丹東霧和霾自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的對(duì)比評(píng)估

仲淙舜++劉洪林++宮正++吳歡峰++范佳文

[摘要]隨著科技的發(fā)展，氣象技術(shù)也在大力發(fā)展，氣象數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性也在提高。通過對(duì)丹東地區(qū)的多個(gè)地表氣象站的檢測(cè)數(shù)據(jù)，比較自動(dòng)檢測(cè)與人工檢測(cè)霧、霾數(shù)據(jù)，通過對(duì)比評(píng)估可以得出，在3月有輕微霾的天數(shù)是8天，霧是1天，霧與霾同時(shí)存在的天數(shù)為12%，自動(dòng)觀測(cè)比人工觀測(cè)得出的輕霧天氣多出10天，人工檢測(cè)的霾天數(shù)和霧天數(shù)比自動(dòng)觀測(cè)少了5天，霾和霧的差別主要集中在早上的八點(diǎn)左右，對(duì)于能見度的對(duì)比，人工監(jiān)測(cè)與智能檢測(cè)對(duì)于濕度的差別達(dá)到了25%，所以能見度的誤差是導(dǎo)致自動(dòng)檢測(cè)與人工檢測(cè)差別的重要原因。文章主要針對(duì)霧和霾的人工檢測(cè)與智能檢測(cè)的對(duì)比結(jié)果，對(duì)所出現(xiàn)的問題進(jìn)行解決。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)檢測(cè)；人工檢測(cè)；丹東霧霾

[DOI]1013939/jcnkizgsc201718312

霧霾作為影響人們身體健康的災(zāi)難性氣候，對(duì)人們的生活，健康和交通安全都是巨大的阻礙，自從2014年以來我國中東部地區(qū)出現(xiàn)了特大范圍的霧霾天氣，時(shí)間為八天，這嚴(yán)重地危害了當(dāng)?shù)厝嗣竦纳眢w健康與日常出行，該地區(qū)的政府有關(guān)部門對(duì)此非常重視，為此已經(jīng)組織開展氣象改革工作，加快我國氣象觀測(cè)的自動(dòng)性，加強(qiáng)對(duì)氣候的預(yù)測(cè)服務(wù)等工作，從2015年起很多的改革試點(diǎn)都取消了人工觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輕霧、霧、霾的自動(dòng)化檢測(cè)。

近些年來，我國有關(guān)學(xué)者對(duì)15年左右的自動(dòng)觀測(cè)和人工觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并根據(jù)資料分析儀器在自動(dòng)檢測(cè)與人工檢測(cè)的差異，丹東市作為氣象站新型的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)之一，在2015年就已經(jīng)裝配了8個(gè)新型氣象站并正式使用，輕霧和霾在視覺上是很難區(qū)別的，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式是靠檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)來區(qū)分的，但是新型的氣象檢測(cè)設(shè)備會(huì)根據(jù)氣象氣體進(jìn)行分析，所以會(huì)對(duì)空氣進(jìn)行定量區(qū)分。能更好地辨別霧與霾，另外由于對(duì)空氣檢測(cè)是應(yīng)該以分鐘為單位進(jìn)行精確的，所以這對(duì)于人工檢測(cè)也是一種限制，對(duì)于視程障礙的辨別，這也是自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前的難點(diǎn)。對(duì)此，丹東市在2015年3月進(jìn)行了31天的霧，霾自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的對(duì)比試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析確認(rèn)自動(dòng)觀測(cè)視程障礙的標(biāo)準(zhǔn)是否可行，對(duì)所出現(xiàn)的問題提出合理化的建議。

1數(shù)據(jù)和方法

11數(shù)據(jù)

本研究所應(yīng)用得數(shù)據(jù)是根據(jù)丹東氣象中心所提供的四個(gè)地區(qū)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是2015年經(jīng)過兩個(gè)月所得出整理的輕霧、霧、霾的定時(shí)和能見度數(shù)據(jù)。

12收集數(shù)據(jù)所應(yīng)用的方法

四個(gè)地區(qū)的氣象站中，有兩個(gè)是國家基本氣象站，采用的是人工檢測(cè)，每天五次，自動(dòng)觀測(cè)采用華云技術(shù)提供的能見度儀，剩余的六個(gè)氣象站中采取人工檢測(cè)每天兩次檢測(cè)，自動(dòng)檢測(cè)采用凱邁公司提供的自動(dòng)能見度儀進(jìn)行檢測(cè)，其中人工定時(shí)檢測(cè)有兩次的檢測(cè)是對(duì)過去幾小時(shí)內(nèi)所發(fā)生的視程障礙現(xiàn)象進(jìn)行總結(jié)，自動(dòng)觀測(cè)是采用每十分鐘才去一次平均能見度和相對(duì)濕度的方式，并對(duì)全天的氣候進(jìn)行匯總。

平行觀測(cè)時(shí)，自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)是相互不受影響的，國家氣象局對(duì)于自動(dòng)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)下達(dá)，標(biāo)準(zhǔn)是同人工檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)一樣都調(diào)至25%，對(duì)于輕霧、霧霾的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是按照《地面觀測(cè)規(guī)范》，并結(jié)合相關(guān)的規(guī)定對(duì)其進(jìn)行區(qū)別。

2同期數(shù)據(jù)的比較

根據(jù)表中觀測(cè)的對(duì)于輕霧、霧、霾的標(biāo)準(zhǔn)來看，在十幾年間，丹東市3月出現(xiàn)輕霧的現(xiàn)象是最多的，霾的天數(shù)最少，但就增長情況看，隨著時(shí)間的增長，霾的天數(shù)在增加，尤其是2005年以后，丹東市的霾的天數(shù)普遍是3天多，并且根據(jù)四個(gè)地面氣象站點(diǎn)的觀測(cè)，在三月中，出現(xiàn)輕霧和霾的天數(shù)為357天占天氣總現(xiàn)象的84%，出現(xiàn)霧和霾的天數(shù)是60天占天氣現(xiàn)象的09%，所以這也說明輕霧和霾是人工觀測(cè)視覺障礙中普遍出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象。

