天氣現象檢測器與觀測實況的降水強度對比分析

宋琳琳

摘要：沈陽桃仙國際機場天氣現象檢測器于2020年7月開始投入使用，為評估其參考價值，提升傳感器與觀測實況的降水強度一致性，對2020年8月的11次降水過程進行對比分析。結果表明：傳感器與觀測實況的降水強度一致性較低，對弱降水測量值偏小，對中降水測量值偏大，對強降水測量準確。具體表現為時間和閾值上的差異，可通過調整參數來提升一致性。

關鍵詞：氣象觀測;降水強度;對比分析

0引言

隨著技術的發展，大部分地面氣象觀測技術已經發展為自動觀測[1]。目前民航仍采用人工方式觀測降水，通過目視方式判斷降水強度。天氣現象檢測器投入使用后，其測量的降水強度可作參考。對比分析傳感器與觀測實況的降水強度一致性，調整其配置參數，可以提升傳感器輸出結果對氣象觀測的參考價值。

1 天氣現象檢測器

桃仙機場氣象自動觀測系統配備Vaisala 現時氣象檢測器PWD52。它具備前向散射儀和天氣現象傳感器功能，可同時監測能見度和天氣現象，能分辨出7種不同類型的降水。通過前向散射原理測量能見度，通過光學裝置的信號變化，捕捉降水過程中的水滴數量，再經軟件分析計算降水強度。

2 數據與方法

2.1 時間選取

統計桃仙機場2020年各月降水日數與降水量變化趨勢（圖1），可見8月降水日數最多為 17日，且降水量最大為291.8mm。對比分析的意義最大，因此選取2020年8月的數據。對于跨日界的降水過程，將兩日降水數據合并統計，共分為11次降水過程。

2.2 觀測實況數據

根據民用航空氣象地面觀測規范，航空氣象中對降水現象的觀測包括種類、性質、強度、起止時間。本文以地面氣象觀測月總簿記錄的降水強度和起止時間作為觀測實況數據，不對連續性降水和陣性降水作分別統計，種類全部為雨。按照觀測規范中對降雨強度的判定標準（表1），將降水劃分為弱降水、中降水以及強降水。

2.3天氣現象檢測器數據

采用桃仙機場跑道06端、24端天氣現象傳感器測量的降水強度數據，精度為每15秒一組，對照觀測實況出現降水的時段，選取共22852組數據。原始數據的強度單位為mm/h，與人工觀測降水強度的判定單位相同。按表1的判定標準，將原始數據轉換為對應強度，原始數據為0的視為無降水，再與觀測實況進行對比。

3 降水強度對比分析

3.1 強度一致性

對比06端傳感器與觀測實況，一致的9904組，不一致的12948組，一致率為43.34%。對比24端傳感器與觀測實況，一致的9799組，不一致的13053組，一致率為42.88%。兩端傳感器與觀測實況一致率相近，但與實況的一致性均較低，說明傳感器測量的強度存在很大偏差。

3.2 強度偏差

分析06端傳感器與觀測實況的降水強度對比結果（表2），當實況為弱降水時，傳感器為無降水的占41.2%。當實況為中降水時，傳感器為強降水的占41.5%。當實況為強降水時，傳感器也為強降水，一致率達100%。分析24端傳感器與觀測實況的降水強度對比結果（表3），當實況為弱降水時，傳感器為無降水的占41.6%。當實況為中降水時，傳感器為強降水的占50.6%。當實況為強降水時，傳感器也為強降水，一致率達100%。

綜合對比結果，兩端傳感器偏差呈現相同規律。對弱降水，傳感器測量值偏小，易檢測為無降水;對中降水，傳感器測量值偏大，易檢測為強降水;對強降水，傳感器與觀測實況一致性高達100%。說明通過光學信號測量降水，在微量降水天氣下判定不夠準確[2]。

3.3偏差原因

對11次降水過程分別制作傳感器與觀測實況降水強度變化時序圖，發現產生偏差的主要原因有兩點。以18日的降水為例（圖2），整個降水過程中，兩端傳感器與實況的強度變化趨勢是基本一致的，但三者在強度的轉換上存在明顯差異。

一是傳感器與實況在小雨到中雨轉換的時間不同，按照先后順序依次是06端、24端、觀測實況。這是由于三者測量降水的位置存在差異，06端、24端、觀測平臺沿跑道方向自西向東依次排列，且影響桃仙機場的降水系統大多自西向東移動，因此需要調整時間參數。

二是強度閾值差異，06端和24端傳感器的強度峰值均在25～30mm/h之間，依據觀測規范，此時降水強度應為強，而觀測實況記錄中，本次過程并未出現強降水。這說明時間調整并不能使三者一致性達到最佳，傳感器界定降水強度的閾值也需要調整。

4 結論與探討

傳感器與觀測實況的降水強度一致性較低，兩端傳感的降水偏差呈現相同的規律，對弱降水測量偏小，對中降水測量偏大，對強降水測量準確。具體表現為時間和閾值上的差異，可通過調整參數來提升一致性。

通過測量兩端傳感器與觀測平臺的距離，以及系統移動速度，可以得到降水經過三者的時間差值，來調整時間參數。通過增大判定強降水和中降水的閾值，調整降水強度配置參數，可使一致性達到最佳，提升天氣現象檢測器應用于氣象觀測的參考價值。

參考文獻

[1] 行鴻彥，張金玉，徐偉.地面自動氣象觀測的技術發展與展望[J].電子測量與儀器學報，2017，31（10）：1534-1542.

[2] 張占文，李新芳.FD12P天氣現象傳感器故障檢查和校準方法木[J].中國民航飛行學院學報，2017，1（28）：33-36.

（民航東北地區空中交通管理局 ?遼寧 ?沈陽 ?110000）