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。     

天气现象观测若干问题

现行《地面气象观测规范》中应增加观测海市蜃景和地光两种天气现象；观测天气现象时以“视区内出现”为准存在一定局限性；尘卷风、飑的定义在观测中的一些问题以及观测簿纪要栏的记载有必要改进。     

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。     

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。     

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。      

几种天气现象的观测和记载

1雷暴1.1注意雷暴出现前的有关现象如浓积云发展特别旺盛,有向堡状云或絮状云发展的趋势,并且顶部出现了蹼状甚至伪卷云,有远电且湿度较大,天气特别闷热时,应随时注意伴随的其他天气现象,如阵雨、大风、冰雹甚至是龙卷风,先做好思想准备,对有关技术规定在心里过滤一遍,如雷暴、     

降水类天气现象自动与人工观测质量对比分析

选取2017年8月—2018年7月广西DSG1、DSG4和DSG5型降水类天气现象仪自动观测数据与人工观测数据,通过对比分析,研究降水类天气现象仪自动观测与人工观测数据质量的情况.结果表明,广西91个国家站点数据完整性好,设备年平均缺测率小于2％,DSG5型设备数据完整性最高(缺测率0.01％).DSG1、DSG4和D...     

DSG5型降水天气现象仪观测数据分析与应用

目前DSG5型降水天气现象仪已在国内台站大量列装,观测记录了许多宝贵的资料.本文通过一次降水天气过程,分析了DSG5型降水天气现象仪的数据结构、内容及其在业务中的应用.发现:DSG5型降水天气现象仪记录的降水天气现象与人工观测基本一致,但记录的降水开始时间比实际滞后,结束时间比实际提前,一些微弱降水没有记录;利用观测的...     

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。     

多台国内外先进天气现象仪对比分析

业务降水现象仪作为一种降水滴谱测量设备,可以用于天气现象判断,其包含的降水滴谱信息更是反映了诸多降水微物理特征,而不同设备的观测特性和精度存在一定的差异,了解不同设备的差异,对其资料的后续应用有重要的意义。本文利用2018年湖北省咸宁市黑山观测站8次液态降水过程中地面降水观测、DSG5型业务降水现象仪与同址的Parsivel型降水滴谱仪测量的降水粒子谱信息及其反演的物理参量,共1 503对样本开展对比分析,研究结果表明：(1)相比于地面自动站降水数据,Parsivel与地面观测一致性较高,DSG5则有一定的偏小。(2)相对于DSG5,Parsivel观测的粒子数浓度N_w相对较多、质量加权平均直径D_m则相对较小。(3)对于分钟雨强RR≥20 mm·h^-1的降水,Parsivel粒子直径小于(大于)3 mm数浓度高于(低于) DSG5的观测。(4)对于直径大于4 mm的粒子,Parsivel的观测的下落速度略低于理论值,DSG5则明显大于理论值。另外,2次雨雪转换过程中降水现象观测对比研究表明DSG5对降水现象有着良好的观测,相比于Parsivel,其在降水相态转换过程中的天气现象与人工观测结果一致性更好。

     

714C天气雷达冬季测雪的分析与实践

从雪对电磁波的散射和衰减入手，定性分析了714C天气雷达的测雪能力，以2000年冬季测雪实践为例，总结了乌鲜果昌机场714C天气雷达测雪的一般特点。     

公路交通气象自动观测系统设计

公路交通气象自动观测系统(RWIS)的设计以满足高速公路沿线天气预报和实况预警需求为出发点,在技术选取方面既保持与常规气象观测技术指标的一致性,又考虑了公路交通气象野外监测对数据时效性和可靠性的要求。与常规地面气象观测方法相比,该系统设计主要具有适应野外无人探测环境、观测要素按需选取、模块化设计灵活可配、传感器布局有特殊要求以及数据流、状态流和控制流兼容并行等特点。公路交通气象观测系统的硬件结构采用模块化设计集成各类传感器,通信传输采用数据对象字典方式组织气象观测数据和设备状态信息以数据流方式实时上传,观测信息和设备信息通过采集软件和中心站软件进行分析处理。目前该系统已在全国推广应用,数据上传至中国气象局,并形成业务化系统平台,观测产品已通过CMACast系统分发至全国各地共享应用。     

