地面气象观测中结冰自动化观测的研究

在地面气象观测业务中一般采取人工观测判断结冰现象是否发生。为了提高结冰观测的工作效率,结冰自动化观测已经成为必然的趋势。文章介绍一种新的结冰自动化观测装置,通过检测结冰过程中由于潜热释放引起的温度突变上升过程,判断结冰现象的发生,实现结冰自动化观测。结合结冰温度观测数据对结冰过程中各个阶段特征进行分析,并与人工观测的结果进行对比,结果表明结冰自动化观测装置能够比较准确地实现结冰现象的检测,具有一定的实际应用价值。     

结露自动化观测装置及试验研究

文章介绍了一套结露自动化观测装置,由CCD图像传感器、露采集器和处理器构成。露采集器由三层带有磨砂区域的玻璃片组成,CCD图像传感器获取玻璃片的图像传送给处理器,结露时磨砂区域与未磨砂区域亮度差值发生变化,处理器自动提取亮度差值及变化信息,识别结露是否发生,从而实现对结露的自动化观测。为了定量分析自动化结露观测装置的性能,设计了观测试验,利用温湿度计观测露采集器附近的温湿度,分析研究湿度与亮度差值及结露的关系,试验结果表明,相对湿度大于97．9％时开始结露,玻片亮度归一化差值迅速降低。结露的信息获取率百分之百,结露自动识别率大于85％。     

草温与露点温度对结露和结霜指示性分析

利用密云国家基准气候站和电白国家基准气候站2009—2010年自动站的观测记录和人工结露、结霜观测资料,以及平谷国家一般气象站2010年12月至2011年5月自动站的观测记录和天气现象自动化观测资料,分析了结露、结霜与地面气象要素关系。结果表明:诸多气象要素中,草温和草温与露点温度差对露或霜结成具有指示性作用;电白站95.0%结露发生在日最小草温与露点温度差<1.1℃时,密云站95.0%结露发生在日最小草温与露点温度差<1.2℃时,密云站95.0%结霜发生在日最小草温与露点温度差<1.3℃时;结露主要发生在最低草温0.5℃以上,从平谷站自动天气现象观测资料分析可以看出结露发生在0℃以上,结霜发生在0℃以下;很多情况,百叶箱高度上的空气中的水汽含量并未达到饱和,而贴地(或贴近地物)的空气中的水汽含量达到饱和;日最小草温与露点温度差<3.1℃时,电白、密云站不出现露、霜的比率分别是16.8%和11.7%;因土壤湿度南方比北方大,草温与露点温度差为正的比例南方较北方大。     

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。     

电容式霜露传感器自动化观测对比分析

霜露天气现象是气象观测中的重要观测内容,目前对霜露的观测多采用人工观测的方法,存在诸多弊端。本文在对电容式霜露传感器自动化观测原理进行简单介绍的基础上,重点对2014年9月至2014年12月4个月的设备试验数据进行了分析,把设备识别结果、人工观测结果以及标准器识别结果进行比对,结合设备安装地点周围的实际情况和温湿度信息,深入探讨了设备识别率、漏报率、错报率的变化情况以及导致设备识别率波动的原因。试验结果表明,电容式霜露传感器在一般自然环境中对霜露天气现象具有较好的识别率,在未来研究改进的基础上,具有应用于气象业务自动化观测的可能。     

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。     

基于近地面温湿度观测的露霜综合判别技术

为了探讨露霜观测的综合判别技术,2014年在中国气象局大气探测试验基地建立了近地面温湿度观测系统,利用近地面温湿度、自动气象站以及露霜的人工记录和图像自动记录数据,研究露霜综合判别技术。初步确定草温与近地面露点温度之差为露霜形成的主要判别因子。当草温与近地面露点温度差小于某一阈值时发生结露结霜天气现象,且这个阈值与日最低气温有关。资料分析显示,利用综合指标判别露霜得出结果与实测结果对应较好,一致率达到84.5%。近地面温湿度观测对露霜有较好的指示作用。     

