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ATMOS 41—Korrektur von Lufttemperaturmessungen

ATMOS 41—Korrektur von Lufttemperaturmessungen

ATMOS 41: Korrektur von Lufttemperaturmessungen eines strahlungsbelichteten Sensors.

Die Lufttemperatur präzise zu messen, klingt einfach. In Wahrheit ist sie jedoch eine der am schwierigsten messbarem Umweltparameter. Bewährte Praxis ist, den Lufttemperatursensor vor Sonneneinstrahlung abzuschirmen und ihn entweder passiv oder aktiv zu belüften.

Konstruktionsbedingt kann Lufttemperatursensor in der neuen ATMOS 41 All-in-One-Wetterstation nicht vollständig von der Sonnenstrahlung abgeschirmt werden. Da die ATMOS 41 zusätzlich zur Temperatur auch die Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung misst, ist eine Korrektur leicht möglich.

Das Problem:

Der Lufttemperatursensor am neuen ATMOS 41 ist teilweise der Sonneneinstrahlung ausgesetzt, was zu Fehlern bei der gemessenen Lufttemperatur (Tair) führen kann.

Nicht korrigierte Messungen zeigten Fehler von 3°C – verglichen mit Messungen, die in einem hochmodernen aspirierten Strahlungsschild durchgeführt wurden.

Die Chance:

Da der ATMOS 41 auch Windgeschwindigkeit und Sonneneinstrahlung misst, ist es möglich, eine einfache Energiebilanzberechnung zu verwenden, um die Tair-Messung zu korrigieren. Nach der Korrektur sank der Fehler auf weniger als 0,5°C – damit wird eine bessere Genauigkeit erzielt als bei üblicherweise verwendeten passiv belüfteteten Strahlungsschilden.

Formel 1

Der theoretische Hintergrund

as = Absorptionsfähigkeit des Temperatursensors zur Sonneneinstrahlung (ohne Einheit)
st = Gesamte eingehende Kurzwellenstrahlung (Wm-2)
cp = spezifische Wärme von Luft (J mol-1 C-1)
k = konstante Beschreibungen der Grenz-Wärmeleitfähigkeit
u = Windgeschwindigkeit (m s-1)
d = charakteristische Dimension des Temperatursensors (m)

Das Experiment:

Ein Apogee TS-100 Sauglufttemperatursensor wurde als Referenzstandard für Tair gewählt. Die ATMOS 41 und der Davis Instruments-Lufttemperatursensor befanden sich in einem nicht aspirierten, belüftetet Strahlungsschild zusammen mit dem TS-100. Der Davis-Sensor wurde deshalb hinzugefügt, um die Leistung von ATMOS 41 mit einer typischen Tair-Messung zu vergleichen. Aller fünf Minuten wurden Daten über einen Fünf-Tage-Zeitraum gemessen: im Spätsommer 2015 unter trüben Wetterbedingungen. as und k aus der Gleichung 1 wurden als passende Parameter verwendet, um Fehler bei Tair für die ATMOS 41-Korrektur zu minimieren.

Die Ergebnisse

Der einfache Energiebalance-Ansatz funktionierte gut, um die Lufttemperatur von einem teilweise strahlenbelasteten Sensor zu korrigieren.

 

Wind speed

Abbildung 1. Umgebungsbedingungen und Lufttemperaturfehler (Tmeasured – TTS-100) für die beiden zu untersuchenden Lufttemperatursensoren

Die Schlussfolgerungen:

Eine nicht-korrigierte Tair von ATMOS 41 ist vergleichbar mit der typischen nicht-aspirierten typischer, nicht aspirierter Lufttemperaturmessung. Sie zeigt jedoch eine positive Neigung hin zu Sonnenstrahleffekten. Eine strahlungs-korrigierte ATMOS 41 übertraf die typischen strahlungsabgeschirmten Lufttemperaturmessung und ergab ein 95%iges Konfidenzintervall von einer Genauigkeit besser als ± 0,5°C.

Tabelle 1. Statistische Zusammenfassung für Lufttemperaturmessungen für zwei zu bewertende Sensoren

(All units °C)ATMOS 41 uncorrectedNon-aspiratedATMOS 41 corrected
Average error (bias)0.200.07-0.06
95% conf interval0.600.660.42
Max positive error1.511.580.36
Max negative error-0.66-0.87-0.77

 

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