天氣現(xiàn)象自動化觀測技術探索

陳新　楊曉波　李莉

摘 要：為有效提升天氣現(xiàn)象的自動化觀測水平，必須加強對先進天氣現(xiàn)象自動化觀測技術的應用。該文主要從天氣現(xiàn)象自動化觀測技術特點入手，重點對天氣現(xiàn)象自動化觀測技術的有效應用進行了分析和闡述，希望給行業(yè)相關人士提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：天氣現(xiàn)象 自動化 觀測技術

中圖分類號：P427 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（c）-0129-02

因國內(nèi)地面氣象觀測技術發(fā)展的比較晚，相關地面氣象觀測設備也相對落后，大多數(shù)情況下需要借助人工才能完成氣象觀測。近年來，隨著經(jīng)濟與科技的發(fā)展，我國氣象觀測設備自動化也取得了長足的進步。其中，在我國大部分氣象觀測站中，溫濕、氣壓、雨量、風、輻射、蒸發(fā)等傳感器基本實現(xiàn)了自動化或者半自動化，且運行穩(wěn)定。天氣現(xiàn)象自動化觀測技術的進步，為34種氣象天氣觀測的精準性提供了強有力的技術支撐，為我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展打下了堅實基礎。

1 天氣現(xiàn)象自動化觀測技術特點

所謂天氣現(xiàn)象自動化觀測系統(tǒng)指的是針對地面業(yè)務觀測設計的一系列自動化觀測設備。具體來說，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

第一，天氣現(xiàn)象自動化觀測技術是集常規(guī)地面氣象觀測、圖像以及光學散射等多種技術于一體的自動化觀測技術。

第二，天氣現(xiàn)象自動化觀測技術通過對圖像技術的利用，實現(xiàn)對各種大氣現(xiàn)象進行定量化、客觀化記錄，即便獲取樣本需要時間較長，短時間內(nèi)無法完成自動化識別，其還能夠進行自動化存儲，并對相關業(yè)務進行調(diào)整，從而為地面人工觀測與儀器觀測雙軌運行提供便利條件。

第三，在凝結(jié)天氣現(xiàn)象自動識別試驗中，識別技術和圖像采集技術取得了良好成果。

第四，就目前而言，天氣現(xiàn)象自動化觀測系統(tǒng)的識別功能不強，僅僅能夠?qū)?4種天氣現(xiàn)象中的24種天氣現(xiàn)象予以自動化識別，且識別精準率有待于提升。針對其余10種天氣現(xiàn)象的自動化觀測方法還需要進一步研究。

2 天氣現(xiàn)象自動化觀測技術的具體應用

2.1 降水天氣現(xiàn)象觀測技術的應用

具體來說，降水天氣現(xiàn)象主要包含雨、雪、霜、冰雹等多種類型。降水天氣現(xiàn)象是進行天氣預報、云物理研究以及人工影響天氣的重要資料，其不僅能夠?qū)邓奈锢頎顟B(tài)和強度信息進行客觀反映，還能夠?qū)邓纬傻脑莆锢項l件以及大氣狀態(tài)進行了精準反映。就目前而言，實現(xiàn)降水天氣現(xiàn)象自動化觀測的技術和方法有很多種，比如對降水粒子擊打物體的聲學特性以及降水粒子的遮擋特點及散射特點進行測量。通過這些技術，能夠有效獲得液態(tài)降水粒子的直徑、降水強度、降水量以及固態(tài)降水情況等方面的信息，但是無法對固態(tài)降水量和相關種類信息予以確定，也就是說無法對雨、雪以及冰粒等天氣現(xiàn)象加以區(qū)分。為此，以圖像傳感器為基礎和前提的降水天氣現(xiàn)象自動觀測技術憑借對降水物態(tài)精準識別的優(yōu)勢，得以普及使用。

2.2 視程障礙天氣現(xiàn)象觀測技術的應用

視程障礙天氣現(xiàn)象主要包含揚沙、沙塵暴、浮塵、霧霾、雪暴以及冰針等多種氣象，這些天氣情況都會或多或少地對氣象能見度產(chǎn)生影響。其中，揚沙、浮塵、沙塵暴以及霧霾等更是當前氣象服務的主要內(nèi)容。就目前來說，對視程障礙天氣現(xiàn)象能夠自動識別的方式主要分為兩種：一是對氣象能見度、溫濕度以及風速等進行觀測，從而對各類視程障礙天氣現(xiàn)象進行判別；二是運用圖像傳感器設備實現(xiàn)對大氣色度信息的獲取，并通過對色度學參數(shù)的運用有效實現(xiàn)對雪類、沙塵類以及霧類等天氣現(xiàn)象的區(qū)分。在整個天氣現(xiàn)象自動化觀測系統(tǒng)中，視程障礙天氣現(xiàn)象傳感器一般采取第一種方式為主、第二種方式為輔的應用理念，具體來說，主要分為以下幾個步驟：第一，在綜合判別的基礎上，通過自動化觀測技術實現(xiàn)對揚塵、沙塵暴以及霧霾等天氣現(xiàn)象的自動判別；第二，運用圖像傳感器實現(xiàn)對色度信息的獲取；第三，采取合理措施，有效提升天氣現(xiàn)象觀測的精準率和對不同視程障礙現(xiàn)象的區(qū)分功能。

