0.1°C挑战:符合世界气象组织建议的温度传感器的热量_产品资讯

山脉、云层、气象站

无论您是在追踪气候变化、评估洪水、监测冰川退缩,还是就飞机起飞做出关键决策,温度数据都起着核心作用。空气温度直接影响各种大气和环境条件,包括湿度、压力和风力模式。精确的温度测量不仅对实时决策至关重要,而且对长期气候监测和科学研究也至关重要。

But here's the catch:但问题来了:目前全球使用的不同温度传感器会产生不一致之处,从而引发有关数据准确性、防御性和可比性的问题。

在本篇博客文章中,我们将探讨世界气象组织(WMO)关于温度测量的指南,讨论满足建议所涉及的工程挑战,并重点介绍符合或超过世界气象组织建议的已验证解决方案,为全球温度感知树立了标杆。

挑战:满足世界气象组织的气温建议

联合国世界气象组织针对包括温度传感器在内的各种环境和气候传感器提出了建议。从历史上看,工程挑战和极高的成本都与达到或超过世界气象组织(WMO)的温度测量指南有关。幸运的是,最近的进步使得符合世界气象组织(WMO)的测量指南成为可能、易于获取且价格低廉。

为什么世界气象组织的建议很重要?

准确的温度数据是各种测量系统、决策和决策流程的基础。随着全球气候持续变化,气候科学的发展依赖于高质量数据——这些数据具有标准化、可追溯性、可防御性且准确性。

不幸的是,全球范围内,天气和气候数据的传感器规格变化很大,这使得从不一致的数据中几乎不可能创建一致且可比的数字模型。需要更完善的数据来改进预测模型。

由于全球对高质量数据的需求,以提供高质量的模型,世界气象组织制定了严格的环境监测系统指南。尽管如此,许多市售温度传感器在达到这些标准方面一直存在困难。

多年来,找到一种既能在广域和风域中实现低测量不确定性又能实现短时恒定温度的温度传感器,几乎无法实现。这使得研究人员能够寻找能够满足世界气象组织绩效预期的解决方案——这些标准通过更优质的数据为公众服务。

尽管并非所有地区都要求达到世界气象组织(WMO)标准,但其建议被广泛视为温度测量质量的基准。这些准则代表了一项协作性、全球性的努力,旨在制定统一标准,使温度数据能够准确、可防御、可比且科学可靠。

世界气象组织(WMO)标准(WMO-No. 8¹在WMO第8号第1条中发现,本文后面总结)具有重要意义,原因有以下几个:

Accuracy and Traceability精度与可追溯性——符合世界气象组织(WMO)指南的传感器遵循严格的准确性、稳定性和校准可追溯性建议。这反过来降低了测量的不确定性,尤其是在极端条件下。
Global Data Comparability全球数据可比性——世界气象组织(WMO)标准确保全球范围内的测量数据具有可比性和一致性。如果没有标准化方法和传感器规范,一个站点的温度数据可能无法与另一个站点保持一致,因此难以评估区域或全球趋势。
Quality Control in Climate and Weather Records气候与天气记录中的质量控制——长期气候数据集——通常用于理解气候、验证模型或支持政策制定——取决于高质量、标准化的观测结果。遵循世界气象组织(WMO)的指南有助于确保这些记录的完整性和可防御性。
Designed for Real-World Conditions专为真实世界条件设计——WMO 标准考虑了实际部署因素,以确保环境的持久性,而不仅仅是实验室条件。

最终,遵守世界气象组织(WMO)的指导方针不仅仅局限于一个标签。关键是在测量最重要时确保耐用性、可靠性和准确性。

针对符合世界气象组织指南的传感器有哪些技术建议?

要遵守世界气象组织(WMO)的指南,WMO-No. 8, chapter 2温度传感器必须满足世界气象组织第8号第2章中的具体标准。以下是一个摘要:

温度传感器特性	世界气象组织标准
测量不确定性	±0.1°C 或更高
测量范围	-80°至+60°C
校准	可追溯至国家/国际标准
时间恒定	≤20秒

世界气象组织第8号发布后,世界气象组织编制了一份补充仪器和观测方法报告,该报告编号为IOM 136,进一步明确了其标准。²国际移民组织136定义了温度测量在±0.2°C或更高温度下的“可实现精度”的公差。可实现的精度是指在考虑了外部因素后,通过高质量仪器仪表和操作实际实现的精度。

精确温度测量的核心是达到或超过可实现WMO精度建议的传感器。即使在管理良好的安装中,实际因素也可能增加传感器的微小误差,并可能导致整个测量超出可接受±0.2oC的公差。因此,仔细选择符合或超过±0.1oC标准的传感器——特别是在安装和使用高质量、兼容的辐射防护罩时——大大提高了满足或超过世界气象组织(WMO)关于±0.2oC可实现不确定性建议的可能性。

符合标准的传感器

寻找符合或超过世界气象组织建议的经济实惠、市面温度传感器长期以来一直是一项挑战。为弥补这一差距,坎贝尔科学公司推出了两种先进传感器设计,以满足世界气象组织(WMO)的指导方针:TempVueTM10 和 TempVue™20TempVueTM20。

TempVue 10 温度传感器

两种TempVue模型均符合WMO独立传感器标准,在TempVue 10的-80°至+60°C范围内提供±0.1°C的测量不确定性,TempVue 20的测量系数为+40°C。这些范围几乎涵盖了全球气象应用中通常遇到的所有环境温度。

所有TempVue车型均经过全面校准,认证可追溯至国家标准。通过关键工程选择实现精度等级,包括降低传感器机身的导热性、分离铂电阻温度计(PRT)尖端,以及采用浅色布线以减少辐射误差。

“TempVue系列为气象级温度传感树立了新标准,”坎贝尔科学公司技术产品经理乔德·斯蒂芬斯表示。

满足世界气象组织(WMO)在斯塔格南航空(Stagnant Air)中对时间常数

时间常数在空气温度测量中起着至关重要的作用,即较短的恒温使传感器能够更快地响应大气变化,从而提升性能和数据质量。

正如坎贝尔科学全球科学项目负责人迪尔克·贝克尔所解释的:“气温是衡量天气和气候的最关键指标之一。尽管科学家和制造商正在不断改进,但仍需改进的关键方面。其中之一是传感器响应环境变化的速度。这被量化为时间常数。

贝克补充道:“目前全球使用的传感器在时间常数上差异很大。”时间恒定速度较慢,落后于环境温度的变化,导致误差和不确定性可能非常显著。这些时间恒定、误差和不确定性的差异使得跨观测点、网络和历史数据的比较变得更加复杂。世界气象组织建议将时间恒定时间限制在20秒或以下。然而,用于天气和气候的商用传感器极少符合这一要求。

全球使用的大多数温度传感器,无论类型如何(如漏水、模拟、数字等)在实际风力条件下均未达到或超过世界气象组织(WMO)的恒定时间建议。实际上,这意味着他们无法检测环境条件的快速变化,尤其是在风力停滞或低风条件下。

从新发布的空气温度传感器的改进时间常数及其影响(Burt and Baker,2025)。在出版商许可的情况下使用。
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根据同行评审的研究,提高新发布的空气温度传感器的恒定时间及其影响,³ TempVue 10 是首批可满足或超过世界气象组织(WMO)持续时间目标(20 秒)的商用传感器之一。该研究的作者伯特和贝克证实,与直径更大的PRT尖端(3毫米、4.5毫米和6毫米)的史蒂文森式前置传感器相比,TempVue 10(1.5毫米)的传感器的固定时间明显更短。