徐元魁

（民航華東空管局氣象中心 上海 200335）

摘 要：空氣濕度濕表征大氣物理狀態(tài)的一個(gè)要素，是民航氣象觀測基本觀測項(xiàng)目之一。在應(yīng)急人工觀測時(shí)，通過人工查閱《濕度查算表》的方式得到相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度值。人工查表的過程比較繁瑣，如遇復(fù)雜天氣，值班人員還要忙于通報(bào)天氣，很容易造成遲發(fā)報(bào)。本文將以中國氣象局編寫的《濕度查算表》為依據(jù)，介紹用Fortran語言作為工具進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電子化《濕度查算表》的思路與方法。經(jīng)檢驗(yàn)，程序計(jì)算濕度結(jié)果與人工查算結(jié)果相吻合。

關(guān)鍵詞：濕度查算表，F(xiàn)ortran，二分法

一、引言

空氣濕度濕表征大氣物理狀態(tài)的一個(gè)要素，是民航氣象觀測基本觀測項(xiàng)目之一。當(dāng)自動(dòng)觀測設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，氣象觀測員需要在室外進(jìn)行應(yīng)急人工觀測。其中濕度項(xiàng)目的觀測采用傳統(tǒng)的干濕表法，將百葉箱內(nèi)讀取到的干濕球溫度，通過人工查閱《濕度查算表》的方式得到相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度值。在查表過程中，由于需要對(duì)濕球溫度進(jìn)行訂正，因此需要來回翻閱多次，不僅費(fèi)時(shí)，而且很容易出錯(cuò)，如遇復(fù)雜天氣，值班人員還要忙于通報(bào)天氣，很容易造成遲發(fā)報(bào)。如能由計(jì)算機(jī)計(jì)算代替人工查算，將會(huì)大大提高觀測員的工作效率，幫助觀測員節(jié)約時(shí)間，從而有更多精力進(jìn)行報(bào)文的編制與檢查等工作。

本文將以中國氣象局編寫的《濕度查算表》為依據(jù)，介紹用Fortran語言作為工具進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電子化《濕度查算表》的思路與方法。

二、《濕度查算表》的查算方法簡介

《濕度查算表》主要由表1濕球結(jié)冰部分，表2濕球未結(jié)冰部分以及附表的濕球溫度訂正值組成。表1和表2中，每欄居中的數(shù)值為干球溫度，其余每行分別給出了訂正參數(shù)（n），濕球溫度（tw），水汽壓（e），相對(duì)濕度（U）和露點(diǎn)溫度（td）的一組數(shù)值。附表為不同型號(hào)干濕表的濕球溫度訂正值，不同干濕表經(jīng)過各自的濕球溫度訂正值訂正后，就可以從表1或表2查取濕度。比如，浦東機(jī)場氣象臺(tái)使用通風(fēng)速度為0.4m/s的球狀干濕表，應(yīng)使用附表3進(jìn)行濕球溫度值的訂正。

查表時(shí)，根據(jù)濕球結(jié)冰與否，決定使用表1或表2。用讀取到的干濕球溫度從表2（或表1）中查得訂正參數(shù)n值，再用n值和本站氣壓（個(gè)位數(shù)四舍五入）查附表3中相應(yīng)的濕球溫度訂正值dtw，將此訂正值加在tw上，然后用干球溫度和經(jīng)訂正后的濕球溫度再查表2（或表1），即可查出相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度。

由此可見，要嚴(yán)格按照查表方法進(jìn)行查算，要求觀測員做十分細(xì)致的工作，才能保證工作質(zhì)量。如能將這部分工作交給計(jì)算機(jī)去完成，將起到事半功倍的效果。

三、開發(fā)工具簡介

Fortran作為一種擅長科學(xué)計(jì)算的語言，其語法簡明易讀，非常接近數(shù)學(xué)公式的自然描述。在數(shù)值計(jì)算上，有強(qiáng)大的IMSL函數(shù)庫的支持，使用Fortran語言進(jìn)行科學(xué)計(jì)算能夠保證很好的精度。Fortran源代碼編譯成.exe文件后可以直接運(yùn)行。在對(duì)界面要求不高的情況下，通過讀寫語句即可與用戶進(jìn)行交互?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，筆者選擇使用Fortran進(jìn)行開發(fā)。

四、電子《濕度查算表》的主要功能

電子《濕度查算表》對(duì)人工查算過程做了簡化，用戶只需輸入讀取到的干濕球溫度和本站氣壓，即可由程序計(jì)算出相應(yīng)的相對(duì)濕度和露點(diǎn)溫度，而無需關(guān)注中間的計(jì)算細(xì)節(jié)。程序以《濕度查算表》提供的有關(guān)公式為依據(jù)，計(jì)算結(jié)果與人工查算結(jié)果是一致的。

