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探空温度传感器的太阳辐射误差研究 被引量:8
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作者 杨荣康 戴伟 +2 位作者 刘清惓 张加宏 李敏 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第1期13-16,共4页
伴随着数值天气预报和气候变化研究精细化程度的不断提高,希望探空温度传感器的观测精度达到0.1 K数量级。为了实现此目标,运用计算流体动力学(CFD)方法对珠状热敏电阻器从海平面上升至32 km高空的整个过程进行太阳辐射误差数值分析。... 伴随着数值天气预报和气候变化研究精细化程度的不断提高,希望探空温度传感器的观测精度达到0.1 K数量级。为了实现此目标,运用计算流体动力学(CFD)方法对珠状热敏电阻器从海平面上升至32 km高空的整个过程进行太阳辐射误差数值分析。在此基础上,针对影响测温精度的引线、引线夹角大小以及太阳照射角度进行分析与探讨,获得其与太阳辐射误差的内在联系。数值求解结果表明:引线、引线夹角大小以及太阳照射角度是太阳辐射误差的重要影响因子。海拔高度与太阳辐射误差之间呈现出随海拔高度的增加斜率不断增大的类指数函数关系。 展开更多
关键词 探空温度传感器 珠状热敏电阻器 太阳辐射误差 计算流体动力学 数值模拟
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基于流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差研究 被引量:3
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作者 曹鸿霞 顾秋峰 +3 位作者 蒋航 潘晓晖 储剑秋 刘清惓 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第2期5-8,共4页
针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了温度测量的准确度的问题,提出了基于流体动力学的太阳辐射误差的修正方法——数值分析法。建立从地面到32 km高空不同气压条件下珠状热敏电阻器探空温度传感器的误差热分析模型,通过计算流体动力... 针对太阳辐射加热导致的误差显著限制了温度测量的准确度的问题,提出了基于流体动力学的太阳辐射误差的修正方法——数值分析法。建立从地面到32 km高空不同气压条件下珠状热敏电阻器探空温度传感器的误差热分析模型,通过计算流体动力学对其进行太阳辐射误差数值模拟分析。着重研究了太阳辐射方向、传感器表面涂层反射率、传感器尺寸等物理参数对太阳辐射误差的影响。研究结果表明:太阳辐射引起的温度测量误差随海拔高度的上升呈现非线性单调递增的变化趋势。当太阳辐射方向垂直于传感器正面时误差最大,增大传感器表面涂层反射率、减小传感器尺寸都能有效降低太阳辐射误差。 展开更多
关键词 温度传感器 流体动力学 太阳辐射误差 珠状热敏电阻器
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基于计算流体动力学的探空温度传感器太阳辐射误差修正方法 被引量:7
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作者 张利 刘清惓 +3 位作者 杨荣康 张加宏 李敏 戴伟 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期78-83,共6页
高空大气温度是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,随着对防灾减灾和应对气候变化能力要求的提高,希望探空温度传感器的准确度达到0.1℃量级,而太阳辐射引起的误差可达3℃量级甚至更高,已成为制约探空温度观测精度提高的瓶颈。... 高空大气温度是天气预报和气候变化研究所需的关键观测资料,随着对防灾减灾和应对气候变化能力要求的提高,希望探空温度传感器的准确度达到0.1℃量级,而太阳辐射引起的误差可达3℃量级甚至更高,已成为制约探空温度观测精度提高的瓶颈。本文利用计算流体动力学(CFD)方法对探空温度传感器从地面到32 km高空不同气压和多种引线夹角以及太阳高度角条件下的辐射误差效应进行求解,获得了辐射误差—海拔高度曲线族。研究结果表明,引线夹角以及太阳高度角是太阳辐射误差的重要影响因子。海拔高度与太阳辐射误差之间呈现出随海拔高度的增加斜率不断增大的类抛物线关系。 展开更多
关键词 温度传感器 太阳辐射误差 计算流体动力学 珠状热敏电阻 探空仪
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基于RBF算法的探空湿度太阳辐射误差预测 被引量:1
