际比对报告则可参阅WMO（1989b）。 4.1.4.2 安装：综述 安装测湿传感器的一般要求与安装测温传感器的要求相似，就是必须有一个固定的百叶箱。其特定的要求如下： （a）必须能避开太阳直射、大气污染物、雨和风的影响； （b）必须防止在传感器所处的结构中或取样装置中产生局部的微气候，应该注意到木质和合成材料都会随大气湿度的变化而吸收或放出水汽。 个别特定仪器的安装要求将在4.2节和4.7节中说明。 4.1.4.3 误差来源：综述 测量湿度的误差可由以下原因引起： （a）空气样本的变异，例如受热或水汽源或汇的影响； （b）测量传感器受污染，例如尘埃或海水飞沫； （c）校准误差：包括大气压的修正、传感器和电路板的温度系数； （d）水相与冰相的不正确