雨雪冰凍天氣過程的觀測技術與氣象服務產品創新

摘 要：隨著全球氣候變化的加劇，極端天氣事件頻發，其中雨雪冰凍天氣對農業、交通、能源、城市基礎設施等領域造成了嚴重影響。為了有效應對這些挑戰，提高災害防范和應對能力，觀測技術與氣象服務產品的創新顯得尤為重要?；诖耍U述了觀測技術與氣象服務產品創新的意義，分析了雨雪冰凍天氣的成因和特征，介紹了雨雪冰凍天氣觀測技術，提出了氣象服務產品創新路徑。

關鍵詞：雨雪冰凍天氣；觀測技術；氣象服務產品

中圖分類號：P49 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–00-03

我國疆域遼闊，地理環境復雜多樣，橫跨熱帶、亞熱帶與溫帶三大溫度帶，這種獨特的地理條件為多種氣候類型的形成提供了基礎。然而，在全球氣候變暖的背景下，大氣環流呈現出更為復雜的態勢，異常度顯著偏高，導致天氣系統更加不穩定，極端天氣事件頻發。低溫雨雪冰凍天氣便是其中之一，其成因復雜，既與地理位置的特定條件相關，又深受全球氣候變化的影響。因此，準確地預測低溫雨雪冰凍天氣并積極組織預防工作十分必要。

1 觀測技術與氣象服務產品創新的意義

1.1 提高災害預警與應對能力

雨雪冰凍天氣往往伴隨著極端的氣象條件，如強降雪、道路結冰、低溫嚴寒等，這對人們的生產生活造成了嚴重威脅。遙感衛星和無人機等觀測技術的應用，能夠更加準確地監測雨雪冰凍天氣的發生，明確其發展趨勢和演變過程。通過這些技術手段，氣象部門可以實時獲取大量的氣象數據，并基于這些數據構建精細化的氣象預報模型，提前發布預警信息，為公眾和相關行業提供充足的準備時間，從而大大提高了災害預警與應對能力，減少了災害帶來的損失[1]。

1.2 實現氣象服務產品的多樣化

隨著社會的進步和經濟的發展，不同行業對氣象服務的需求日益多樣化和個性化。氣象服務產品的創新正是基于這種需求變化而進行的。針對雨雪冰凍天氣，氣象部門開發出多種類型的氣象服務產品，如精細化天氣預報、交通氣象服務、農業氣象服務等，這些產品不僅提供了更加詳細、準確的氣象信息，還可根據不同行業的特點和需求進行定制化設計，使得氣象服務更貼近實際且更具有針對性，在一定限度上促進了社會經濟的穩定發展。

1.3 推動氣象科技的進步

一方面，觀測技術的創新需要不斷引入新的科技手段和設備，這樣可以提高觀測的精度和效率，推動相關技術的發展和成熟。另一方面，氣象服務產品的創新也需要不斷引入新的理論和方法，如人工智能、大數據等，這些理論和方法的引入和應用不僅提高了氣象預報的準確性和時效性，還推動了氣象學科的發展和完善。因此，雨雪冰凍天氣過程的觀測技術與氣象服務產品的創新，對推動氣象科技的進步與發展具有重要意義[2]。

2 雨雪冰凍天氣過程分析

2.1 雨雪冰凍天氣的成因

第一，冷空氣的南下是雨雪冰凍天氣發生的主要因素。當北方強冷空氣南下，與南方暖濕氣流相遇時，兩者在交界處形成鋒面，導致水汽凝結產生降水。若此時地面溫度＜0 ℃，則降水將以雪或冰的形式出現。

第二，高山、丘陵等地形地貌容易形成局部氣候，使得降雪和冰凍現象更為嚴重。這些地區的氣流受到地形抬升作用，易形成云而致雨，且由于地形的阻擋作用，冷空氣容易在這些地區堆積，形成低溫環境。同時，在特定的地形條件下，如山谷、河谷等，容易形成局部環流。這些環流會影響氣流的運動方向和速度，進而影響降水的分布和強度。例如，在山谷地區，由于地形的狹管效應，氣流會加速并上升，有利于云致雨的發生。

第三，受大氣環流影響，當大氣層結穩定時，風速較小，有利于降雪和冰凍的維持和加劇。例如，2008年，赤道中東太平洋海溫進入拉尼娜狀態，導致海表溫度較常年同期偏低。這種海溫異常會影響全球大氣環流，進而影響我國的降水分布和氣溫變化。拉尼娜事件是導致我國南方地區出現大范圍持續低溫雨雪冰凍天氣的重要原因之一[3]。

2.2 雨雪冰凍天氣的特征

雨雪冰凍天氣具有顯著的季節性特征，通常發生在冬季或早春時節。其持續時間可長可短，短則數小時，長則可達數周甚至數月，具體取決于冷空氣的強度、持續時間和水汽供應情況。同時，雨雪冰凍天氣影響范圍廣泛，可覆蓋整個國家或地區，甚至跨國界影響。在強度上，雨雪冰凍天氣可造成不同程度的積雪、冰凍和道路結冰，嚴重影響人們的日常生活和出行安全。此外，雨雪冰凍天氣還常伴有低能見度、大風等不利氣象條件，進一步加劇其災害性。

