GTS1探空湿度测量误差修正方法的关键问题研究

As we know, sounding humidity measurement accuracy is not high and the error comes from many aspects. The humidity measurement appears dry bias due to the solar radiation heating, which is one of the main factors. The correction of sounding humidity measurement error by solar radiation has been researched for years abroad while the research in this field is relatively scarce in china. Most sounding humidity measurement error correction without considering the solar radiation lead to the current situations that the sounding humidity measurement accuracy is not high and numerical weather forecast is not accurate enough in China. In order to improve the sounding humidity measurement accuracy we proposed a method to simulate the error due to solar radiation error by fluid dynamics simulation software FLUENT, which is modeled based on GTS1 radiosonde sounding (accounted for 75% for all radiosonde sounding in China). The simulation results will be compared with related experiment data to verify the method. The results of this research can be used for error correction to the measurement results of GTS1, and applied extend to other types of radiosonde, further improving the accuracy of sounding humidity measurement in our country and the accuracy of numerical weather prediction.

众所周知，探空湿度测量精度不高，误差来源于很多方面。由于太阳辐射加热导致湿度测量传感测量偏干，是其中的一个主要因素。国外针对探空湿度测量的太阳辐射误差修正进行了很多研究，而国内这方面的研究还相对匮乏,大部分探空湿度测量结果尚未进行太阳辐射误差修正，致使我国探空湿度测量精度不高，也是导致我国数值天气预报也不够准确的原因之一。为了进一步提高湿度测量精度，本项目以GTS1探空仪(国内探空业务量占75%)为例,对太阳辐射引起的误差进行研究。首次提出利用流体动力学仿真软件FLUENT模拟太阳辐射对GTS1探空仪湿度测量的误差影响，最后将GTS1修正结果与同球施放的CFH数据进行比对研究，验证修正方法的有效性。项目研究成果可以用来对GTS1测量结果进行误差修正，并推广到其它型号的探空仪，从而进一步提高我国探空湿度测量的精度以及数值天气预报的准确性。

气象要素湿度的精确测量对天气预报、气候诊断预测以及气象灾害预警与减灾有着重要的意义。探空仪湿度（水汽）测量的精度除了受传感器自身材料特性的影响，还主要受限于太阳辐射加热偏干和高空雨云结露等外部复杂因素的影响，而目前这方面的研究相对匮乏。本项目以GTS1探空仪(国内探空业务量占75%)为例,对太阳辐射引起的误差进行研究。主要工作和成果总结如下：①基于流体动力学方法，完成了GTS1探空仪太阳辐射误差修正相关问题研究。包括探空仪GTS1湿度测量系统太阳辐射误差的成因及影响因素研究，并建立GTS1探空仪高空复杂二维摆动理论模型，进行GTS1考虑摆动下的太阳辐射误差模拟仿真。②利用Fluent的多相流设置，对探空仪GTS1的防护罩在垂直气流下防雨效果的进行了探索性研究。③建立探空仪RSG-20A的湿度测量系统模型，对其防护罩的防辐射效果进行模拟仿真，并设计实验对仿真数据进行验证。④对RSG-20A的防护罩进行优化设计，采用防水透气膜设计防护罩，从而降低太阳辐射对湿度测量的影响。⑤建立基于PSO-BP神经网络的GTS1探空湿度测量太阳辐射误差的预测模型，设计了GTS1太阳辐射误差修正软件。同时，协助同事完成巨压阻效应相关研究，有望提高传感器的灵敏度。通过上述研究，课题取得了有一定价值的基础理论和实用技术，为探空仪湿度测量误差修正方面提供了一种新的途径和有益参考。在项目研究过程中，发表论文15篇，SCI收录5篇，授权实用新型专利3项，软件著作权登记1项。