根據(jù)對(duì)輕霧、霧、霾的具體分析，發(fā)現(xiàn)由于人工觀測(cè)的觀測(cè)方法和工作人員的工作經(jīng)驗(yàn)的差別，導(dǎo)致對(duì)于視程障礙現(xiàn)象的記錄有很大的不同，例如在丹東西部的記錄，霧的天氣記錄遠(yuǎn)多于霾的天數(shù)，這種觀測(cè)方式的不同很大程度上造成對(duì)于霾天數(shù)現(xiàn)象記錄的減少。

3自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的對(duì)比

（1）根據(jù)對(duì)丹東地區(qū)四個(gè)氣象站中的數(shù)據(jù)整理可以看出，人工觀測(cè)所記錄的輕霧天氣比自動(dòng)觀測(cè)所記錄的輕霧天數(shù)多，而記錄的霧與霾的天數(shù)比自動(dòng)觀測(cè)少很多，并且從視程障礙上看人工觀測(cè)與自動(dòng)關(guān)測(cè)的結(jié)果都是一致的。與此同時(shí)，歷史同期的人工觀測(cè)的結(jié)果都是相似的，在平行期觀測(cè)的輕霧與霾出現(xiàn)的天數(shù)，比霧與霾出現(xiàn)的次數(shù)多。

（2）通過對(duì)比自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的視程障礙現(xiàn)象的差異可以得出引起差異的主要原因是人工觀測(cè)的視程障礙是一個(gè)小時(shí)內(nèi)的，間隔時(shí)間比較長，所以在八點(diǎn)后隨著時(shí)間的變化輕霧已經(jīng)開始消散，所以會(huì)造成人工觀測(cè)的差異性，另外也可能與觀測(cè)閾值的不同，調(diào)整自動(dòng)觀測(cè)的能見度也可能導(dǎo)致人工觀測(cè)與自動(dòng)關(guān)測(cè)的不同。

（3）所以針對(duì)以上對(duì)丹東市平行觀測(cè)期的自動(dòng)觀測(cè)視程障礙與人工觀測(cè)視程障礙的差異可分析，天氣出現(xiàn)的變化趨勢(shì)和演變趨勢(shì)，從觀測(cè)天氣的角度考慮，自動(dòng)觀測(cè)比人工觀測(cè)更準(zhǔn)確，由于人工觀測(cè)在夜間是不進(jìn)行工作的，所以會(huì)忽視夜間出現(xiàn)時(shí)程障礙的現(xiàn)象，對(duì)于霾的出現(xiàn)的會(huì)有很大的疏忽。

（4）自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的能見度比較。

在新型自動(dòng)氣象站視程障礙現(xiàn)象的觀測(cè)中，自動(dòng)觀測(cè)能見度的正確與否至關(guān)重要。因此，文中將重點(diǎn)研究不同能見度范圍中自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的相對(duì)偏差，以此分析能見度儀自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的差異。這里將相對(duì)偏差定義為自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)的能見度差值的絕對(duì)值與人工觀測(cè)值之比。表分別給出自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)能見度相對(duì)偏差和負(fù)偏差比例。由表中可以看出，丹東地區(qū)自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)能見度存在明顯差異，總的相對(duì)偏差達(dá)251%，負(fù)偏差統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，自動(dòng)觀測(cè)能見度小于人工觀測(cè)占545%偏低10km以上的占285%，而自動(dòng)觀測(cè)和人工觀測(cè)能見度相等僅占65%，從不同能見度范圍的差異統(tǒng)計(jì)看能見度小于150km時(shí)，60%～70%自動(dòng)觀測(cè)能見度均為偏小，而能見度大于150 km時(shí)，75%左右自動(dòng)觀測(cè)能見度偏大；對(duì)于各個(gè)觀測(cè)時(shí)次來說，負(fù)偏差統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本表現(xiàn)出了自動(dòng)觀測(cè)能見度小于人工觀測(cè)的特點(diǎn)，尤其是8：00和20：00

4結(jié)論

利用丹東地區(qū)四個(gè)地面氣象站1951—2016年歷年3月人工觀測(cè)及2015年3月自動(dòng)和人工平行觀測(cè)的輕霧、霧、霾資料，對(duì)新型自動(dòng)站觀測(cè)視程障礙現(xiàn)象的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估，得到如下結(jié)論：①三月出現(xiàn)的輕霧現(xiàn)象最多，并有增加趨勢(shì)。②人工觀測(cè)的輕霧比自動(dòng)觀測(cè)的輕霧天數(shù)多，其中差異主要表現(xiàn)在8：00的觀測(cè)數(shù)據(jù)，而對(duì)于結(jié)果的顯示表明自動(dòng)觀測(cè)的數(shù)據(jù)比人工觀測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。③在相對(duì)濕度滿足條件的情況下，能見度的判別誤差是導(dǎo)致自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)輕霧、霧、霾現(xiàn)象判別差異的重要原因。④然而，對(duì)于目前現(xiàn)行業(yè)務(wù)規(guī)定中將新型自動(dòng)站判別霧和霾的能見度閾值在人工觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上統(tǒng)一下調(diào)25%，所以應(yīng)直接將所有自動(dòng)能見度觀測(cè)數(shù)據(jù)視為偏小，這種做法科學(xué)性需進(jìn)一步研究探討。

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