DSG5降水現(xiàn)象儀平行觀測(cè)初步分析

王剛 袁學(xué)所 王從喜 張?chǎng)瓮?/p>

摘 要：利用鳳陽(yáng)國(guó)家站2018年1月至2019年6月DSG5降水現(xiàn)象儀自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)與同時(shí)期的人工觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)降水現(xiàn)象儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評(píng)估，探究DSG5降水現(xiàn)象儀在實(shí)際觀測(cè)業(yè)務(wù)中對(duì)降水天氣現(xiàn)象觀測(cè)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：DSG5降水天氣現(xiàn)象儀;捕獲率;空?qǐng)?bào)率;分析

中圖分類號(hào) P413文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）19-015-03

隨著地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化改革工作的進(jìn)一步推進(jìn)，《全國(guó)地面觀測(cè)自動(dòng)化改革方案》已經(jīng)發(fā)布，優(yōu)化地面觀測(cè)項(xiàng)目，提高地面觀測(cè)自動(dòng)化程度被明確要求。其中，降水現(xiàn)象儀的安裝使用成為此次提升地面觀測(cè)自動(dòng)化的重要一環(huán)，克服了人工觀測(cè)降水天氣現(xiàn)象的主觀性，提高了降水天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)的完整性[1]。

1 數(shù)據(jù)的來(lái)源及分析方法

按照《降水現(xiàn)象平行觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定》要求進(jìn)行平行觀測(cè)，平行觀測(cè)時(shí)間為2年，平行觀測(cè)的第1年以人工觀測(cè)記錄為正式觀測(cè)記錄，平行觀測(cè)的第2年以DSG5降水現(xiàn)象儀自動(dòng)觀測(cè)記錄為正式觀測(cè)記錄。本研究數(shù)據(jù)第1階段觀測(cè)采用鳳陽(yáng)站2018年1月至2018年12月觀測(cè)數(shù)據(jù)，第2階段觀測(cè)采用2019年3月至2019年6月觀測(cè)數(shù)據(jù)。因鳳陽(yáng)站為一般站，為保證人工觀測(cè)天氣現(xiàn)象的記錄準(zhǔn)確性，本次分析的時(shí)間均為每日08時(shí)至當(dāng)日20時(shí)。

根據(jù)氣測(cè)函2017（87）號(hào)觀測(cè)司關(guān)于《降水現(xiàn)象平行觀測(cè)業(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定》中的相關(guān)要求，以捕獲率、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率及錯(cuò)報(bào)率等方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。因在日常觀測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)本站陣性降水不易被DSG5降水天氣現(xiàn)象儀捕獲，易產(chǎn)生漏報(bào)及錯(cuò)報(bào)等現(xiàn)象，故本研究選擇以捕獲率及空?qǐng)?bào)率2個(gè)方面為主要分析數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。降水現(xiàn)象捕獲率（%）=儀器正確識(shí)別該天氣現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間/人工記錄該天氣現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間×100;將無(wú)降水天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，降水天氣現(xiàn)象儀識(shí)別為有降水天氣現(xiàn)象發(fā)生的情況視為空?qǐng)?bào)，每月統(tǒng)計(jì)空?qǐng)?bào)次數(shù)，因每日上傳1份日數(shù)據(jù)文件，以日為單元統(tǒng)計(jì)空?qǐng)?bào)率，空?qǐng)?bào)率（%）=當(dāng)月發(fā)生空?qǐng)?bào)次數(shù)/當(dāng)月天數(shù)×100。

2 降水天氣現(xiàn)象觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 第1階段

2.1.1 降水現(xiàn)象捕獲情況 DSG5降水現(xiàn)象儀主要捕獲毛毛雨、雨（陣雨）、雪（陣雪）、雨夾雪（陣性雨夾雪）、冰雹天氣現(xiàn)象，分析時(shí)將以上天氣現(xiàn)象統(tǒng)一稱為降水天氣現(xiàn)象。在實(shí)際發(fā)生降水的天氣日數(shù)，用儀器識(shí)別降水天氣現(xiàn)象的分鐘數(shù)與人工記錄的分鐘數(shù)進(jìn)行對(duì)比。從表1可以看出，平均降水捕獲率為83%，DSG5降水天氣現(xiàn)象儀有較高的降水捕獲能力，而DSG5降水天氣現(xiàn)象分鐘數(shù)每月均小于人工記錄降水天氣現(xiàn)象分鐘數(shù)。其原因多為在降水起止時(shí)間較為一致的情況下，DSG5降水天氣的記錄與人工記錄方式不一致，降水天氣現(xiàn)象儀每1min記錄1次降水天氣現(xiàn)象，所以在當(dāng)人工觀測(cè)記錄1次降水天氣現(xiàn)象過程時(shí)，降水現(xiàn)象儀的記錄中將這段降水過程記錄為多次降水過程。DSG5天氣現(xiàn)象儀記錄出現(xiàn)2次降水天氣現(xiàn)象間隔小于15min時(shí)不做連續(xù)記錄，而人工觀測(cè)作為連續(xù)記錄，導(dǎo)致整個(gè)降水天氣現(xiàn)象過程中，DSG5記錄降水分鐘數(shù)明顯小于人工記錄分鐘數(shù)。

