高空气象探测——GTS1型数字探空仪

单元标题：第七章 GTS1型数字探空仪

第三节探空仪的工作原理

教学时数：（2）学时，其中理论（2）学时，实验（0）学时，上机（0）学时，其他（0）学时：

教学目的与要求：

掌握探空仪的基本工作原理，了解温度传感器、湿度传感器、气压传感器、智能转换器、发射机的组成和感应原理。

主要教学内容：

探空仪的基本工作原理，了解温度传感器、湿度传感器、气压传感器、智能转换器、发射机的组成和工作原理

教学重点与难点：

探空仪的基本工作原理，温度传感器、湿度传感器、气压传感器、智能转换器、发射机的组成和工作原理。

课后作业：

1、GTS1型数字探空仪的工作原理如何？

2、温度传感器阻值范围如何？

3、湿度传感器的构成和使用原理？比阻值的定义？

4、智能转换器主要功能如何？

课后体会：

通过教学，使学生对GTS1型数字探空仪的基本工作原理有了一定的认识，基本掌握了温度传感器、湿度传感器、气压传感器、智能转换器、发射机的组成和工作原理

第三节 探空仪的工作原理

基本原理：探空仪升空中，热敏电阻、硅压敏电桥、湿敏电阻分别随大气的T 、P 、U 变化而改变阻值大小或输出电压大小，这些变化值通过智能转换器转变成不同的二进制数据。智能转换器同时将这些探测到的气象资料信息，调制到期1675MHz 发射机上，使其产生不同的工作状态，向地面GFE （1）型测风雷达发射T 、P 、U 无线电二进制代码和测距应答脉冲，以完成0—30Km 垂直高度的温、压、湿、风向和风速的综合探测。

一、传感器

1、温度传感器：采用GPW2型棒状热敏电阻，在测量温度范围内（55℃— -90℃），阻

值限定在9K Ω—700K Ω，阻体长10mm ，直径1mm 左右，表面有高反射率涂层，短波反射率＞93%，但长波吸收率＞90%。GPW2热敏电阻出厂时已焊在探空仪纸盒盒盖内的白色塑料支架上。

气压附温测量采用GPW3型棒状热敏电阻。阻体长6.5mm ，直径0.65mm ，其安装在气压传感器外壳内,用胶水封固。

为了实现热敏电阻测温功能，首先要进行热敏电阻的温度特性校准，以获得R —T 特性曲线。特性校准点数量根据R —T 特性的计算公式确定，在保证测量精度的基础上，尽量减少校准点避免浪费校准工时。

GPW2热敏电阻的长短波辐射带来到误差经过订正，可保证高空测温精度。

（1）辐射误差订正

探空仪热敏电阻的温度元件存在着长波辐射误差、太阳辐射误差及滞后误差，对这些误差需要进行订正。热敏电阻温度元件不同，其误差大小不同，其误差订正方法由厂家提供，现以直径为1mm 的白色杆状热敏电阻为例加以说明：

①长波辐射误差（PDTL ）

Nu T F PDTL )(10287.048-⨯⨯=- 其中：F ：温度元件接收到的长波辐射；T ：温度元件绝对温度（K ）；Nu ：为

努塞特数：

PW Nu 01433.014.1+= 其中：PW ：通风量：

)]()1([10200I P I P PW --⨯= 其中：P(I-1)、P(I)为相继两分钟相应的气压（hPa ），I 为施放后的分钟数。 ②太阳辐射误差

（1）日高角计算：

施放到第I 分钟时的日高角h （º）：

)1(tan 21x x

h -=-

式中参数x=sin(h) (注：当参数x=1 时，h 为90°)

)cos()cos()cos()sin()sin(ETT FD LTT FD LTT x ⋅⋅⋅+⋅=δδ

其中：FD ：为度转化为弧度的系数，其值为 2π/360；

LTT ：是测站纬度(º)；

δ：为太阳视赤纬 (rad)：

θθθθδ2sin 000908.2cos 006758.sin 070257.cos 399912.006918.+-+-=

其中：θ 为以弧度计的施放日期角：

FD DAY DAYN ⋅⋅+=365360)(θ

其中：DAYN ：全年累计到上月底的总天数；

DAY ：当月施放日期；

ETT ：时角（弧度）：

FD Eq LGT BT ETT ⨯+-+⨯-=]4)120(15)12[( 其中：BT 为施放到第I 分钟的北京时（小时）, LGT 是测站经度(度)，Eq

为时差（分），是真太阳时与平太阳时之差。

BT 计算法：

60/60/I MIN HOUR BT ++=

其中：HOUR ：施放瞬间(北京时)小时数，

MIN ：施放瞬间分钟数，

I ：施放后的分钟数。

q E 计算法：

θθθθ2sin 3619.92cos 3495.3sin 3515.7cos 4281.00172.0---+=EQ

其中：θ为以弧度计的日期角。

③辐射误差计算公式

太阳辐射误差(PDT)：

Nu A h REF PDT ⋅⋅+=))sin(85.0(

其中： h ：日高角（°） REF ：地气系统（特别是云顶）的反射率：

]2.0)111(6.0286.0[43.2++-+⨯=CH Nc REF

其中：CH ：云层厚度（km ）

c N ：云量，满天有云时Nc 为1。

A 为太阳辐射强度随气压和日高角变化的削减因子：

)0()()sin(038.011.011

P I P h A ⨯++=

其中：P(0)、P(I)分别为地面及施放I 分钟后的气压（hPa ），h 为日高角（°）。 Nu ：努塞特数。

如探空仪在云层以下，应再除一云层削减因子，即：