湿度测量体制历史和现状分析及建议

　　0　引言

　　空气湿度是气象观测的重要参数。其测量数据是否准确,对于天气预报中雾的生成和是否有降水是至关重要的。由于水是极性分子,对电磁波在大气中的折射率影响极大,因此影响无线电导航和定位。在用空气温度、气压和湿度计算大气折射率时,需在湿度参数(水汽压)前乘以常数4 810,因此,湿度测量数据的误差,严重影响大气折射率的计算结果,以至影响卫星导航、雷达定位和航天测绘的准确性或成败。

　　目前的湿度测量仪器和技术并不能令人满意,必须对现行湿度测量体制和仪器进行研究,以确定适用于自动观测体制下的湿度测量仪器和方法。

　　1　湿度测量的历史和现状

　　自从有气象观测以来,湿度的观测通常采用干湿表法,即用两支同样的玻璃液体温度表,1支直接测量温度,另一支在其球部包脱脂纱布并蘸水,测量受水蒸发影响的湿球温度,用干球温度、湿球温度和测量时的气压值计算湿度值。在地面气象观测台站,通常采用百叶箱干湿表。由于这种测量方法在0℃以下时湿球上的水会结冰,而大大降低湿球温度对于所测相对湿度的分辨能力,以至误差很大不能使用。因此,通常在冬季-10℃以下时采用毛发湿度表测量湿度。即湿度的测量采用干湿表与毛发湿度表的联合测量体制。

　　这种测量方法的主要问题是,湿球的水分蒸发受其周围气流大小的影响。由于干湿表置于百叶箱内,箱体严重削弱了外界自然风的作用,而在自然风速很小以至静风时,湿球周围的气流速度很小甚至无气流。当测量时的风速小于0.5 m/s或静风时其相对湿度误差可达20%~30%RH。

　　由于我国的平均风速为0.4 m/s,正好处于干湿表测湿系数的不稳定段。因此,百叶箱干湿表的测量结果受风速影响的测量误差是很大的。另外,由于操作不当,造成湿球水的污染或缺水,还可能造成更大的误差。

　　由于缺乏低温条件下的测湿标准仪器,多年来一直没有毛发湿度表低温测量误差的数据。至上世纪90年代,装备了精密露点仪,对毛发湿度表的低温特性进行了试验,试验结果表明,其低温性能是很差的。

　　上世纪90年代,我部曾用冷镜式露点仪与3支毛发湿度表进行了自然条件下的比对试验。在试验前按照《地面气象观测规范》的要求对毛发湿度表做了修正值表,不同温度条件下,毛发湿度表测量误差的统计结果见表1。

　　由表1数据可知,毛发湿度表的测量误差随温度的降低而增加,其湿度示值的变化类似温度的变化,测量结果令人怀疑。

　　鉴于百叶箱干湿表测量误差随湿球周围气流速度而改变的情况,国家气象局曾启动了百叶箱通风干湿表工程,仍然采用干湿表原理,将原理的感应部分为球状的玻璃液体温度表改为柱状温度表,并研制了机械通风装置,干球和湿球周围的通风速度为3. 5 m/s,同时制作了基础风速为3.5 m/s的《湿度查算表》。在使用中,由于机械故障等原因,没有能够得到推广使用。