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作者 冒晓莉 张鹏 +1 位作者 张加宏 赵雪伟 《现代电子技术》 北大核心 2020年第19期146-151,共6页
针对传统BP神经网络算法预测的探空湿度太阳辐射温度误差偏大的问题,基于南京大桥的GTS1-2湿度传感器及其防雨帽模型,采用计算流体动力学(CFD)软件,通过PRO/E建模、ICEM划分网格及FLUENT仿真,以高空实际探测中典型气压、太阳高度角和太... 针对传统BP神经网络算法预测的探空湿度太阳辐射温度误差偏大的问题,基于南京大桥的GTS1-2湿度传感器及其防雨帽模型,采用计算流体动力学(CFD)软件,通过PRO/E建模、ICEM划分网格及FLUENT仿真,以高空实际探测中典型气压、太阳高度角和太阳辐射量为变量仿真出2530组温度误差的数据样本。数据样本通过BP,PSO-BP,GA-BP,RBF神经网络算法进行优化对比,最终采用RBF神经网络算法构建预测模型,可预测出不同环境下探空的湿度太阳辐射温度误差,且预测出的温度误差最小。 展开更多
关键词 气象探测 GTS1-2湿度传感器 计算流体动力学 太阳辐射偏干误差 粒子群优化神经网络算法 遗传神经网络算法 径向基函数神经网络算法
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基于PSO-BP神经网络的探空湿度太阳辐射误差修正 被引量:6
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作者 单鹏 冒晓莉 +2 位作者 张加宏 马涛 陈永 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第19期1-8,共8页
采用计算流体动力学(CFD)软件仿真太阳辐射偏干误差可获得无线探空仪的湿度修正因子,提高了湿度廓线的精度,有助于提升天气预报、气候预测及气象灾害预报预警能力。但湿度修正因子存在明显的时空分布特性,采用CFD方法对每条湿度廓线进... 采用计算流体动力学(CFD)软件仿真太阳辐射偏干误差可获得无线探空仪的湿度修正因子,提高了湿度廓线的精度,有助于提升天气预报、气候预测及气象灾害预报预警能力。但湿度修正因子存在明显的时空分布特性,采用CFD方法对每条湿度廓线进行修正计算量庞大。针对这一问题,以CFD软件仿真出典型气压、太阳辐射量和太阳高度角下的温度误差作为数据样本,通过粒子群优化(PSO)的BP神经网络构建预测模型,对探空湿度太阳辐射温度误差进行预测,并利用饱和水汽压逼近公式推算湿度测量的修正因子。研究结果表明,以南京探空站某一天的探空数据作为测试对象,CFD计算和PSO-BP预测的湿度测量太阳辐射误差吻合度较好,说明PSO-BP神经网络预测方法能够对湿度廓线的太阳辐射偏干误差进行有效修正,而且可显著提高修正效率。 展开更多
关键词 太阳辐射偏干误差(SRDB) 湿度修正因子 湿度廓线 PSO-BP神经网络
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基于BP神经网络的温度传感器辐射误差分析 被引量:2
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作者 蔡晶晶 刘清惓 +1 位作者 戴伟 杨杰 《现代电子技术》 北大核心 2019年第2期22-25,共4页
为了降低太阳辐射对地面温度测量造成的影响,修正太阳辐射误差,文中采用计算流体动力学方法(CFD)仿真得到不同气流速度和太阳高度角下的温度传感器的辐射误差。通过BP神经网络算法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程,实现对测量... 为了降低太阳辐射对地面温度测量造成的影响,修正太阳辐射误差,文中采用计算流体动力学方法(CFD)仿真得到不同气流速度和太阳高度角下的温度传感器的辐射误差。通过BP神经网络算法对仿真数据进行拟合,获得辐射误差修正方程,实现对测量的地表温度的修正。BP神经网络的拟合结果和仿真结果的均方根误差值为0.05℃。为便于应用该算法求解任意环境参数条件下的温度传感器辐射误差,文中亦设计了一种误差修正软件。 展开更多
关键词 计算流体动力学 温度传感器 太阳辐射误差 仿真数据 BP神经网络算法 误差修正
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基于流体动力学的探空仪GTS1湿度测量误差修正研究 被引量:13
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作者 冒晓莉 张加宏 +4 位作者 肖韶荣 刘清惓 陈永 戴伟 杨杰 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期4791-4805,共15页
