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国产ECC型O3探空仪性能测试及室外比对观测

郑向东 宣越键 林伟立 汤洁 田宏民 张金强 邢毅

郑向东, 宣越键, 林伟立, 等. 国产ECC型O3探空仪性能测试及室外比对观测. 应用气象学报, 2018, 29(4): 460-473. DOI: 10.11898/1001-7313.20180407..
引用本文: 郑向东, 宣越键, 林伟立, 等. 国产ECC型O3探空仪性能测试及室外比对观测. 应用气象学报, 2018, 29(4): 460-473. DOI: 10.11898/1001-7313.20180407.
Zheng Xiangdong, Xuan Yuejian, Lin Weili, et al. Performance tests and outdoor comparison observations of domestic remade ECC ozonesondes. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(4): 460-473. DOI:  10.11898/1001-7313.20180407.
Citation: Zheng Xiangdong, Xuan Yuejian, Lin Weili, et al. Performance tests and outdoor comparison observations of domestic remade ECC ozonesondes. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(4): 460-473. DOI:  10.11898/1001-7313.20180407.

国产ECC型O3探空仪性能测试及室外比对观测

DOI: 10.11898/1001-7313.20180407
资助项目: 

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201106041

详细信息
    通信作者:

    郑向东, 邮箱: xdzheng@cma.gov.cn

Performance Tests and Outdoor Comparison Observations of Domestic Remade ECC Ozonesondes

  • 摘要: 该文介绍了中国科学院大气物理研究所(简称IAP)研制的电化学浓度电池(ECC)型臭氧(O3)探空仪基本性能测试和2013年上半年室外比对观测结果。结果表明:ECC的背景电流(Ibg)在0.1 μA以下或更低;测量O3的响应时间为21~26 s;NO2(SO2)使O3测值偏高(低);抽气泵低压泵效系数(Cef)在100 hPa高度以下为1.0左右,在该高度以上上升,10 hPa达到1.17±0.10,5 hPa达到1.28±0.16,性能略低于同类进口产品(1.055以下)。国产和进口仪器在气象探空或抽气泵等部件上具有良好兼容性;两者所测O3垂直分布廓线总体一致。IAP O3探空仪O3总量与Brewer光谱仪测值比值为0.9~1.1;Cef和Ibg订正有效降低了IAP O3探空仪在平流层低层与进口仪器测值的差别,这一订正对O3柱浓度在平流层和对流层的贡献分别为约15 DU和4~6 DU;在对流层,IAP O3探空仪测值与进口仪器间的绝对差别稳定且低于0.5 mPa;而平流层受泵效影响较明显。因此,建议IAP O3探空仪提高其Cef的稳定性,参与国际比对测试,国产气象探空平台数据接收处理增加必要的滤波技术以降低平流层探测数据(包括O3)的振荡。
  • 图  1  IAP和ENSCI-2Z O3探空仪Ibg随气压变化

    Fig. 1  Variations of IAP and ENSCI-2Z ECC ozonesonde Ibg with the atmospheric pressure

    图  2  NO2(a)和SO2(b)对IAP O3探空仪测值影响的测试

    Fig. 2  Influences of NO2(a) and SO2(b) on measurements of IAP ozonesonde

    图  3  IAP O3探空仪的Cef测量结果(a)个例,(b)多次测值结果统计,(c)与进口仪器测值的比较

    (Harder1987及Deshler的数据均来自文献[6])

    Fig. 3  Cef of IAP ozonesondes(a)individual case, (b)statistical results of multiple measurements, (c)comparison with those of imported ozonesondes

    (data of Harder1987 and Deshler are from reference [6])

    图  4  IAP O3探空仪与TE49i测量浓度比较

    Fig. 4  Comparisons of ozone concentration measured by IAP ozonesonde and TE49i

    图  5  相同型号进口抽气泵下IAP与仪器O3测值比较(左图为O3分压廓线,右图为绝对差别廓线) (a)2013年3月26日,(b)2013年4月2日,(c)2013年4月23日

    Fig. 5  Measurements of IAP and imported ozonesonde operated by same type of imported pumps (the left is ozone partial pressure profile, the right is absolute difference profile) (a)on 26 Mar 2013, (b)on 2 Apr 2013, (c)on 23 Apr 2013

    图  6  RS92气象探空平台下IAP和进口探空仪O3廓线比较(左图为O3分压廓线,右图为绝对差别廓线) (a)2013年3月13日,(b)2013年3月14日,(c)2013年3月15日

    Fig. 6  Measurements of IAP and imported ozonesonde operated by same type of RS92 radiosonde platform (the left is ozone partial pressure profile, the right is absolute difference profile) (a)on 13 Mar 2013, (b)on 14 Mar 2013, (c)on 15 Mar 2013

    图  7  完全国产与完全进口探空仪O3测值比较(左图为O3分压廓线,右图为绝对差别值廓线) (a)2013年1月15日,(b)2013年1月22日

    Fig. 7  Measurements of domestic and imported ozonesonde operated by completely different pumps and radiosonde platform(the left are the ozone partial pressure profiles, the right is absolute difference profiles) (a)on 15 Jan 2013, (b)on 22 Jan 2013