五、濕度計(jì)算相關(guān)公式

1、水汽壓e（hPa）

（1）

式中， etw（hPa）為濕球溫度所對(duì)應(yīng)的純水平液（冰）面飽和水汽壓，A為干濕表系數(shù)（），P為本站氣壓（hPa），這里取1000hPa，t為干球溫度（℃），tw為濕球溫度（℃）。

2、飽和水汽壓

純水平液（冰）面飽和水汽壓根據(jù)Goff-Gratch公式計(jì)算得出。

（2）

（3）

式中， ew為純水平液面飽和水汽壓（hPa）， ei為純水平冰面飽和水汽壓（hPa）， T1=273.16K，T°K=273.15+t℃（絕對(duì)溫度）。濕球結(jié)冰且濕球溫度小于等于0℃時(shí)，才使用純水平冰面飽和水汽壓公式。

3、相對(duì)濕度U（%）

（4）

4、露點(diǎn)溫度

根據(jù)露點(diǎn)溫度的定義，與當(dāng)時(shí)空氣中水汽壓e相等的飽和水汽壓值所對(duì)應(yīng)的溫度值，即為該水汽壓e對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度。因此實(shí)際水汽壓e與露點(diǎn)溫度的關(guān)系可以用Goff-Gratch公式來描述。由于露點(diǎn)溫度無法用水汽壓e直接表示，《濕度差算表》中沒有給出露點(diǎn)溫度的直接計(jì)算公式。但根據(jù)實(shí)際水汽壓可以反查露點(diǎn)溫度，為解決該問題可用數(shù)值迭代的方法求出露點(diǎn)溫度的數(shù)值解。

露點(diǎn)溫度的初值由馬格拉斯公式給出：

（5）

式中，為0℃時(shí)的飽和水汽壓，為6.1078hPa，a為系數(shù)，取7.69，b也為系數(shù)，取243.92。本程序采用最簡單的二分法進(jìn)行數(shù)值迭代。假設(shè)露點(diǎn)溫度初值為x0，將[x0-0.1，x0+0.1]作為初始區(qū)間進(jìn)行迭代，代碼片段為：

aa=x0-0.1d0

bb=x0+0.1d0

do i=1，MAX

c=（aa+bb）/2d0

if （（func（c）-y）==0） exit

if（（func（aa）-y）*（func（c）-y）<0d0） then

bb=c

else

aa=c

end if

dfx=dabs（（func（aa）-y）-（func（bb）-y））

if （dfx

end do

x=c

fx=func（c）-y

iter=i

經(jīng)檢驗(yàn)，二分法已能得到滿足精度要求的露點(diǎn)溫度數(shù)值解。

5、濕球溫度訂正值Δ

（6）

（7）

式中， Ai 為不同型號(hào)干濕表的干濕表系數(shù)（℃-1 ）。注意，需要將輸入的濕球溫度進(jìn)行訂正后，才可按（1）式進(jìn)行水汽壓等物理量的計(jì)算。

三、總結(jié)與展望

將浦東機(jī)場氣象臺(tái)觀測站人工觀測簿一年的記錄進(jìn)行對(duì)比，程序計(jì)算結(jié)果與人工查算結(jié)果是一致的。使用濕度查算程序可以作為傳統(tǒng)工作方法的替代，幫助值班觀測員加快查算速度，提高準(zhǔn)確率。在遇到復(fù)雜天氣時(shí)，能夠讓觀測員有更多時(shí)間進(jìn)行編發(fā)報(bào)文和天氣通報(bào)等其他事務(wù)，進(jìn)一步降低了遲發(fā)報(bào)的可能性。

該程序可移植性好，不同地區(qū)的氣象臺(tái)站根據(jù)自己的實(shí)際情況設(shè)置干濕表系數(shù)后即可直接使用。核心算法也便于移植到其他平臺(tái)，如手機(jī)移動(dòng)端。

在民航日益發(fā)展的今天，航班量不斷上升，對(duì)觀測部門的要求也越來越高，許多機(jī)場氣象臺(tái)站的觀測頻率提高了。使用電子化的濕度查算表作為一種傳統(tǒng)工作方式的創(chuàng)新，有著很好的推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國氣象局編 《濕度查算表》（甲種本）

[2] 邊富昌 ，張金翰. 地面氣象測報(bào)程序中濕度的計(jì)算.《氣象》 1985年07期