地温传感器检定更换中对地温观测的影响和方法改进
地温传感器检定更换中对地温观测的影响和方
法改进
摘要：地温观测是气象观测项目之一，地温观测中的 20cm 以上土壤层的地温称为浅层地温。
因工作中传感器检定的需要，更换地温传感器而开挖土层，破坏原有的土壤温度状态，通过观
测发现影响最为显着的是 15cm 和20cm 地温，更换传感器后温度差异达到约 1.8℃，土壤温度
平衡时间较长，对浅层地温的观测数据产生较长时间的数据缺测。针对工作中的实际问题，通
过实验改进了浅层地温支架和传感器更换方法，采用后置锁扣，使检定更换后的土壤保持接近
自然状态下的土壤温度环境，更换后温度差异约 0.5℃，为可用数据范围，土壤温度平衡时间
缩短到 15 分钟，确保了观测数据的完整性。通过研究浅层地温检定更换中的方法改进，大大
缩短了浅层地温传感器在检定更换和日常设备更换中的时间，使工作效率大大提高，对气象探
测数据的连续性准确性的提高具有积极意义。
关键词：浅层地温; 土壤导热率; 地温传感器; 检定更换;
1 地温观测和检定更换的方法
地温是指地表面和以下不同深度处土壤温度的统称，地温观测是气象观测项目之一，国家级气
象站一般观测地面以及地面以下 5cm,10cm,15cm,20cm,40cm,80cm,160cm 和320cm 深度的地
温。地温观测不仅进行气候统计，同时对农业、林业、矿产开采、地热资源、铁路以及城市规
划具有重大意义。地温观测中的 20cm 以上土壤层的地温为浅层地温。
河北省在 2002 年国家气象站实现了自动观测，地温观测表为铂电阻传感器进行连续的观测。
为保证观测数据的精确性，地温传感器的检定周期为 2年，目前普遍采用的方法是用新检定的
地温传感器，替换原将要到检的传感器。地温传感器的检定更换过程中，将不可避免破坏传感
器安装地段的土壤，特别是浅层地温的土壤。目前更换浅层地温传感器普遍采用的方法为开挖
土壤，替换安装检定的温度传感器，然后将土回填。
2 土壤的热传导特性
土壤层的破坏，将对地温观测产生严重影响。特别是浅层地温层土壤开挖回填后造成的不同层
土壤的混合，破坏了自然的条件下的土壤温度环境，造成地温观测的影响。回填后土壤间的热
传导到重新稳定到温度平衡，需要消耗大量的时间。
土壤温度平衡的重新达成，与土壤的热传导率相关。基于土壤的复杂性，土壤的热传导主要包
括通过土壤空隙中空气或水分传导和土壤固相物质之间接触点直接传导。土壤导热率用来表示
传导土壤热量的强度，用 γ表示，其单位是 J/(cm2s℃)，土壤导热率的公式如下:
式中 A为土壤断面面积，土壤两端的温度为 T1、T2，土壤的厚度为 d，在一定时间(T)内流动
的热量为 Q，热量的传导是由高温处到低温处。
3 地温传感器检定更换中对地温观测的影响和方法改进
在日常工作中，由于更换地温传感器，而对土壤进行挖掘和回填，因此，回填后的土层中，土
壤的性状发生较大改变，并混合进大量的空气，使土壤的热传导速度大为降低。由于回填土造
成不同深度的土壤发生混合，土层回填后，地温传感器附近的土的温度，与自然状态下的各个
层的土壤温度差异巨大，因此受回填土温度的影响，造成地温传感器更换后土壤稳定期内，传
感器探测的地温与实际地温差异较大，而无法使用，造成该时段内地温的缺测。
为研究传感器更换前后的数据变化，开展了地温数据平行观测实验，在实验中在待更换的传感
器旁布设一组相同规格的实验用备份传感器，二者平行观测地温数据，进行数据比对。更换地
温传感器时仅开挖待检传感器，而实验用备份传感器保持原状态。通过长期数据对比，在更换
前，二者的温差约为 0.3℃。
3.1 传统的浅层地温传感器检定更换方法对地温观测数据的影响
摘要：
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地温传感器检定更换中对地温观测的影响和方法改进摘要：地温观测是气象观测项目之一，地温观测中的20cm以上土壤层的地温称为浅层地温。因工作中传感器检定的需要，更换地温传感器而开挖土层，破坏原有的土壤温度状态，通过观测发现影响最为显着的是15cm和20cm地温，更换传感器后温度差异达到约1.8℃，土壤温度平衡时间较长，对浅层地温的观测数据产生较长时间的数据缺测。针对工作中的实际问题，通过实验改进了浅层地温支架和传感器更换方法，采用后置锁扣，使检定更换后的土壤保持接近自然状态下的土壤温度环境，更换后温度差异约0.5℃，为可用数据范围，土壤温度平衡时间缩短到15分钟，确保了观测数据的完整性。通过研究浅...
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作者：闻远设计
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