刘小凡

摘 要：该文采用高精度的温度和湿度观测装置，对武汉城区不同季节的户外温湿度进行了连续观测，同时采集户外环境温度、湿度和降雨量，通过对无雨和有雨天气条件下数据分析，比较了温度和湿度随时间的变化规律。结果表明，无雨天气条件下，24 h内环境温度的昼夜变化规律明显，最高值出现在12：00～15：00之间，最低值出现在6：00左右，湿度则恰好相反，最大值出在6：00前后，最小值出现15：00左右。温度和湿度呈现明显的负相关性，而下雨的天气，温度和湿度呈现出不规律的变化，无负相关性。

关键词：温度 湿度 观测 相关性 分析

中图分类号：TP212；P423.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0252-03

Wuhan City Temperature and Humidity Observation and Correlation Analysis

Liu Xiaofan

（NO.1 Middle School Affiliated to Normal University Central China，Whuan Hubei，430223，China）

Abstract：Adopting high precision temperature and humidity observation device，the outdoor temperature and humidity in Wuhan city in different seasons were observed continuously and the outdoor environment temperature，humidity and rainfall were collected in this paper.By data analysis under the condition of no rain and rain weather，the change laws of temperature and humidity over time were compared.Results show that under the condition of no rain weather，the environment temperature within 24 hours of day and night have a regular change law， and peak appear between 12：00 to 15：00，lowest appear at around 6 AM，humidity，on the contrary，the maximum appear around 6 AM，the minimum appears around 15：00.Negative correlation presents between temperature and humidity in no rain condition，while in rainy weather，temperature and humidity presents irregular change，no negative correlations.

Key Words：Temperature；Humidity；Observation；Correlation；Analysis

眾所周知，温度和湿度是与人们的生活、工作息息相关的重要的物理参数。温湿度测量广泛应用于气象监测、食品仓储、工农业生产、工业控制、科学研究以及日常生活当中。因而，开发一个安全可靠的高精密温度湿度测量系统，适时地对温湿度进行测量，是十分必要的，对人们的生活和生产具有重要的指导意义。

在温度检测系统中，温度的检测方法有多种，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型及石英谐振型等，它们都是基于温度变化引起其物理参数（如电阻值，热电势等）的变化的原理。随着测量技术的不断发展，新一代温度检测元件正在不断的出现和完善，目前，广泛使用的温度传感器有四类：热电阻、热电偶、热敏电阻及集成电路温度传感器[1-2]。

湿度测量常见的方法有：动态法（双压法、双温法、分流法），静态法（饱和盐法、硫酸法），露点法，干湿球法和电子式传感器法。目前广泛应用的相对湿度测量方法主要有两类：一是采用湿度传感器测湿；二是采用干湿球法测湿。采用湿度传感器测湿方法的效果很大程度上取决于传感器，而应用最广泛的测量湿度方法是干湿球测量湿度[3-6]。

传统的温湿度测量方法都是采用布线式来实现数据的传输，这种测量方法不仅给大范围与异地多点测量带来不便，同时具有布线成本高、线路荣誉复杂以及老化等问题，十分不利于各方面的生产生活。随着当今无线通信技术的发展以及各个无线通信模块的普及，无线温湿度测量系统应运而生[7-12]。首先利用传感器等无线模块对温湿度数据进行采集、处理、发送，然后将处理好的数据进行进一步的处理，从而实现实时测量控制温湿度数据的目的，为生产和生活提供科学依据[13-14]。

按传统的研究习惯，人们往往把温度和湿度作为两个相对独立的气象因子进行观测和控制，很少有人注意到他们相互之间的关系，对于晴天、雨天天气情况下温湿度有什么样的变化规律也少有关注。

该文基于一个自行设计的高精度的温度、湿度观测系统，对武汉城区不同季节的户外温湿度进行了连续观测。在无雨和有雨条件下同步采集户外环境温度、湿度、雨量，观测得到了温度和湿度的相互关系。