天气现象自动化观测资料可用性分析与应用探讨

通过对北京地区天气现象组网试验资料的可用性分析以及在精细化预报业务中的应用,发现自动观测天气现象资料连续时长多于20 min以上时,数据可信度较高,对预报员有较高的参考价值。自动观测系统对雨、雾、霾现象的识别结果正确率总体较好,其高频次的探测数据对低频次的人工观测起到补充作用。但在天气现象识别算法、质控、雷暴和降水性质识别、现象识别连续性等方面还存在不足,需要进一步改进。     

利用地面自动化观测系统监测2011年北京大雾

利用北京地区地面自动化观测资料中的能见度、相对湿度及人工业务观测记录数据,结合卫星观测的雾厚度数据图,对2011年10月底至12月初的3次大雾天气过程进行了实时动态监测和数据分析,初步形成地面自动化观测资料在雾的监测过程中的应用产品,研究表明,利用能见度数据以及相对湿度数据可以完整地监测大雾的发生、发展、持续和消散过程,与气象业务上应用的卫星观测到的雾生消趋势基本一致,但是在生消时间的监测上更具优势。     

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。     

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。     

AW11型自动气象站的原理及应用

本文介绍一种新型的自动气象站，它是针对小机场、直升机场和无人值守的飞机跑道而设计的独立天气观测和报告系统，可以测量全部标准的航空天气参数和生成精确实时的天气报告。     

Humidity Measurements in Cold and Humid Environments

Recent studies have shed new light on humidity conditions in the polar atmospheric boundary layer, and cast doubt on the reliability of humidity measurements above the frost point humidity. These issues are addressed herein by considering the processes that affect humidity and its measurement in cold climate conditions and by analyzing observations from two sites, at which the relative humidity is frequently above 100% at sub-freezing temperatures, as shown by repeatedly observed in-cloud icing events. Humidity measurements were made at these two sites by the commonly used Vaisala HMP35 probe and HMP233 capacitance probes respectively and simultaneously by the same manufacturer’s HMP243 probe that determines the frost point by a heated capacitance sensor. The results confirm that the relative humidity is frequently well above the frost point, both due to radiative cooling and to the advection of moist air, and that the conventional humidity measurements are unable to detect these events. Furthermore, after such events, the iced sensors show too high a humidity. The false values occur due to ice growth on the probe and cannot be corrected by any algorithm. Our results indicate that these problems, inherent to conventional humidity measurements in cold and humid environments, are avoided by the use of HMP243, which has a heated humidity probe.     

黄土高原陆面水分的凝结现象及收支特征试验研究

中国黄土高原是全球独特的地理区域,其陆面水分过程比较特殊。利用黄土高原陆面过程试验研究(LOPEX)的陇中黄土高原定西陆面过程综合观测站的资料,分析了陆面水分凝结现象及其出现频率与局地微气象条件的关系,研究了露水(霜)量及其出现频率的季节分布特征以及受降水和天气阴、晴的影响规律。同时,对比分析了降水、露水、雾水和土壤吸附水对陆面水分的贡献率,讨论了涡动相关法、蒸渗计和蒸发皿观测的陆面蒸发量的差别及其与陆面水分来源的年平衡关系,给出了半干旱区陆面水分平衡的日循环特征。发现露水对风速、大气湿度、近地层温度梯度的依赖很强,一般在风速为1.5 m/s、相对湿度大于80%和逆温强度为0.25℃的情况下露水(霜)量最大;刚降水后的晴天露水量比较大;实际蒸散量与蒸发力的差距十分明显,陆面水分平衡特征表现为一个"呼吸"过程。     

基于观测事实的四川天气现象发生空间分布特征

利用四川省145个气象台站1981～2013年连续人工观测资料,对34种天气现象发生日数和概率进行统计。结果表明:除极光外,四川省共观测到33种天气现象,露和轻雾日平均发生频率大于40%;雨和阵雨日平均发生频率大于20%;结冰、霜和雷暴日平均发生频率大于10%。露、霜、结冰、雷暴、闪电、大风、积雪、雨、阵雨、雨夹雪、雪11种天气全省各站均有发生,而雨凇、雪暴、吹雪、龙卷仅在个别站点发生。液态降水、雾、轻雾、霾、浮尘、烟幕、露均是盆地内多于高原,而混合降水、固态降水、扬沙、沙尘暴、吹雪、雪暴、雷暴、霜、大风、结冰、积雪、冰针、龙卷、尘卷风则是川西高原多于盆地。