最高溫度表誤差分析

在地面氣象觀測工作中，時常會遇到地面最高溫度表記錄出現(xiàn)“異?！钡那闆r，即地面最高溫度表記錄與地面0cm溫度表記錄互相矛盾，包括地面最高溫度表記錄值明顯偏高或明顯偏低兩種情況。地面最高溫度明顯低于當日地面0cm某時次(多為14時)溫度的現(xiàn)象在實際中比較常見，對于這類異常記錄，觀測員在挑選當天地面極端最高溫度時比較容易發(fā)現(xiàn)且予以糾正。但與此相反，對于地面最高溫度明顯高于地面}m溫度的異常，由于出現(xiàn)幾率較少，不易判斷，容易被忽視。但是，不論最高溫度表異常偏高還是異常偏低，都將對記錄的“三性”產(chǎn)生影響。

最高溫度表產(chǎn)生原因

（1）儀器安置

地面3支溫度表安置合格以后，地面Ocm溫度表不用移動，能較長時間的保持原狀態(tài)，即1/2表身埋人土中，與土壤密貼，接觸面積基本上無變化。而最高溫度表每天20時都需要調(diào)整，而后重新安置，實際工作中，有時觀測員在調(diào)整后即將溫度表放回原處，沒有細心的將土壤回填到表身四周，造成地面最高溫度表與土壤接觸面積明顯減少，特別是地溫場土壤嚴重板結(jié)后，接觸面積相當小，地面最高溫度表感應(yīng)部分因直徑比表身小，有時感應(yīng)部分呈懸空狀態(tài)，所感應(yīng)的已不再是地表溫度，而是地面以上貼地層氣溫，其記錄的地面溫度極值會明顯降低。

另外一種情況也會引起地面最高溫度偏低，即地溫地段土壤板結(jié)后，在放置溫度表處形成一條淺溝，當有降水時，使該處少量積水，這樣溫度表處的土壤含水量增大，導(dǎo)致土壤熱容量增大，使升溫過程中溫度表周圍升溫較慢，地面最高溫度偏低。

（2）儀器性能

由于地面最高溫度表與Ocm溫度表的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、測溫液質(zhì)量等的差異，使地面最高溫度表與Ocm溫度表的靈敏度略有不同，這也可能導(dǎo)致地面溫度表記錄異常。如某一天地面溫度升溫極值恰好出現(xiàn)在14時，因地面最高溫度表“反應(yīng)”較慢，還未能“記錄”下極值，遇上降溫過程，從而造成當天地面最高溫度低于Ocm溫度。

（3）地溫場維護

由于在地溫場日常維護中，疏松了板結(jié)后的土壤，雖然翻了表土，但由于工作不夠細，使地溫表四周接觸的土塊大小相差懸殊或翻土深度不一致，導(dǎo)致地面最高溫度表與Ocm溫度表接觸部分的土壤熱容量和導(dǎo)熱率產(chǎn)生差異，二者升溫幅度不一樣而出現(xiàn)異常記錄。

最高溫度表特有誤差

在觀測最高溫度時，讀數(shù)時的溫度往往低于瞬時最高值。溫度表中的水銀柱瞬時最高值過后就出現(xiàn)了冷縮。此時最高溫度的實測值T_OM就比最高溫度的實際值T_M要小一些，T_M與T_OM的差值△T就是最高溫度表的特有誤差(簡稱特有誤差)，即：

最高溫度表應(yīng)對措施

根據(jù)上述分析，提高地面溫度觀測的準確性，除了選用良好的儀器，最重要的措施:正確地安置儀器，維護好地溫場地，隨時保證地溫場的平整疏松，特別是降水結(jié)束后，應(yīng)及時耙松，3支溫度表安置狀況要一致，耙過的土壤的深度和顆粒要均勻一致;每次調(diào)整最高、最低溫度表，放回原處后，還需細心向表身四周填土，確保幾支溫度表安置狀況一致。

安裝：最高溫度安裝在溫度表支架下橫梁的一對弧形鉤上，感應(yīng)部分向東稍向下傾斜。高出干濕球溫度表球部3cm。

最高溫度表觀測

最高溫度表每天20時觀測一次，讀數(shù)記入觀測簿相應(yīng)欄中，觀測后進行調(diào)整。編發(fā)天氣報告或加密天氣報告的氣象站，在規(guī)定的時次進行補充觀測，觀測后也必須進行調(diào)整。

觀測最高溫度表時，應(yīng)注意溫度表的水銀柱有無上滑脫離窄道的現(xiàn)象。若有上滑現(xiàn)象，應(yīng)稍稍抬起溫度表的頂端，使水銀柱回到正常的位置，然后再讀數(shù)。