2.1.2 降水現(xiàn)象儀空?qǐng)?bào)情況分析 將無(wú)降水天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，降水天氣現(xiàn)象儀識(shí)別為有降水天氣現(xiàn)象發(fā)生的情況視為空?qǐng)?bào);為方便統(tǒng)計(jì)，選取當(dāng)日人工未觀測(cè)到降水天氣現(xiàn)象（日累計(jì)降水量為0）且DSG5天氣現(xiàn)象儀識(shí)別當(dāng)天有降水天氣現(xiàn)象發(fā)生的作為空?qǐng)?bào)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)月空?qǐng)?bào)分鐘數(shù)及空?qǐng)?bào)次數(shù)。從表2可以看出，降水天氣現(xiàn)象儀在識(shí)別天氣現(xiàn)象中空?qǐng)?bào)現(xiàn)象較為頻繁，普遍每個(gè)月都有此類現(xiàn)象發(fā)生，每月平均空?qǐng)?bào)率32%，每次產(chǎn)生空?qǐng)?bào)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短也不相同，其中8月與9月空?qǐng)?bào)率達(dá)到50%以上，經(jīng)對(duì)原始數(shù)據(jù)的查看，空?qǐng)?bào)產(chǎn)生多為毛毛雨及雨兩種降水天氣現(xiàn)象。其從分布的時(shí)間段來(lái)看，4月至10月為空?qǐng)?bào)次數(shù)發(fā)生較多，其根據(jù)值班人員反映，因季節(jié)因素，蜘蛛網(wǎng)及蚊蟲影響較多[2-4]，導(dǎo)致儀器易誤判降水天氣現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 第2階段 第1階段以人工觀測(cè)記錄為準(zhǔn)，第2階段則以天氣現(xiàn)象儀觀測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，在2018年12月20日及2019年2月11日對(duì)地面綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)軟件進(jìn)行升級(jí)，其中對(duì)依據(jù)天氣現(xiàn)象儀觀測(cè)數(shù)據(jù)形成的長(zhǎng)Z文件中天氣現(xiàn)象進(jìn)行了質(zhì)控與訂正，將第2階段的形成Z文件傳輸?shù)奶鞖猬F(xiàn)象與人工觀測(cè)的天氣現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，分析其中的捕獲率及空?qǐng)?bào)率等數(shù)據(jù)。

2.2.1 降水捕獲率情況 第2階段的降水天氣現(xiàn)象儀的算法經(jīng)過優(yōu)化，且第2階段的DSG5降水現(xiàn)象儀數(shù)據(jù)沒有全年數(shù)據(jù)，故降水捕獲以每次降水過程為單位統(tǒng)計(jì)降水捕獲情況。將降水捕獲率從單月統(tǒng)計(jì)更改為降水過程統(tǒng)計(jì)，可以分析出每次降水過程的捕獲情況，但同時(shí)也增加了數(shù)據(jù)分析過程的波動(dòng)性。

通過表3及表4計(jì)算平均捕獲率為92%，與第1階段平均捕獲率83%相比，提高了9個(gè)百分點(diǎn)。分析其原因在于計(jì)算降水天氣現(xiàn)象時(shí)間時(shí)，將同一種降水天氣現(xiàn)象出現(xiàn)間歇時(shí)間在15min以內(nèi)的，作為1次過程記錄，并將時(shí)間記錄連續(xù)。DSG5降水現(xiàn)象儀記錄時(shí)間與人工觀測(cè)記錄時(shí)間差距縮小，且在部分降水過程中，DSG5型降水現(xiàn)象儀記錄降水過程比人工記錄過程更長(zhǎng)。同時(shí)在算法優(yōu)化后出現(xiàn)了與第1階段不同的問題，在同一分鐘記錄多種降水天氣情況的發(fā)生。如以下2019年3月1日這段天氣現(xiàn)象記錄（60 1524? ?1527′1607 1650′1711? ?1855′1911 1912，50 1525? ?1528′1651? ?1708′1834? ?1900）。12時(shí)25分出現(xiàn)雨與毛毛雨同時(shí)記錄的現(xiàn)象，分析其原因，在調(diào)取DSG5降水現(xiàn)象儀分鐘數(shù)據(jù)，1524min數(shù)據(jù)為雨;1525min數(shù)據(jù)為毛毛雨;1526min數(shù)據(jù)為雨;1527min數(shù)據(jù)為雨;1528min數(shù)據(jù)為毛毛雨;在降水過程中，DSG5降水天氣現(xiàn)象儀出現(xiàn)多種降水天氣現(xiàn)象交叉記錄的客觀現(xiàn)象。這才導(dǎo)致上述天氣現(xiàn)象記錄的產(chǎn)生，同時(shí)DSG5的記錄與雨滴譜在1次降水過程中粒子的大小分布相符合[5-6]。