2.3 凝結(jié)天氣現(xiàn)象觀測技術的應用

具體來說，凝結(jié)天氣現(xiàn)象主要包含霜、露、雨凇、霧凇等現(xiàn)象。其中，日常氣象服務及氣象災害服務的主要內(nèi)容為霜、霧凇、雨凇、積雪和結(jié)冰等天氣現(xiàn)象，這些天氣現(xiàn)象對我國工農(nóng)業(yè)產(chǎn)生嚴重影響。就目前而言，對凝結(jié)天氣的自動化識別已然成為天氣現(xiàn)象自動化觀測的瓶頸。加上凝結(jié)天氣現(xiàn)象、結(jié)冰、積雪等均具備相應的圖像特征，在對這些天氣現(xiàn)象進行自動識別的過程中使用圖像識別技術比較適用。同時，為有效提升天氣現(xiàn)象觀測結(jié)果的精準性和標準化，可以使用圖像傳感器來有效獲取滿足天氣現(xiàn)象觀測規(guī)范要求的統(tǒng)一示蹤物體上的凝結(jié)天氣現(xiàn)象相關資料。

2.4 光電天氣現(xiàn)象觀測技術的應用

具體來說，光電天氣現(xiàn)象主要包含閃電、雷擊以及極光等現(xiàn)象。其中，因云強烈放電而產(chǎn)生的光聲現(xiàn)象的為雷擊和閃電，其也是天氣預報和氣象服務的主要內(nèi)容。就目前來說，我國在對光電天氣現(xiàn)象進行觀測的過程中，已經(jīng)采用了技術相對比較成熟的閃電監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r傳遞到天氣現(xiàn)象自動化觀測系統(tǒng)中。一般來說，極光都是在高緯度地區(qū)的高空中出現(xiàn)，是因太陽粒子流在對高層大氣氣體進行轟擊的過程中出現(xiàn)的電離或者激發(fā)的彩色發(fā)光現(xiàn)象。在對極光天氣現(xiàn)象進行觀測的過程中，可以使用以CCD圖像傳感器為技術的自動化觀測技術，有效實現(xiàn)對空間天氣的預報和監(jiān)測。

2.5 其他天氣現(xiàn)象觀測技術

其他天氣現(xiàn)象主要包含臺風、龍卷風以及塵卷風等。在對這些天氣現(xiàn)象進行觀測的過程中，主要通過對自動氣象站溫濕度、風速、風向等的觀測實現(xiàn)自動識別。

3 結(jié)論

（1）隨著經(jīng)濟及社會的發(fā)展，人們對天氣現(xiàn)象自動化識別的應用越來越普及，要求也越來越高。在對天氣現(xiàn)象的觀測過程中，有效提升自動化觀測技術的水平具有非常重要的現(xiàn)實意義，其不僅能夠減輕氣象觀測人員的工作壓力，還能有效實現(xiàn)對無人觀測區(qū)域相關天氣現(xiàn)象的自動化識別。同時，在對天氣現(xiàn)象自動化觀測技術進行應用的同時，結(jié)合當前業(yè)務常規(guī)觀測信息、粒子光學信息以及閃電定位儀信息等，有效實現(xiàn)對天氣現(xiàn)象的自動識別，并為氣象服務和氣象災害提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

（2）在有效提升天氣現(xiàn)象自動化觀測技術水平的同時，還需要與實際應用相結(jié)合，分階段實施，并對當前天氣現(xiàn)象的劃分情況進行科學調(diào)整，分清輕重緩急，加強對業(yè)務需要旺盛的天氣現(xiàn)象的分析和研究力度。

（3）有效提升天氣現(xiàn)象自動化觀測技術水平的關鍵在于對光學傳感器及大氣粒子光學特定的研究。其中，降水現(xiàn)象即視程障礙現(xiàn)象與人們的生產(chǎn)生活息息相關。在實際操作過程中，加強對粒子光學特性的研究是當前國際天氣現(xiàn)象自動化觀測技術的發(fā)展趨勢，通過對設備的現(xiàn)場試驗、改良能夠有效實現(xiàn)對降水現(xiàn)象種類的自動化識別，以便為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們生活提供更好的氣象服務。

（4）天氣現(xiàn)象自動化觀測數(shù)據(jù)的精準性與否主要受到大量現(xiàn)場試驗和場外數(shù)據(jù)積累的影響。眾所周知，天氣現(xiàn)象復雜多變且具有較強的地域性，要想獲取精準觀測數(shù)據(jù)，必須進行反復試驗積累豐富資料，并對設備計算方式進行不斷完善，為天氣現(xiàn)象自動化觀測技術的提升打下堅實基礎。

參考文獻

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