在觀測中發(fā)現(xiàn)最高溫度表水銀柱在窄道處斷開時，應(yīng)稍稍抬起溫度表的頂端使其連接在一起。若不能恢復(fù)，則減去斷柱的數(shù)值作為讀數(shù)，并及時進行修復(fù)或更換。有關(guān)情況要在觀測簿的備注欄注明。

氣溫在-36.0℃以下時，停止最高溫度表的觀測，記錄從缺，并在觀測簿的備注欄注明。

最高溫度表調(diào)整

用手握住表身，感應(yīng)部分向下，臂向外伸出約30°，用大臂將表前后甩動，甩動方向與刻度磁板面平行，毛細管內(nèi)水銀就可以下落到感應(yīng)部分，使示度接近于當時的干球溫度。

調(diào)整時，動作應(yīng)迅速，盡量避免陽光照射，也不能用手接觸感應(yīng)部分。不要甩動到使感應(yīng)部分向上的程度，以免水銀柱滑上又甩下，撞壞窄道。調(diào)整后，把表放回到原來的位置上時，先放感應(yīng)部分，后放表身。

最高溫度表維護

⑴ 同干球溫度表。

⑵ 在溫度下降時，最高溫度表的水銀柱有時也會回縮到感應(yīng)部分，遇到這種情況，應(yīng)立即換用備份表，報廢該故障表。

最高溫度表原理

升溫時，球部水銀膨脹，水銀熱膨脹系數(shù)大于玻璃熱膨脹系數(shù)，水銀被擠進毛細管內(nèi)；但在降溫時，毛細管內(nèi)的水銀不能通過狹縫退回到球部，水銀柱在此中斷。因此，水銀柱頂可指示出一段時間內(nèi)的最高溫度。

當觀測完時，需要由人工將毛細管中的水銀復(fù)位。

地面最高溫度采集器采用鉑電阻感應(yīng)探頭和水銀溫度球一半埋入0cm地面，兩種溫度感應(yīng)器分別主要吸收空氣熱量、地面熱量和吸收太陽輻射熱量。感應(yīng)器吸收空氣熱量和地面熱量，是通過分了熱運動方式進行能量傳遞，太陽輻射熱量為直接吸收。又由于地面吸收太陽輻射能力遠大于空氣吸收太陽輻射能力(除地面有積雪外)，所以地面溫度通常高于空氣溫度，因此感應(yīng)器的主要感應(yīng)熱量來源為吸收地面熱傳遞和太陽輻射。

最高溫度表結(jié)構(gòu)特點

最高溫度表的結(jié)構(gòu)特點：毛細管較細，液體為水銀。在玻璃球部焊有一根玻璃針，其頂端伸至毛細管的末端，使球部與毛細管之間的通道形成一個極小的狹縫。

最高溫度表是指測定一定時段內(nèi)最高溫度的溫度表。其構(gòu)造特點是毛細管較細，液體為水銀。在玻璃球部焊有一根玻璃針，其頂端伸至毛細管的末端，使球部與毛細管之間的通道形成一個極小的狹縫。升溫時，水銀體積膨脹，通過狹窄處上升；降溫時，球部水銀體積收縮，狹窄處水銀柱斷裂，細管內(nèi)的水銀柱留在原處，頂端示度即為該時段的最高溫度。觀測后輕輕甩動溫度表，使細管中的水銀下落與球部水銀相接，然后平放原位，待下次觀測。

地面最高溫度和最高氣溫均采用鉑電阻傳感器和水銀溫度表進行數(shù)據(jù)采集，唯一不同的是地面最高溫度采集器安裝在地溫場中，最高氣溫采集器安裝在百葉箱中。顯而易見，安裝位置的不同造成了兩者誤差不同的產(chǎn)生。前者安裝在地溫場中，無任何遮擋，受陽光直射;后者安裝在白葉箱中，有遮擋，不受陽光直射。且前者感應(yīng)地面溫度，后者感應(yīng)空氣溫度。在長期的實際觀測中，均未發(fā)現(xiàn)白動站觀測和人工觀測最高氣溫出現(xiàn)普遍較大誤差較大現(xiàn)象。兩種觀測方式不同可以直接證明是否受陽光直射和感應(yīng)介質(zhì)是否相同是造成這兩種氣象數(shù)據(jù)觀測誤差不同的最主要因素。

地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長0. 15-4. 0微米之問。大約50%的太陽輻射能量在可見光譜區(qū)(波長0. 4-0. 76微米)，7%在紫外光譜區(qū)(波長<0. 4微米)，43%在紅外光譜區(qū)(波長>0. 76微米)，最大能量在波長0. 475微米處。白一葉箱阻擋了絕大多數(shù)的太陽直接輻射，所以最高氣溫度感應(yīng)器吸收太陽輻射很少，主要通過吸收周圍空氣熱量進行空氣溫度感應(yīng)。