气候观测系统及其相关的关键问题

地球系统中的大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈构成了气候系统, 气候系统中不同圈层之间的相互作用决定了气候的自然变化。由于人类活动的日益加剧, 对气候系统已经产生了显著影响。气候的自然变化和人类活动导致的气候变化对社会经济的发展以及人民生活的影响日益加大, 并涉及到国家安全、环境外交和可持续发展等一系列重大问题。要认识气候变化及其强迫因素、预测未来气候变化, 最基础的工作是建立针对气候目的涉及到气候系统五大圈层的综合气候观测系统, 以获取所需的高质量资料和相关产品, 提供气候系统变化的详细信息。该文回顾了气候观测系统设计在中国的发展以及中国气象科学研究院在组织设计中国气候观测系统中的作用, 并指出了在建立我国气候观测系统中存在的一些需要改进的方面。在对气候观测系统进行分析的基础上, 指出了与建立气候观测系统相关的10个方面的关键问题, 这些问题包括:气候观测系统的科学需求、气候观测系统的代表性、全面性、规范性、对气候预测和预估及模式发展的支撑性、多学科应用性、社会经济性、资料开放共享性以及气候系统资料的同化再分析和历史资料的抢救。     

自动农业气象观测系统功能与设计

根据现代农业气象业务需求,提出了可视化、实时性、远程控制的自动农业气象观测系统技术思路、设计原则,并设计了系统的硬件和软件架构及自动化观测的实现方法。该系统具有作物生长、农田气象要素观测及环境监控功能,可实现作物发育期、株高、盖度等的自动观测,还可实现农田主要农业气象灾害实时监测。该文利用三维空间模拟技术初步确定了CCD (charge-coupled device) 传感器的技术指标;提出利用图像判别技术,结合作物生长特征及农业气象指标,实现作物发育期自动判别;利用摄影测量学技术,采用动态跟踪法实现作物株高自动化观测;提出了作物盖度的计算方法和通过研究作物盖度与密度、叶面积指数的关系,解决作物种植密度和叶面积指数自动观测的技术思路。该系统模仿人工观测原理,将图像处理和摄影测量学等技术引入农业气象自动观测中,基本上可以满足农业气象观测的主要任务的实时性、可视化和自动化需求。     

远程控制人工影响天气火箭自动化作业系统

为提高人工增雨火箭作业自动化程度,应用GIS、GPS、GPRS技术,以雷达为主要指挥手段、集雷达图像分析、作业预警、作业指挥、火箭状态、数据传递、火箭管理等项功能为一体,建立远程控制人工影响天气火箭自动化作业系统.该系统将指挥中心形成的作业指令无线传递给作业火箭,实现了远程控制火箭的自动旋转和发射,较好地解决了火箭操作烦琐、参数设计不科学、作业记录不完整、指令传输慢等问题.     

Roanu台风中突然天气变化的自动气象站资料评估

以斯里兰卡南部5.936 108°N、80.574 900°E处的自动气象站（AWS）的气象时间序列观测数据为依据,对2015年12月至2016年10月大气边界层的变化进行了定量分析.结果表明,印度洋北部的季风、气温、气压、相对湿度、降水和向下短波辐射的扰动随着季风的逆转而变化.2016年5月台风Roanu经过时,气压降低、相对湿度增大、降水增强和向下短波辐射减小,其特征是温度、相对湿度、降水和风速均迅速增加,之后气温和降水下降,而气压、向下短波辐射在急剧减小之后又急剧增大.自动气象站记录了台风到达前的气象条件,并自2016年5月13日起各个参数开始响应台风变化.从2016年5月28日开始,自动气象站记录台风通过后的气象条件,此时降水和向下辐射均减少.这些信号说明应用自动气象站可以持续观测台风条件.这项研究表明,斯里兰卡南部地区的气象数据可以用来进行天气评估,并可以对南部沿海地区的海气关系现象进行分析.此外,自动气象站的现场数据可以用作模型验证和参数化.     

安徽省土壤水分监测预测系统

基于农业气象业务需求,研发安徽省土壤水分监测预测服务系统,可为防汛抗旱决策服务提供技术支持。该文首先建立人工取土、自动土壤水分观测站等不同渠道土壤水分监测资料的实时传输与处理系统,再利用不同季节资料建立土壤墒情统计预测模型,然后对Surfer 8.0和线柱图控件进行二次开发,实现不同季节和不同土层的土壤墒情监测预测结果表格化、图形化动态显示与输出。该研究建立的土壤旱涝监测预测系统实现了从土壤水分原始监测数据到标准化土壤水分综合数据库、再从监测预测初级产品到动态及图形化显示的服务产品的四级数据文件转化及业务逻辑流程,系统业务实用性和转化力强,该系统已成功应用于安徽省农业旱涝预报预警业务服务。     

强对流天气监测短时预报系统

作者在前３年研究和试验的基础上，研制了一套适合湖南实际情况的较完善的准客观强对流天气监测短时预报系统，它包括图形图象显示，雷达定量估算降水和强对流天气短时预报方法子系统。     

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％。