陳 平

(北京工商大學，北京 100081)

0 引言

氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量。氣溫觀測數(shù)據(jù)可以表征一個地方的熱狀況特征，在科學研究、天氣預報、經(jīng)濟建設、社會生活、防災減災、國防等應用上都具有重要作用[1]。

自動氣象站的溫度觀測是集溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理為一體的綜合自動觀測系統(tǒng)。目前自動氣象站溫度計技術指標的檢測通常是在實驗室特定環(huán)境狀態(tài)下開展的，但由于真實觀測中存在各種不同的影響因素，會給溫度觀測引入附加的測量不確定度[2-4]。文章首先建立溫度觀測不確定度評估模型，分析影響溫度觀測的各種可能因素，然后針對自動氣象站溫度觀測數(shù)據(jù)進行定量分析。

1 溫度觀測數(shù)據(jù)不確定度評定

1.1 溫度觀測不確定度數(shù)學模型的建立

為了進行溫度傳感器觀測數(shù)據(jù)的不確定評定，考慮影響溫度觀測的因素，首先建立數(shù)學模型：

T=Tc+ΔTτ+ΔTo+ΔTy+ΔTs

(1)

式中，T為溫度觀測值(℃)；Tc為溫度采樣值(℃)；ΔTτ為標準器引入的不確定度值(℃)；ΔTo為校準時溫度波動性產(chǎn)生的不確定度值(℃)；ΔTy為采集器產(chǎn)生的不確定度值(℃)；ΔTs為年穩(wěn)定產(chǎn)生的不確定度值(℃)。

由于公式中所有變量都是通過獨立的方法觀測或者計算得到的，因此所有變量之間是相互獨立的。

1.2 不確定度評定

溫度傳感器測試系統(tǒng)包括型號A和型號B的自校式鉑電阻數(shù)字式測溫儀、WLR-60D溫度檢定槽、JJQ1型信號模擬采集器和計算機。標準器為RCY-1鉑電阻數(shù)字測溫儀，測量范圍：-60～+100 ℃，測量不確定度0.03 ℃。依據(jù)自動氣象站檢定方法，選取-30 ℃、-10 ℃、0 ℃、30 ℃、40 ℃、60 ℃作為檢定點，分別計算型號A和型號B溫度傳感器各檢定點測量誤差的算術平均值的標準偏差。

1)型號A測量不確定度評估

根據(jù)型號A溫度傳感器各檢定點測量誤差的算術平均值的標準偏差得出A類標準不確定度uA=0.015 ℃。

標準器的測量誤差對測量結(jié)果引起的不確定度uB1=0.017 ℃。溫度檢定槽的不均勻性引起的標準不確定度uB2=ΔC2/1.4=0.007 ℃。

采集器采用信號模擬器對氣象要素傳感器進行檢驗，在80～140 Ω(-60～80 ℃)，信號模擬器在采集時滿量程內(nèi)最大誤差為0.03 ℃，取包含因子k=1.732，則由采集器模擬器引起的標準不確定度uB3=ΔC3/k=0.017 ℃。

溫度傳感器的年穩(wěn)定性是指傳感器在1 a內(nèi)，其性能保持不變的能力。鉑電阻溫度傳感器的穩(wěn)定性技術指標為小于±0.01 ℃，其對應的標準不確定度為：

(2)

根據(jù)B類標準不確定度評定結(jié)果，B類合成標準不確定度為0.026 ℃。

型號A溫度傳感器合成標準不確定度為：

(3)

擴展不確定度：U=2uC=0.060 ℃

2)型號B溫度傳感器測量不確定度評估

型號B溫度傳感器各檢定點測量誤差的算術平均值的標準偏差作為A類標準不確定度uA。

型號B的B類標準不確定度的計算方法與型號A的計算方法類似，根據(jù)型號B的B類標準不確定度評定結(jié)果，B類合成標準不確定度為：

(4)

合成標準不確定度為：

(5)

擴展不確定度為：

U=2uC=0.068 ℃

(6)

溫度傳感器的不確定度研究表明：自動氣象站所配備的型號A溫度傳感器的不確定度為0.060 ℃；自動氣象站所配備的型號B溫度傳感器的不確定度為0.068 ℃。

2 結(jié)束語

溫度觀測數(shù)據(jù)廣泛應用于社會生活的各方面，目前自動氣象站溫度計的檢測通常是在實驗室標準環(huán)境條件下開展的，校準證書上通常會給出此次校準結(jié)果的不確定度。但是由于真實觀測中存在各種影響因素，會給溫度觀測引入附加的測量不確定度。文章從整體上分析影響自動氣象站觀測的各種可能因素，并建立不確定度數(shù)學模型，然后對自動氣象站溫度觀測數(shù)據(jù)進行了不確定度評估。通過對自動氣象站溫度觀測數(shù)據(jù)的不確定度評估，可以有效保證溫度觀測資料的可比性、準確性和一致性。