不論溫度感應(yīng)器是安裝在地溫場還是白葉箱中，感應(yīng)器的熱傳導(dǎo)率均恒定不變，所以安裝環(huán)境的不同，并不是影響感應(yīng)器吸收熱運動能量的主要因素。

綜上所述，最高地面溫度感應(yīng)器和最高氣溫感應(yīng)器感應(yīng)溫度的方式主要區(qū)別為是否受太陽輻射。所以是否有日照成為決定地面最高溫度和最高氣溫觀測誤差不同的主要因素。在實際工作中，我們也可以很容易的發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)白動站與人工觀測地面最高溫度誤差較大均出現(xiàn)在有日照天氣。

氣溫玻璃溫度計

感應(yīng)部分是一個充滿液體的玻璃球或柱，與感應(yīng)部分相連的示度部分是一端封閉、粗細均勻的玻璃毛細管，測溫液體通常用水銀、酒精或甲苯等。由于玻璃球內(nèi)液體的熱脹系數(shù)遠大于玻璃，毛細管中的液柱會隨溫度變化而升降。常用的玻璃溫度計有最高溫度表，最低溫度表和干濕球溫度表。

①最高溫度表

最高溫度表是專門用來測定一定時間間隔的最高溫度的，它的構(gòu)造是在球部底處置一根玻璃針，直伸到毛細管口，使毛細管口變狹。溫度上升時，水銀膨脹，壓力增大，迫使水銀擠過狹管上升。溫度下降時，因無足夠壓力使水銀擠過狹管回到球部，水銀柱就在狹管處斷裂，于是狹管以上這段水銀柱的頂端，就保持在過去一段時間內(nèi)溫度表曾感受到的最高溫度示度上，因而可測得最高溫度。

②最低溫度表

最低溫度表是專門用來測定一定時間間隔的最低溫度的，它用酒精作測溫液，在毛細管內(nèi)放一枚游標，溫度上升時，酒精膨脹可越過游標上升，而游標本身由于頂端對管壁有足夠的摩擦力，能維持在原處不動。溫度下降時，酒精柱收縮到與游標頂端相接觸時，由于酒精液面的表面張力比游標對管壁的摩擦力要大，使游標不致突破酒精柱頂而借液面的表面張力帶動游標下滑。也就是說，游標只能降低，不能升高。所以，游標離球部較遠一端的示度，就是一定時間間隔內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)過的最低溫度。

③干濕球溫度表

干濕球溫度表也就是普通的溫度表，它的測溫液體為水銀，用普通的溫度表可以測定任一時刻的氣溫變化。阿斯曼通風(fēng)干濕球溫度表是德國人R阿斯曼1887年所創(chuàng)，兩支棒狀溫度表放置在防輻射性能極好的通風(fēng)管道內(nèi)，機械或電動通風(fēng)速度為2.5米/秒。儀器測量精度高，使用方便，常用作野外測量氣溫和濕度。

氣溫金屬溫度計

是能夠自動記錄氣溫連續(xù)變化的儀器。感應(yīng)元件是雙金屬片，由膨脹系數(shù)相差較大的兩片金屬焊接成，將其一端固定，另一端隨溫度變化而發(fā)生位移，位移量與氣溫接近線性關(guān)系。自記系統(tǒng)由自記鐘，自記筆組成，自記筆與放大杠桿相連并受感應(yīng)元件操縱。

氣溫金屬電阻溫度表

利用金屬絲的電阻正比于溫度變化的原理制成。常用的金屬絲有鉑絲、銅絲、鐵絲等三種，阻值在幾十到一百歐之間，其中鉑絲穩(wěn)定性最好，可用來作標準溫度表。電阻溫度表適用于遙測。

氣溫?zé)崦綦娮铚囟缺?/h3>

感應(yīng)元件由幾種金屬氧化物混合燒結(jié)成的導(dǎo)體電阻，電阻值通常幾十千歐，其電阻溫度系數(shù)大，靈敏度高于金屬電阻溫度表，但穩(wěn)定性稍差，廣泛應(yīng)用于高空遙測。

氣溫溫差電偶溫度表

利用溫差電現(xiàn)象制成，將A和B兩個物理和化學(xué)性質(zhì)不同金屬導(dǎo)體，連接成一個閉合回路，稱為熱電偶。測量時，將熱電偶一個接點置于恒溫條件（如冰水溶液中）稱參考端，另一個接點放在欲測物體上稱工作端，兩個接點的溫度不同，就會產(chǎn)生溫差電動勢，電動勢正比于兩接點的溫度差。氣象常用的銅-康銅熱電偶溫差電動勢只有幾十微伏，所以，為了提高測溫靈敏度，常將幾十對熱電偶串接起來組成熱電堆。熱電偶溫度表可用于遙測，在日射儀器和小氣候觀測中被廣泛應(yīng)用。