1 观测系统的构成

观测系统组成见图1所示。观测系统具有实时采集、大容量记录存储、数据传输、图形显示、数据保存、数据分析等功能。系统能够定时采集大气条件并进行存储，并及时将采集的数据传输到计算机，通过计算机将观测数据存储。观测系统可以对温度、湿度、雨量、风速、风向、气压等进行集中式的实时监测。系统可按照设定的时间间隔进行采集，采集时间间隔一般为10 min，每个参量的采集时间间隔可分别设定。系统采用太阳能与蓄电池结合的供电系统，保证在无光照情况下，蓄电池可维持设备运行不少于200 h。

系统采用Texas Electronics雨量传感器，分辨率为0.1 mm，精度达1.0%。采用气象级温湿度传感器，湿度量程为0 ℃～100%rh，精度为±0.8%rh，温度量程为-40 ℃～100 ℃，精度为±0.1 ℃，数字量输出。另外，设有风速传感器、风向传感器和气压传感器。同步观测相应气象参数。 GPS授时模块授时精度达1 μs。150 W单晶硅太阳能电池板，在电池耗尽情况下，12 h光照可给蓄电池充80%以上电量； 24 V/24 AH大容量蓄电池，保证设备在无光照的情况下的持续供电不少于200 h；电源管理模块具备深度放电保护、过流保护、充放电管理等功能。

2 温湿度变化和相关性分析

2013年11月—2014年9月，对武汉城区户外温湿度进行近一年连续观测，取春、夏、秋、冬四季中连续几天的温湿度变化数据，绘制其变化曲线，如图2（a）（b）（c）（d）所示。有雨和无雨温湿度变化如图3所示。

温度和湿度存在一定的相关性，对气象要素进行相关性分析，如一个参数可很好地表征另一个，就可减少所考虑影响因素的个数。

相关分析是衡量变量之间相关程度强弱并用合适的统计指标表示出来。相关分析中比较常见的是Pearson相关系数r，其计算公式为

（1）

式中n为样品数；xik为第i种因素在第k个样品中的取值。一般当|r|≥0.8时，视为高度相关；当0.5≤|r|<0.8时，视为中度相关；当0.3≤|r|<0.5时，视为低度相关；当|r|<0.3时，可视为不相关。

图2中，温度湿度相关系数分别列于表1～表4。将图3中无雨与下雨观测结果分段，其温度湿度相关系数分别列于表5～表6。

根据持续近1年多的连续观测，发现在无雨天气条件下，温度各个季节变化规律基本一致，都为白天高，夜间低，而相对湿度的昼夜变化规律与温度相反，为白天低，夜间高。温度和相对湿度的负相关性不随季节性的变化而变化。

图2选取连续无雨若干的温度和湿度变化数据，24 h内环境温度的昼夜变化规律明显，温度的最高值出现在12：00～15：00之间，最低值出现在6：00左右，湿度则恰好相反，最大值出在6：00前后，最小值出现15：00左右。日出后，温度迅速升高，空气相对湿度呈明显下降趋势，下午气温开始下降后，空气相对湿度逐渐上升。显著特征是一天之中当RH出现极大值或极小值时，同一时间对应的温度会出現极小值或极大值。温度和相对湿度随着时间改变的变化规律相反，每天变化规律相似。可见，无雨的天气温度和湿度的负相关性很高，相关系数至少有-0.708，可见温度和湿度的负相关性很高。

图3显示出有雨的2013年11月10日0：33～4：43，11月11日13：23～11月12日8：15：34、11月13日23：35～23：55、以及11月14日3：05～4：05时段，温度和湿度关系没有显现出负相关性，相关系数只有-0.248，可以认为不相关。

3 结论

该文采用温、湿度观测系统，对武汉城区户外环境的温、湿度和雨量等进行了连续观测了，发现了环境温度与湿度变换的一些规律，结论如下。

（1）基于无线传输观测系统能高效、稳定地对户外环境因子进行连续观测。

（2）无雨天气条件下，温度、湿度在各个季节变化规律基本一致，温度为白天高，夜间低，一天内环境温度的最高值出现在12：00～15：00之间，最低值出现在6：00左右。湿度则恰好相反，为白天低、夜间高。

（3）无雨天气条件下，温度和相对湿度的关系呈明显的负相关性，且不随季节性的变化而变化。有雨时，温度和湿度呈现出不规律的变化，无负相关性。

参考文献

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