天气现象自动化观测系统设计

为了实现天气现象自动化观测,针对地面观测规范中34种天气现象,设计了基于图像、光学散射和常规地面气象观测多种技术的天气现象自动化观测系统。它由天气现象传感器和数字处理器两部分组成,天气现象传感器完成天气现象的图像和光学特性采集,数字处理器将模拟图像数字化,对数字图像和光学特性数据进行处理和管理,结合自动站的资料进行天气现象自动化识别。图像采集和识别技术在凝结天气现象自动识别试验中取得初步成效。     

降水现象仪与人工观测资料对比分析

选取4个设置于不同探测环境下的国家级气象站2017年9月—2018年6月降水天气现象仪和人工观测降水天气现象资料进行对比分析,统计了降水现象仪资料的完整性、准确性和一致性,得出如下结论:雨的捕获率较高,空报率、错报率、漏报率均较低,自动观测记录准确性最好;毛毛雨空报率最高,冰雹空报率次之,自动观测记录准确性较差;雪和雨夹雪准确性比较好,但是由于软件的bug,使空报率较高。自动观测天气现象的开始时间多晚于人工观测,结束时间多早于人工观测,致使自动观测记录时间偏短。     

广州降水现象自动与人工观测对比分析

以人工观测数据为标准,对降水类天气现象自动观测数据进行分析。首先利用两种观测手段所记录的降水起止时间,分析两者的时间吻合率与降水量、降水过程持续时间的相关性,结果表明相关性不大。其次,根据科学方法统计天气现象仪在不同雨强影响下对降水现象的捕获率,分析设备对降水现象的识别能力。结果表明:在不区分雨强的情况下,设备的降水捕获率达到97%,而且捕获率随雨强增大而逐步增大。最后,总结分析两种观测方法出现差异的原因,并提出加以改进的一些设想。     

一次冰雹天气的降水现象仪观测分析

冰雹和它所伴随的雷暴、大雨、飑线及龙卷等,是常见灾害性天气之一,准确观测冰雹天气现象的发生地点、起止时间、强度变化和演变特点,对天气分析和气象服务具有重要意义。天气现象仪是目前主要的冰雹天气现象的自动观测设备,该文针对贵阳市2017年4月5日冰雹过程对降水现象仪的观测结果与人工观测记录进行了对比。结果表明,设备总体性能较好,可准确观测到冰雹过程,但存在大雨强时错报成冰雹类型的可能,建议后期增加识别算法,提高设备的识别准确性。     

结露时间与浅层土壤湿度相关特征

天气现象自动化观测系统,通过图像自动化识别技术,能自动观测地表结露天气现象,并能记录结露发生的时间。北京市平谷气象站安装了土壤湿度仪和天气现象自动化观测系统,通过统计分析平谷气象站2011年4—9月天气现象自动化观测系统得到的结露时间资料与浅层土壤湿度资料,得到结露时间与土壤湿度具有一定的相关关系,即0~10cm层土壤湿度越大结露时间越早。相反,0~10cm土壤湿度越小,结露时间越晚,当0~10cm土壤湿度小于一定值后就不发生结露现象。为了进一步验证结露时间与土壤湿度具有一定的相关关系,分析了北京市怀柔、门头沟、朝阳、大兴和延庆等站结露时间与降水后日数的关系。     

运用现代化观测资料判定和记录飑天气现象

飑天气现象的观测记录是地面观测的一大难点,如果不综合判断容易出现误判。随着自动观测、雷达、卫星云图等现代化探测技术的应用,飑天气现象的判定和记录也将变得容易。通过对2006年6月10日飑天气过程影响时的现代化观测资料进行分析判断,归纳出一些经验,提出观测判断飑现象的一点方法。     

新型站视程障碍类天气现象判识规定的思考

应用鄯善站1981—2013年人工观测视程障碍类天气现象和2014—2016年能见度仪自动观测视程障碍类天气现象资料,对新型自动站ISOS软件判识视程障碍类天气现象出现的问题进行总结,通过实例对比分析视程障碍类天气现象人工与自动观测存在差异性,同时就错误判识结果提出合理化修改建议。     

