目前对于气象要素的测量大部分使用的是数字探空仪,其在湿度测量方面精度一直不高,其原因除湿度传感器自身的误差之外,更主要的是湿度测量时容易受到环境中其他因素的干扰,而其中研究较少的太阳辐射所造成的湿度测量误差却是一个不容忽视的因素,本课题将着重研究太阳辐射对探空湿度测量的影响。首先研究太阳辐射对湿度测量产生误差的机理;其次采用流体动力学软件模拟仿真,并结合实验验证的方法研究太阳辐射引起湿度测量的误差;最后以探空仪GTS1为模型,通过神经网络算法对模拟仿真的大量数据样本进行处理,预测湿度测量的太阳辐射误差,并对南京探空站湿度测量太阳辐射误差进行修正。具体研究内容如下。(1)围绕GTS1型探空仪展开研究,通过计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)软件对探空仪内的湿敏电阻(假设没有防护罩)进行太阳辐射升温量的仿真计算,再通过温度误差获取湿度测量误差。在对湿度测量系统处于不同条件下仿真发现,海拔高度、太阳辐射强度以及太阳高度角三种因素均会对其升温量产生影响,且都为正相关,升温量最高达到4.87℃,湿度测量的相对误差达到32.99%。然后以GTS1湿度测量系统(带有防护罩)为模型进行仿真,发现防护罩只能减小太阳辐射对传感器表面的温升影响,但仍然存在升温状况,尤其在高海拔地区,升温量依然可观,最高达到4.03℃,湿度测量的相对误差依然达到26.71%。(2)自主设计了一种探空湿度测量修正系统,硬件部分设有两个温度传感器分别测量空气和湿度传感器表面的温度来获取其实际太阳辐射升温量,一个湿度传感器来测量空气相对湿度;软件部分通过Goff-Gratch饱和水汽压逼近公式来实现湿度误差的修正算法;系统还可通过网络通信与LORA无线通信与上位机进行远程控制与数据传输。(3)借助探空湿度测量修正系统进行仿真结果的实验验证。通过仿真模拟不同太阳辐射与不同海拔高空环境下的升温量,与同样高空条件下测量的湿度传感器表面的实际升温量进行对比分析,实验结果与仿真结果吻合度较好,两者得出的传感器表面升温量误差均值为0.095℃。同时实验结果表明,太阳辐射使得湿度测量出现偏干误差,且温度升温量越大,湿度测量的太阳辐射偏干误差也越大,与理论分析一致。(4)通过PSO-BP神经网络对计算流体动力学仿真的2530组数据样本进行训练与分段拟合,然后可通过气压、太阳辐射强度与太阳高度角预测湿度传感器表面的升温量,将预测结果与模拟仿真结果对比发现,预测误差绝对值最大为0.76℃,均方根误差为0.075℃。再将预测算法植入探空湿度测量修正系统,直接预测传感器表面温度进而修正偏干的相对湿度,从修正结果看出,受太阳辐射影响的湿度偏干相对误差最高可达到40%以上。本研究提供的探空湿度修正算法可提高探空湿度测量太阳辐射误差的修正效率。