提要本文介绍了恒流式(ERC一BL型)和恒湿式(AIR一L气一型)两种L卿lan一Q湿度仪的使用特点和标定结果，为相应的深人研究打下基础和依据。外场实验前后的实验室检定结果表明:(l)恒流式L帅an一a湿度仪的水汽测量输出值与工作电流成正比;(2)L，斑m一。湿度仪的检定曲线随工作时间的增加而发生变化，恒流式和恒温式湿度仪每工作100小时衰减约为6%o
一引言
在过去的20一30年间，近地面层湍流结构研究有了很大进步，许多与水汽有关的湍流输送方面的工作在AMTEX、BOM[EX以及其它一些陆面过程的项目中进行了研究。这些研究工作包括利用各种方法进行湿度垂直通量和蒸发量的估计等。然而，与风速、温度相比，湿度脉动测量十分困难，水汽通量和湍流结构的直接测量却很少成功。用于微气象学研究的湿度脉动测量还没有完全达到并且成熟到与风速和温度脉动测量一样的空间分辩率和时间响应的水平。近年来，小体积的干湿度感应探头、半导体湿敏元件、红外湿度仪、紫外湿度仪等湿度探测仪器不断被研制开发。干湿球方法在大气边界层实验中通常用于冰点以上湿度的测量，其存在的主要问题之一是:湿球纱布的影响导致两个感应探头的频响差异可达一个数量级[l]。Sm曰man等(1987)[2]给出铂丝用于干湿球测湿的干球温度频响的截至频率在1比附近，而湿球温度则在0.05Hz附近。红外湿度仪因其响应时间短(约为0.1一15)，能够应用于湿度脉动的测量，但也存在不足:一是红外线包括阳光和地球辐射在内的背景影响;二是目前的红外湿度仪的感应探头体积较大(可达十几厘米)，不易外场架设，对被测环境的干扰较大。紫外湿度仪使用几乎没有自然背景影响的紫外线作为测湿手段，光学路径仅为0.5一2.2rm，感应探头也很轻便，易在外场实验中使用。目前使用的紫外湿度仪是利用在样品路径上氢对L界斑in一a射线(121.56~)的吸收来测定大气湿度的，此也称之为L帅an一Q湿度仪。基于L”man一a射线的波长，制造发射器和接收器窗口的材料选用氟化镁，它可几乎不衰减传送L犯翔川一Q射线并且不易被水汽所吸收。湿度仪是依赖平均湿度测量值进行标定的。由于L丫比Ian一Q湿度窗口的干净程度将影响L，rnan一a射线的吸收以及氟化镁窗口对L帅an一a的传送特性和访湘n一Q源强会随其工作时间发生变化，因此在实际观测时，一方面要经常对湿度仪窗口去污，保持其清洁;另一方面，最好有同步湿度绝对测量(如:露点湿度仪)作为切-~一。湿度仪的监测手段。Yasuda等(1986)[s]对美国ERC公司生产的BL型Lyr栩m-。湿度仪进行了标定和检定，并在研究了其特性随工作时间的变化关系后认为:(1)大气水汽含量与湿度仪输出电压值的检定曲线随工作时间的增加而发生变化，当湿度仪工作lh、水汽密度为109/I213时，仪器输出电压由0.oonv变为0.oolov;(2)湿度仪的响应频率小于1kF.;(3)不受温度的影响。Richard等(1991)[4]利用同步进行观测的露点仪资料对航测使用的Lyman一。湿度仪作了标定，也发现LyrT扭n一。湿度仪的输出随时间发生漂移。
由于湿度仪感应探头损耗较大并且价格昂贵，限于经费原因，我们不能向Y由uds那样对其作专门的实验研究。本文仅就现有的恒湿式(AIR一LA一型)和恒流式(ERC一BL型)两种L”丸an一Q湿度仪的使用特点和标定结果作一简单的介绍，为相应的研究工作提供依据和为日后深人研究打下基础。
二恒流式L”man一a湿度仪
恒流式L，斑m一Q湿度仪为美国ERC公司生产的BR戮L~一Q湿度仪。图1和图2分别给出恒流式卜刃砷n一。湿度仪1992年1月和1993年1月的标定曲线，其中同的实验数据点和拟合曲线分别对应湿度仪工作电流为50、30、20、10mA。由图可见，湿度仪不同工作电流对应的标定曲线之比值近拟等于工作电流式比值。由此，在实际实验观测过程中，可以比较方便地改变湿度仪的工作状态，以适应外场观测需要。将1992年1月检定时，工作电流为301llA和201llA的拟合结果分别扩大5乃和5龙倍，与工作电流为501llA的拟合结果同绘于图3(a)，三条曲线符合得很好。图3(b)给出了1月的结果。