准确的湿度垂直廓线对短期数值天气预报和中长期气候研究分析均具有重要参考价值,但太阳辐射与高空云雨等因素导致探空湿度测量精度较低.针对探空仪GTS1白天进行湿度测量时存在明显偏干误差的现象,本文建立了GTS1湿度测量结构模型,采用... 准确的湿度垂直廓线对短期数值天气预报和中长期气候研究分析均具有重要参考价值,但太阳辐射与高空云雨等因素导致探空湿度测量精度较低.针对探空仪GTS1白天进行湿度测量时存在明显偏干误差的现象,本文建立了GTS1湿度测量结构模型,采用计算流体动力学方法重点研究了太阳辐射对GTS1湿度测量的影响,同时探讨了其防雨/防辐射罩的防雨效果.结合改进的太阳辐射计算模型,利用Fluent模拟分析了防雨/防辐射罩云雨滴轨迹和内部温度场分布,数值仿真结果表明:在垂直气流下防雨/防辐射罩基本保护湿度传感器免受高空云雨的影响,对太阳辐射也起到一定防护作用.但太阳辐射对GTS1湿度测量的偏干影响仍较显著,海拔30km左右相对误差甚至高达70%.通过与RS92及GTS1探空湿度测量中的太阳辐射偏干误差相对比,发现基于流体动力学数值计算的湿度相对误差随海拔高度的变化趋势与之基本吻合.本文也给出了理论计算与实验测量存在一定差异的原因,进而以南京探空站2014年不同季节的温度、气压、气球的上升速度等探空数据为计算参数,获取了太阳辐射误差与海拔及环境温度的关系,并对四组探空湿度廓线进行太阳辐射误差修正,提升了GTS1探空仪高空湿度测量的精度.本文研究结果为探空湿度测量太阳辐射偏干误差的有效修正提供了一定的参考. 展开更多
关键词 探空湿度测量 流体动力学 太阳辐射偏干误差 防雨/防辐射
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火箭下投式探空温度传感器设计 被引量:2
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作者 汤鸿霄 刘清惓 +3 位作者 杨杰 段然 葛祥建 恽雨涵 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第1期246-255,共10页
针对传统探空仪飞行高度难以突破至30~80 km的问题,设计了一种用于探测30~80 km高空大气环境的火箭下投式探空仪,包括一种以热电偶组成阵列的探空温度传感器,可降低高空太阳辐射引起的温度测量误差。首先,采用计算流体动力学(computatio... 针对传统探空仪飞行高度难以突破至30~80 km的问题,设计了一种用于探测30~80 km高空大气环境的火箭下投式探空仪,包括一种以热电偶组成阵列的探空温度传感器,可降低高空太阳辐射引起的温度测量误差。首先,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对不同尺寸的热电偶温度探头开展辐射误差数值求解研究。其次,利用CFD方法计算出表面涂覆了不同太阳辐射吸收率材料的热电偶探头的辐射误差,通过各个探头之间的辐射误差比值推算出环境温度。再次,利用支持向量机(support vector machine,SVM)算法对太阳辐射误差数值求解结果进行数据融合处理。最后,搭建低气压风洞、太阳模拟器实验平台,开展实验验证研究。实验结果表明,火箭下投式探空仪搭载的温度传感器的测量误差平均值为0.107℃,误差均方根为0.22℃。 展开更多
关键词 超高空气象探测 探空仪 阵列式传感器 太阳辐射误差
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基于CFD的地表温度传感器的设计与实验研究 被引量:1
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作者 王亚楠 刘清惓 +2 位作者 杨杰 薛贵璐 姚澄 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第4期439-447,共9页
地面温度变化速度为每10年升高0.1℃,然而受太阳辐射的影响,在实际测量时传统防辐射罩会产生约1 K量级的太阳辐射误差.为提升地表温度测量精度,降低工作能耗,本文设计了一种基于压电振片振动加速传感器探头辐射热量扩散的温度传感器.首... 地面温度变化速度为每10年升高0.1℃,然而受太阳辐射的影响,在实际测量时传统防辐射罩会产生约1 K量级的太阳辐射误差.为提升地表温度测量精度,降低工作能耗,本文设计了一种基于压电振片振动加速传感器探头辐射热量扩散的温度传感器.首先利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法计算温度传感器在多物理因素下的辐射误差,然后使用神经网络算法对数据进行拟合分析,最后搭建外场实验平台,将传感器放置在真实环境中来验证方案的可行性.实验结果表明,本文提出的地表温度传感器具有较高的温度测量精度,其修正值与基准值的绝对误差和均方根误差分别为0.041℃和0.055℃,也验证了神经网络算法修正效果的优越性. 展开更多
关键词 计算流体动力学(CFD) 温度传感器 太阳辐射误差 压电振片 神经网络
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