在個(gè)別降水過程中，DSG5降水現(xiàn)象儀分鐘數(shù)據(jù)記錄分鐘數(shù)遠(yuǎn)多于人工觀測(cè)記錄分鐘數(shù)，如4月16日，分析其降水情況，DSG5與人工記錄雨的天氣時(shí)間基本一致，出現(xiàn)的差距在于人工記錄降水停止后，DSG5降水現(xiàn)象儀以毛毛雨持續(xù)記錄降水天氣現(xiàn)象所致。在統(tǒng)計(jì)第2階段過程中，人工未記錄過毛毛雨天氣現(xiàn)象，DSG5則多次記錄毛毛雨此類降水天氣現(xiàn)象。

2.2.2 降水現(xiàn)象儀空?qǐng)?bào)情況分析 第2階段降水天氣現(xiàn)象以降水天氣現(xiàn)象儀觀測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，仍然將無(wú)降水天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，降水天氣現(xiàn)象儀識(shí)別為有降水氣象現(xiàn)象發(fā)生的情況視為空?qǐng)?bào)。因在此階段有人工干預(yù)降水天氣現(xiàn)象記錄，直接統(tǒng)計(jì)人工白天干預(yù)降水天氣現(xiàn)象記錄即可。從表5可以看出，3—6月期間，DSG5空?qǐng)?bào)次數(shù)7次，與去年同期41次相比，空?qǐng)?bào)率降低80%，空?qǐng)?bào)次數(shù)明顯減少，同時(shí)對(duì)應(yīng)的空?qǐng)?bào)分鐘數(shù)減少87%，其中對(duì)空?qǐng)?bào)種類進(jìn)行定量分析，4月空?qǐng)?bào)中毛毛雨為143min，雨為4min;5月雨為32min;6月空?qǐng)?bào)中毛毛雨為1min，雨為3min。綜合上表降水天氣現(xiàn)象空?qǐng)?bào)主要表現(xiàn)在雨及毛毛雨的天氣現(xiàn)象中，空?qǐng)?bào)種類與第1階段出現(xiàn)空?qǐng)?bào)情況相似。

4 小結(jié)

（1）DSG5降水現(xiàn)象儀對(duì)降水天氣現(xiàn)象有較強(qiáng)的識(shí)別能力，降水時(shí)間的捕獲率從第1階段的83%提升到92%，且對(duì)每次降水過程均能準(zhǔn)確捕獲。能進(jìn)一步分析降水過程中雨滴的大小，進(jìn)而判斷降水天氣現(xiàn)象的類型。

（2）DSG5降水現(xiàn)象儀在使用過程中易受環(huán)境的影響而出現(xiàn)一些誤判及空?qǐng)?bào)等現(xiàn)象，需要觀測(cè)員及時(shí)地進(jìn)行維護(hù)。在第2階段通過設(shè)備維護(hù)及算法優(yōu)化等方式，可以將空?qǐng)?bào)率降至10%以下。

（3）DSG5降水現(xiàn)象儀觀測(cè)在第2階段評(píng)估分析過程中，出現(xiàn)同一分鐘出現(xiàn)2種以上降水現(xiàn)象同時(shí)存在的記錄，與2003版地面氣象觀測(cè)規(guī)范中天氣現(xiàn)象的要求不相一致。

（4）DSG5型降水現(xiàn)象儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)降水現(xiàn)象的全天候觀測(cè)，與人工記錄相比增加了夜間觀測(cè)記錄，提高了降水觀測(cè)數(shù)據(jù)的客觀性和及時(shí)性[7]。

參考文獻(xiàn)

[1]杜波，馬舒慶，梁明珠，等.雨滴譜降水現(xiàn)象儀對(duì)比分析觀測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用分析[J].氣象科技，2017，45（6）：996-1001.

[2]任嘉.降水現(xiàn)象儀的常見故障處理及日常維護(hù)[J].農(nóng)業(yè)氣象研究，2018，12（上）：233.

[3]張仕清，黃高平.自動(dòng)氣象站DSG5型降水現(xiàn)象儀故障分析及維護(hù)[J].科技創(chuàng)新，2018，09：2-6.

[4]楊曉波，張智超，吳楊.DSG5型降水現(xiàn)象儀平行觀測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用評(píng)估及誤差分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019，03：186-187.

[5]蔣年沖，胡雯，邵陽(yáng).等.安徽大別山一次強(qiáng)雨雪天氣過程降水粒子特征分析[J].氣象，2010，36（6）：79-84.

[6]盧超，羅紅艷，李磊.等.2015-2016年深圳地區(qū)強(qiáng)降水過程滴譜特征分析[J].氣象科技，2018，46（3）：563-567.

[7]陳冬冬，施麗娟，李肖霞.等.天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)現(xiàn)狀調(diào)研[J].氣象科技，2011，39（5）：596-602. （責(zé)編：張宏民）