在1992年1月至1993年1月两次检定之间，L外斑川一Q湿度仪曾于1992年7月和8月在中国西北戈壁下垫面的近地面层通量观测实验中连续使用，工作时间累计达6(X)小时以上，而感应探头、接受器及湍流数据采集系统没有任何改动。因此，1992年1月和1993年1月的两次实验室标定可以认为代表了该L”man一a湿度仪外场实验前后情况。图4给出了工作电流为50mA、30n习气、201llA的实验前后的恒流式L外斑m一Q湿度仪检定结果。可见，恒流式L，翔川一Q湿度仪实验前后，湿度仪进行检定后给出:大气水汽含t与L帅an一。湿度仪输出电压值的检定曲线随工作时间的增加而发生右移，1心巾劝n一。湿度仪每工作100小时，仪器输出电压降低1%，低于本文结果，但都存在衰减趋势，衰减量级相近，但这里不排除戈壁下垫面水汽含量较低，测量误差相对较大及观测精度较差的原因。
三恒温式L界班m一a湿度仪
恒温式L丫man一a湿度仪为美国AIR公司生产的AIR一LA一1型L刃栩功一Q湿度仪，该仪器在很宽区间内具有能够达到毫秒时间响应和高空间分辨率的特性，操作简便、日常维护容易。特别地，这种型号的湿度仪采用了特殊的氢化源，很大程度上提高了精度和对环境条件变化的适应能力，延长了使用寿命。方程(1)给出AIR一LA一1型L班斑m一。湿度仪1994年9月北京郊区实验前的实验室检定曲线:
十分遗憾的是，当外场实验结束后发现L刃玫m一Q发射管已经“死掉”，没能实施外场实验后的实验室标定。同样，与我们同步观测的中科院大气所的两台同一型号的L厂班m一Q湿度仪也出现了相同的问题。鉴于不同地点、不同单位的三台相同仪器出现相同故
障，在排除装箱、运输过程对仪器损坏的可能性后，认为损坏原因在于仪器本身。由于L”几m一Q源强会随工作时间而发生变化，而实验后仪器损坏又为研究这一变化以及相应的资料订正工作带来障碍。为此，选取与L外班m一a湿度仪同步观测的阿斯曼干湿球温度计平均湿度测量资料进行对比分析。图5给出L”rnan一。湿度仪比湿测量值q(L一。)与阿斯曼干球湿度廿比湿测量值。(。)之比随工作时间的变化关系。可见，与传统的湿度平均测量手段相比，随着工作时间的增加，Lyrr旧n一a湿度仪湿度测量值呈现减小趋势。作简单的线性拟合，其拟合曲线为:
即:恒温式场而n一。湿度仪工作时间每looh，其湿度测量值大约衰减6%，仍比Yasuda的结果偏大，但与上面给出的恒流式L丫man一a湿度仪结果厢近。
四讨论
本文给出了现有的恒湿式(AIR一LA一型)和恒流式(ERC一BL型)两种L界班in一a湿度仪的使用特点和标定结果。对于恒流式L丫比Ian一a湿度仪，外场实验前后的实验室检定结果表明:其水汽测量输出值与工作电流成正比;检定曲线随工作时间的增加而发生变化的幅度为每工作looh衰减分别约为6%。对于恒温式L外川m一Q湿度仪，外场实验中与同步观测的阿斯曼干湿球温度计的对比结果表明:检定曲线随工作时间的增加而发生变化的幅度为每工作100小时衰减分别约为6%，与恒流式湿度仪的结果相近。
尽管这些结果为相应的研究工作提供了依据，并为日后的深人研究打下了基础，但是，湿度脉动的观测一直是大气边界层湍流实验观测的弱项，很少有非常成功的例证。一方面与影响大气中水汽含量的因素众多有关;另一方面也与制造湿度脉动测量仪器璃难有关。例如，日本的海上电机公司，最初也仅仅推出了三通红外湿度仪供中日合作项目“黑河地区地气相互作用观测试验研究(HEI咫)”使用，实际使用效果一般[5]。今后，对于湿度脉动测量仍需在测量仪器本身上下大功夫，改进观测手段和感应控头结构、原理，得到使用灵活、安装方便、价格低廉、体积小巧的湿度脉动仪。
参考文献
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