雨滴谱降水现象仪工作原理及常规维护要点

降水天气现象自动化观测是实现地面自动化观测的重要内容之一,2017年青海省国家级气象台站在中国局山洪项目支持下,陆续建设完成了雨滴谱降水现象仪,实现了降水类天气现象的全天候观测,结束了降水类天气现象由人工观测的历史,彻底摆脱了人工观测的主观性,提高降水现象观测资料的完整性和实时性。依据省局业务管理部门的要求,2017年10月1日雨滴谱降水现象仪正式开始并行观测。本文通过对雨滴谱降水现象仪工作原理的分析,并结合治多国家一般气象站降水类天气现象的特征,提出了观测数据和观测仪器设备的常规维护要点,由于该设备刚刚投入并行观测,希望给同行提供帮助。     

基于自动观测的天气现象电码自动编制实现流程

实现地面气象要素自动观测是近年来我国气象观测领域的发展趋势,观测自动化给地面观测业务和观测数据的应用推广带来较大改变。本文研究了基于自动观测的天气现象代码表WMO4680,分析得出WMO4680简化了视程障碍和降水阵性的代码分类,比WMO4677编码更适合自动观测设备的特点。结合我国业务天气现象电码编制原则,设计实现了现在天气现象电码和过去天气现象电码的自动编制。根据我国目前可自动化观测的要素数目,经过流程设计和当前最新业务改革内容,可以实现46个天气电码的自动编报。     

雨滴谱式降水现象仪降水类型判定算法优化探究

雨滴谱式降水现象仪目前已在国内台站大量列装,随着众多设备投入运行,全国各地大量真实的降水现象原始数据和粒子谱图数据可被测量记录,通过对其中部分数据的对比分析,发现雨滴谱式降水现象仪在现象判定准确性方面与人工观测还有一定差距。通过对国内真实观测数据的横向比对发现,发生降水天气现象的同时,相关气象要素值都会发生相应的变化,在完善现有算法的基础上,提出一种通过综合目前业务台站已有相关气象要素的实时数据进行现象综合判定的方法,从而解决因单一传感器观测原理和方式的局限性导致现象判定准确性不佳的问题,提高天气现象判定准确性。该方法的实质与人工观测某种天气现象时的工作原理保持一致。通过对部分已有天气现象对比观测数据的分析,在提出相应的阈值进行综合判定后,能够对部分现象的误报进行订正。通过对不同地域大量数据的分析汇总,这种方式能够解决部分由于仪器测量工作原理的局限性导致的单个仪器在现有条件下现象观测准确性无法完全达到人工观测水平的问题。     

露、霜、结冰天气现象综合判别

通过自动气象站的连续观测资料,结合人工观测的天气现象,根据露、霜、结冰的成因筛选出符合条件的基本指标作为综合判据。选取气温、相对湿度、地面温度、草面温度和近地面温度作为主要因子,综合考虑降水和天气状况对这些天气现象形成的影响。采用两个气象观测站的分钟观测资料以及人工观测天气现象记录进行统计分析。经过初选因子和精选指标,利用多要素的组合方法,提炼出自然状态下出现露、霜、结冰现象的综合判别指标,获得了较好效果,拟合率在80%以上。为进一步认识这些天气现象的发生和变化规律提供参考,也能为天气现象观测自动化提供依据。     

不同天气现象下毕节高温特征及预报回归检验分析

利用毕节2010-2019年观测资料,分析不同天气现象下日最高气温特征,建立高温模型,并对近5 a 24 h高温进行检验,得出如下结论:(1)毕节高温日变化在夏季最稳定,春季波动最大。气温日较差晴天最大,阴天最小,多云时略大于阴间多云。(2)毕节8~10成云出现频率高达65.7%,夏季晴天频率波动大,春、夏季多云频率较高,且按天气现象分类统计月平均高温时,其峰值均出现在7月。(3) 24 h高温预报准确率月、季变化特征明显,夏季准确率最高,较最低的冬季高出21.4%,在区别天气现象的情况下,阴雨天时预报准确率最高,多云时最低,其中12月多云时最低为25%。(4)回归模型分析发现不同季节同种天气现象24 h高温预报影响因子权重差异明显,日照时数和平均本站气压对模型影响程度较高。不同季节晴天影响因子差异最大,拟合效果最好时段在夏季,平均估计误差为1.2℃,估计误差最大在冬季,平均估计误差为1.7℃。     