    表  1  IAP与ENSCI-2Z ECC O3探空仪响应时间τ测试结果(单位:s)

    Table  1  Response time(τ) of IAP and ENSCI-2Z ECC ozonesondes(unit:s)

    O3浓度/10-9 浓度增大方向 浓度减小方向
    IAP#1 IAP#2 ENSCI-2Z IAP#1 IAP#2 ENSCI-2Z
    200 25.7 27.7 34.1 21.2 21.1 20.0
    150 23.3 24.0 26.2 20.9 21.3 20.0
    100 23.1 24.5 26.1 20.3 21.4 19.6
    50 23.2 23.8 29.9 21.2 20.3 20.9
    15 25.3 27.3 43.7 21.0 21.4 20.7
    平均 24.1 25.5 32.0 20.9 21.1 20.3
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    表  2  2013年IAP和进口ECC O3探空仪在北京观测比对总体情况

    Table  2  Comparison observations of IAP and ENSCI-2Z/SPC-6A ozonesondes in Beijing in 2013

    日期 O3探空仪类型 气象探空平台 探空积分总量/DU Brewer/DU 备注
    原始数据 Cef订正 CefIbg订正
    2013-01-15 IAP 国产 321 327±10 331 317
    ENSCI-2Z RS92 317
    2013-01-22 IAP 国产 376 391±15 395 388 相同保温盒
    ENSCI-2Z RS92 371
    2013-03-11 IAP RS92 302 312±10 332
    ENSCI-2Z 332
    2013-03-13 IAP RS92 326 340±13 336
    SPC-6A 337
    2013-03-14 IAP RS92 318 333±13 343
    SPC-6A 330
    2013-03-15 IAP RS92 272 284±11 311
    SPC-6A 311
    2013-03-18 IAP RS92 382 397±15 429 0.5%KI溶液
    ENSCI 431
    2013-03-26 IAP 国产 346 351±1.8 352 350 ENSCI-2Z泵
    ENSCI-2Z 国产 338 353±1.8 356
    2013-04-02 IAP 国产 267 270±1.3 271 315 ENSCI-2Z泵
    ENSCI-2z 国产 273 276±1.3 278
    2014-04-23 IAP#1 国产 392 399±2.7 402 402 ENSCI-2Z泵
    IAP#2 国产 10 km无信号
    SPC-6A RS92 398
    注:①图 3b所示Cef值订正O3廓线,②由于Vaisala92原始数据未提供化学反应池电流值,该积分总量已含Ibg订正,③图 3b所示Cef值和SPC-6A探空Ibg处理方式订正O3廓线,④图 3c中ENSCI-2Z的Cef值订正O3廓线。
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    表  3  各种情形下国产与进口探空仪O3测值绝对差别的统计(单位:mPa)

    Table  3  The ozone partial pressure absolute difference measured by IAP and imported ozonesondes under various situations(unit:mPa)

    高度范围 比对类型 原始廓线 Cef订正 Ibg订正 CefIbg共同订正
    地面~2 km Ⅰ(n=2) -0.08±0.25 -0.08±0.25 -0.07±0.25 -0.07±0.25
    Ⅱ(n=1) -0.57±0.33 -0.57±0.33 -0.56±0.32 -0.56±0.32
    Ⅲ(n=5) 0.14±0.51 0.14±0.51
    Ⅳ(n=2) 0.51±1.25 0.50±1.25 0.54±1.24 0.53±1.24
    2.1~10 km -0.3±0.14 -0.3±0.14 -0.27±0.14 -0.26±0.14
    -0.4±0.21 -0.4±0.21 -0.38±0.21 -0.37±0.21
    -0.04±0.27 -0.08±0.27
    0.05±0.32 0.02±0.32 0.15±0.32 0.12±0.32
    10.1~25 km -0.49±0.55 -0.37±0.49 0.45±0.55 -0.3±0.49
    -0.10±0.40 0.27±0.5 0.14±0.4 0.31±0.50
    -0.57±0.33 -0.57±0.33
    0.35±0.58 0.65±0.57 0.46±0.58 0.76±0.57
    25 km以上 0.13±0.67 0.48±0.74 0.17±0.68 0.52±0.74
    -0.37±1.16 0.03±1.22 -0.33±1.17 0.07±1.23
    -1.18±0.80 -0.24±0.86
    -0.61±0.48 0.56±0.48 -0.49±0.48 0.58±0.48
    廓线平均 -0.32±0.54 -0.21±0.54 -0.17±0.54 0.17±0.54
    -0.19±0.71 -0.01±0.77 -0.15±0.71 0.28±0.78
    -0.68±0.81 -0.34±0.69
    0.14±0.68 0.43±0.64 0.24±0.67 0.54±0.64
    注:Ⅰ表示抽气泵和气象探空相同(2013年3月26日和4月2日),Ⅱ表示相同抽气泵和不同气象探空(2013年4月23日),Ⅲ表示相同气象探空平台(2013年3月11—18日),Ⅳ表示不同系统(2013年1月15日和22日)。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-13
  • 修回日期:  2018-03-09
  • 刊出日期:  2018-07-31

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