[發明專利]一種探空濕度測量太陽輻射誤差修正方法及裝置

在審

• 申請號: 201710657137.8
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107315071A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 冒曉莉;單鵬;馬濤;張加宏;楊杰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G01D3/036
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明屬于探空濕度測量技術領域，具體涉及一種探空濕度測量太陽輻射誤差修正方法及裝置。

背景技術

近年來，全球范圍內的自然災害頻發。氣象災害在給我國造成巨大經濟損失的同時，給人民生活和健康也帶來了嚴重的威脅。鑒于這些惡劣的天氣和氣候的發生與高空濕度密切關聯，因而高空濕度的精確測量對于提高數值天氣預報、氣候診斷預測、大氣環境監測以及氣象災害預警與減災的能力均具有重要意義。

目前高空濕度探測主要利用無線探空儀實現，其濕度測量誤差源自諸多因素，傳感器本身的電氣性能易受高空溫度環境影響，且影響過程復雜，而標定過程、操作流程、測量時間常數和相關算法修正等都會對其產生測量誤差。值得注意的是，一個較為嚴重的偏干誤差——太陽輻射偏干誤差卻常被忽略，這一誤差普遍存在于世界多種型號探空儀的濕度測量中，包括芬蘭vaisala公司的RS80、RS92，中國的GTS1探空儀等。

占我國探空站使用75％的GTS1探空儀，雖然濕度傳感器上帶有防護罩，其能夠起到防雨和一定防輻射功能，但是經過研究發現，濕度測量仍存在較大太陽輻射誤差，有必要對其進行太陽輻射誤差修正，且對GTS1探空濕度歷史數據進行太陽輻射誤差修正，可保持濕度測量數據的一致性，有助于對氣候等現象的研究。目前市面上關于探空濕度測量太陽輻射誤差的研究中，大多是進行實驗比較，很少給出具體解決方案。申請號為201611076267.4的專利，給出了一種可消除太陽輻射誤差的方法，從濕度測量系統結構的設計出發，雖然可以解決太陽輻射誤差的問題，但是不能對市面上已經存在的探空儀上的濕度傳感器的太陽輻射誤差進行修正，更不能對濕度歷史數據進行修正。本發明可對市面上任何一款探空儀的濕度測量實時數據和歷史數據的太陽輻射誤差進行修正，對探空濕度測量輻射誤差修正的研究具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種探空濕度測量太陽輻射誤差修正方法及裝置，修正了太陽輻射對探空濕度測量帶來的偏干誤差，提高了濕度測量的精確性。

本發明采用的技術方案是：一種探空濕度測量太陽輻射誤差修正裝置，該裝置包括上位機、微處理器模塊、電源模塊、液晶顯示模塊和串口通信模塊；

所述微處理器模塊與電源模塊、液晶顯示模塊連接，所述上位機通過所述串口通信模塊與所述微處理器模塊相連；所述微處理器模塊還連接有GTS1通信接口，所述電源模塊為上述各個模塊供電。

作為優選，所述的微處理器模塊選用STM32F407型號的單片機。

作為優選，所述的液晶顯示模塊選用LCD12864型號。

作為優選，所述的串口通信模塊選用RS232芯片。

作為優選，所述的電源模塊選用7133穩壓芯片。

一種采用上述裝置的探空濕度測量太陽輻射誤差修正方法，該方法為：1.通過流體動力學軟件模擬仿真濕度傳感器在探空測量時由于太陽輻射引起的溫度誤差(傳感器上的溫度與環境實際溫度的差)，并通過設置不同太陽高度角、不同太陽輻射量、不同大氣壓強而獲得溫度誤差的數據樣本；2.通過小波神經網絡算法建立數學預測模型，對溫度誤差數據樣本進行擬合，獲得小波神經網絡的權值和伸縮平移尺度因子；3.通過得到的權值與伸縮平移尺度因子形成表達式，結合探空儀所在空間的大氣壓強、太陽高度角、太陽輻射量進行對濕度傳感器上溫度誤差的預測；4.通過探空儀上溫度測量值(環境溫度)、溫度誤差預測值以及飽和水汽壓公式推導出當前濕度測量的相對誤差，對當前濕度測量值進行太陽輻射誤差修正。

具體包括以下步驟：

步驟1.太陽高度角選取7.5°-90°，太陽輻射量選取500W/m²-1400W/m²，將探空高度通過氣壓值分為1000hPa-100hPa與100hPa-10hPa兩段，其中1000hPa-100hPa以100hPa為遞減間隔，100hPa-10hPa主要以10hPa為遞減量，為了能夠更好地反應數據變化趨勢，在20hPa-10hPa之間增加了樣本點；

步驟2.根據遺傳算法的原理優化小波神經網絡預測模型的權值W_jk和W_ij、伸縮平移尺度因子a、b，具體如下：

a.設定染色體個體數目為40個，最大遺傳代數為50；

b.通過遺傳算法對權值、伸縮平移尺度因子進行初始化；

c.保存優化后的權值與伸縮平移尺度因子；