基于TIGGE资料识别适应性观测敏感区的应用研究

基于TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)资料,通过对比两类强降水过程,分析了集合变换卡尔曼滤波(Ensemble Transform Kalman Filter,ETKF)适应性观测敏感区识别方法在实际应用中的具体环节。试验中使用两种分辨率和不同范围的集合预报资料得到的信号方差空间分布和极大值区基本一致,而在实施计算中使用适当分辨率和范围的集合预报资料能够大大节省计算时间;使用可获得的最近时刻为初值的集合预报资料得到的敏感区识别结果更加可靠;使用不同中心集合预报资料得到的敏感区识别结果有一定差异,但对于比较典型的夏季主雨带降水过程,各中心资料得到的结果较一致,敏感区识别结果比较可靠;不同类型强降水过程的敏感区对选取的度量函数具有一定依赖性。     

天气现象自动化观测现状调研

科技发展使越来越多的新技术和新方法应用于自动气象观测,但目前我国天气现象观测仍然采用人工目测,本文调研分析国内外天气现象自动化观测现状,并根据34种天气现象的特征,分别对5类天气现象的自动化识别方法进行研究,结果表明大部分天气现象的自动识别在技术上是可行的。还探索了一种进行天气现象代码自动识别的方法,通过综合利用各种新型技术,在100个天气现象代码中,未来可预见能实现自动编码的代码有63个。     

天气现象仪自动化观测资料对比分析

介绍2011年12月至2012年6月在北京市观象台、庐山气象局对目前一些天气现象仪所进行的对比观测试验的过程和结果分析。参与此次为期7个月的对比观测试验仪器有3种类型,每种类型配备3套,分别由3家厂商提供。试验采用人工目测辅助摄像作为参考标准,测试了这些天气现象仪对各种不同天气现象观测的准确性。结果表明:各仪器观测降水现象的数据准确性均大于90%,能够满足业务需求。区分降水强度时,各仪器的降水捕获率在70%以上(雨强大于0.01mm/h);微量降水(雨强小于0.01mm/h)和混合型降水,各仪器降水捕获率相对较低。仪器观测视程障碍现象的数据准确性均大于80%,能够满足业务需求。其他现象由于样本数量相对较少,需要更多进一步试验,并改进算法。     

一次攀西地区飑线天气过程形成机制分析

利用地面气象常规观测资料、区域自动站观测资料、雷达及卫星资料和NCEP 1°×1°的逐6h再分析资料,对2018年5月13日攀西地区南部的飑线天气过程的形成机制进行分析。结果表明:飑线发生在高空槽前,高空槽逐渐东移推动冷性气流沿背风坡东移,然后与前方低层暖空气汇合抬升形成对流;露点锋触发了飑线天气过程的形成;产生飑线天气区域的大气具有上干下湿、不稳定能量高、垂直风切变强、高层风速大和形成之前存在逆温层的特点;高空急流和动量下传对飑线的发生和加强具有促进作用;地形对飑线的形成和天气现象的分布有影响。     

提高(CINRAD/CD)天气雷达业务质量经验浅谈

本文基于气象观测质量体系,通过新一代天气雷达（CINRAD/CD）观测、维护、维修及标定等过程,结合实际观测及技术保障工作中总结到的经验与技巧,关注一些易于被人忽视的细节,减少雷达异常现象出现的次数,减少雷达元数据出现异常的几率,努力实现雷达数据资料的可靠、完整、及时与真实,提高天气雷达的业务质量。     

基于观测资料的我国天气现象时空分布分析

利用全国576个台站1961—2010年天气现象观测资料,对34种天气现象年平均发生频率、昼夜分布特征、代表性天气现象和区域代表站天气现象的发生情况等进行了统计分析。结果表明:雨、露、结冰、阵雨、轻雾、霜、雷暴天气现象的年平均发生频率较高,极光、龙卷、雪暴等天气现象的年平均发生频率极低。近年来,雾的发生呈缓慢下降趋势,轻雾呈缓慢上升趋势,霾在2000年后快速发展,且发生地点逐步扩大。天气现象的发生具有一定的地域性,但各地多发天气现象的前20种基本相似,仅发生频率排序不同。     

贵州中东部地区一次锋后强对流天气成因分析

强对流天气常常出现在锋前不稳定层结区或锋面附近,对于锋后的强对流天气往往容易出现漏报现象。利用常规观测资料、雷达卫星资料,对贵州中东部地区2009-02-26夜间出现的锋后冰雹天气形成机制进行分析。结果表明,该次过程主要是由于冷空气势力加厚增强抬升中层相对较暖空气,造成中层出现对流不稳定,加上低空急流脉动效应与其最大风速中心前的辐合上升运动共同影响,引发对流的产生和发展。强的垂直风切变对强对流发展与维持也起到促进作用。