Sammenligning av strålingsskjermer for temperatursensorer

Abstract

Temperatur er en sentral parameter i klimaforskning. Temperaturmåling utføres med temperatursensorer beskyttet av strålingsskjermer. Skjermene beskytter mot direkte solstråling og nedbør. Det finnes flere forskjellige design og størrelser på strålingsskjermer, og i Norge brukes det flere forskjellige typer. I sammenheng med automatisering av målestasjoner foretar Meteorologisk institutt (MET) en utskifting fra trehytter til multiplateskjermer. Forskjellige skjermer påvirkes ulikt av omgivelsene og den indre temperaturen i skjermene kan være ulike ved samme værforhold. Hovedformålet med denne oppgaven har vært å sammenligne seks forskjellige strålingsskjermer for å se om den registrerte temperaturen varierer mellom skjermene og undersøke om det er noen spesielle værforhold som forårsaker forskjellene.

Undersøkelsen av skjermene har foregått på det meteorologiske feltet ved NMBU i Ås i Akershus. Skjermene som ble sammenlignet var to multiplateskjermer fra Young, en kunstig ventilert skjerm fra Young, en kunstig ventilert skjerm fra Apogee, og en multiplateskjerm og temperaturhytte i tre fra MET. Sammenligningen ble gjort i perioden januar 2015 til november 2015. Temperaturdata fra skjermene ble samlet inn på minutt- og timebasis. Parametere som er brukt til å undersøke værforholdene er globalstråling, snødybde, vindstyrke og vindretning. Det ble også foretatt manuelle observasjoner av værforholdene hver tredje time på dagtid i perioden 24. august til 8. november.

Den kunstig ventilerte skjermen fra Young ble brukt som referanse i oppgaven. Når temperaturdifferansene mellom skjermene og referansen beregnes har trehytten fra MET et standardavvik på 0,13 °C og et gjennomsnittlig avvik på −0,13 °C. Multiplateskjermen fra MET har det nest største standardavviket med 0,12 °C, men har det laveste gjennomsnittlige avviket på <0,01 °C. Ved en sammenligning av multiplateskjermene har begge skjermene fra Young høyere døgnmiddel enn skjermen fra MET.

Undersøkelse av værforhold viser at de største forskjellene mellom referansen og skjermene fra MET oppstår ved lave vindhastigheter. For sammenligningen av de kunstig ventilerte skjermene ser det ikke ut at temperaturoppfatningen påvirkes av vindhastigheten. Stråling ser også ut til å påvirke størrelsen på differansene. Skyfrie dager og dager hvor det er delvis skyet har større avvik en overskyede dager. De kunstig ventilerte skjermene ser ikke ut til å være påvirket av strålingen.

En meteorologisk Davisstasjon ble sammenlignet med referanseskjermen. Davisstasjonen er en lavkostnadsstasjon som er lett tilgjengelig. Stasjonen har et av de laveste gjennomsnitt av avvikene med 0,01 °C, men standardavviket er det største av alle skjermene med 0,14 °C.

Ved en utbytting av trehytter til multiplateskjermer fra MET er det nødvendig å homogenisere dataene. Forskjellen mellom skjermene er spesielt stor om sommeren og for døgntemperaturer er det registrert forskjeller på opptil 0,63 °C. For dagsmaksimum og dagsminimum er det registrert store forskjeller og store spredninger i avvikene. For dagsmaksimum er det største avviket på 1,2 °C og for dagsminimum er det største avviket −1,8 °C.

I områder med lave vindhastigheter må det vurderes om det skal settes opp en kunstig ventilert skjerm for å sikre gode temperaturmålinger selv ved lave vindhastigheter.

Temperature is an important parameter in climate studies. Temperature measurements are carried out with temperature sensors protected by radiation screens. The screen protects the sensor from direct solar radiation and precipitation. Radiation screens come in different designs and sizes. Several different screens are in use in Norway, and in the process of automating meteorological stations the Norwegian Meteorological Institute (MET) is replacing the traditional wooden screen with a modern multi-plate screen. Temperature sensors protected by screens of different designs might register different temperatures under the same conditions because of the differences in the design of the screens. The main purpose of this study was to compare six different radiation screens to see if the recorded temperature varied between the screens and investigate whether there are any specific weather conditions that cause the temperature differences. The screens were compared at the field station of NMBU in Ås in Akershus. There were six screens in the comparison: two multi-plate screens from Young, one artificial ventilated screen from Young, one artificial ventilated screen from Apogee, a multi-plate screen and a wooden screen from MET. The comparison of the screens was done with data for the period January to November 2015. Other parameters that were used in the comparison were the global radiation, snow depth, wind speed and wind direction. Manual observations of the weather conditions were conducted every three hours during daytime in the period 24 August to 8 November. The artificially ventilated screen for Young is used as the reference in the comparisons. Compared to the artificially reference screen the wooden screen has the highest standard deviation with a value of 0.13 °C and the highest average deviation of −0.13 °C. The second largest standard deviation belongs to the multi-plate screen from MET, but the screen also has the lowest average deviation. The standard deviation is 0.12 °C, and the average deviation is <0.01 °C. When comparing the three multi-plate screens, both screens from Young have a higher daily average than the screen from MET. Examination of the weather conditions shows that the largest differences between the reference and the screens from MET occur at low wind speeds. When the two artificially ventilated screens are compared, no effect of wind speed on the temperature differences is detected. The naturally ventilated screens also seem to be affected by different levels of radiation. Cloudless and partly clouded days have greater temperature differences between the screens than cloudy days. The artificially ventilated screens do not seem to be affected by different levels of radiation. A meteorological Davis station was compared to the reference screen. The Davis station is a low cost station that is readily available. Compared to the reference the Davis station has one of the lowest averages of the differences with 0.01°C. The standard deviation however is the largest amongst the screens with a value of 0.14 °C. When the wooden screen is replaced with the multi-plate screen from MET it is necessary to conduct a homogenization of the data. The differences between the screens are particularly high in the summer with the highest daily temperature difference measured to 0.63 °C. The daily maximum and minimum contain large deviations. For daily maximum the largest deviation is 1.2 °C and for the daily minimum the largest deviation is −1.8 °C. In areas with low wind speeds it should be considered whether an artificially ventilated screen should be mounted to ensure good temperature measurements even at low wind speeds.