3 雨雪冰凍天氣觀測技術

3.1 地面觀測技術

地面氣象觀測站是雨雪冰凍天氣觀測的基礎設施，其監測的實時數據為天氣預報和災害預警提供了基礎依據，有助于及時采取措施應對災害，其數據連續性和穩定性較高，能夠反映氣象要素的長期變化趨勢。一般而言，地面氣象觀測站會按照一定的間距和地理分布原則進行設置，確保覆蓋廣泛。在設備方面，地面氣象觀測站通常配備有溫度計、濕度計、風速風向儀、降水量測量儀等基礎設備，這些設備能夠實時監測并記錄氣象要素。

隨著科技的進步，新型傳感器與監測設備在雨雪冰凍天氣觀測中的應用越來越廣泛，其中，激光雷達作為一種高精度測距儀器，在雪深監測中發揮了重要作用。激光雪深傳感器應用激光測距技術，通過發射激光束并接收其反射信號，精確計算激光束往返的時間差或相位差，從而得出雪面的距離，進而測量雪深，其具有毫米級的高精度，能夠顯著提升雪深測量的準確性。同時，激光雪深傳感器具有極高的方向性和速度，能夠準確識別并測量雪層厚度，避免了其他傳感器在雪層測量中可能遇到的干擾和誤差，即使是在復雜天氣和地形條件下也能保持高精度。此外，紅外傳感器則通過檢測物體輻射的紅外能量推斷其表面溫度，進而判斷路面是否結冰。激光和紅外等新型傳感器采用非接觸式測量方式，減少了與雪層直接接觸帶來的磨損和維護需求。這種設計不僅延長了傳感器的使用壽命，還避免了因接觸式測量可能引入的誤差[4]。

3.2 遙感觀測技術

遙感衛星監測技術在雨雪冰凍天氣監測中發揮著不可替代的作用，為氣象預報和災害預警提供了寶貴的數據支持。在雨雪冰凍天氣中，遙感衛星通過搭載各種高精度傳感器，能夠實時獲取地球表面的多種信息，包括云層分布、降水強度、冰層厚度等關鍵數據。

風云系列衛星是我國自主研發的氣象衛星，在雨雪冰凍天氣監測中表現出色，該系列衛星搭載了多光譜成像儀、微波輻射計等先進設備，能夠實現對大氣、陸地和海洋的全方位監測，尤其是在雨雪天氣中，風云衛星通過其獨特的微波探測能力，可以穿透云層，直接測量到降水粒子的分布和強度，為氣象預報員提供準確的降水信息。并且，風云衛星還具備高時間分辨率的特點，能夠實現對雨雪天氣的連續觀測，為災害預警提供了重要的依據。

高分衛星搭載的高分辨率相機能夠拍攝到地表細微的變化，包括冰層表面的裂紋、積雪的厚度和分布等。這些數據在評估雨雪冰凍天氣對交通、農業、城市基礎設施等的影響方面具有重要意義。同時，高分衛星還具備多光譜成像能力，可以通過不同波段的反射特性，區分出不同類型的冰雪覆蓋，為災害評估提供更加全面的信息。

3.3 無人機觀測技術

無人機觀測技術在雨雪冰凍天氣監測中展現了獨特的靈活性和高效性。相較于遙感衛星，無人機能夠在更低的高度飛行，獲取更為詳細的地表信息。同時，無人機還可以根據實際需求，靈活調整飛行路線和高度，實現對特定區域的精細化監測。在雨雪冰凍天氣中，無人機可以搭載多種傳感器，如溫濕度傳感器、氣壓傳感器、紅外相機等，實現對大氣參數、地表溫度、積雪厚度等多種數據的采集，方便工作人員進一步分析雨雪冰凍天氣的成因、發展趨勢及評估其對環境的影響[5]。

在飛行方面，無人機可以根據雨雪冰凍天氣的特點，制定合適的飛行計劃。例如，在降雪較大的區域，無人機可以采用低空飛行的策略，避免積雪對飛行安全的影響；在冰凍嚴重的區域，無人機則可以通過搭載紅外相機等設備，探測冰層表面的溫度分布。

在數據處理方面，無人機搭載的高精度傳感器在飛行過程中不斷采集數據，并通過無線傳輸技術，實時傳輸至地面站。地面站配備有先進的數據處理系統，能夠接收并處理這些數據，應用人工智能和大數據技術對數據進行深度挖掘和分析，提取出有用的信息，并將處理后的數據以可視化的形式展示給用戶，如生成積雪分布圖、冰層穩定性評估報告等。

3.4 觀測數據融合與處理技術

觀測數據融合與處理技術是指將來自不同傳感器、不同平臺及不同時間點的數據進行整合與綜合分析的過程，這種方法能夠充分利用各數據源的優勢，彌補單一數據源在覆蓋范圍、分辨率、時間分辨率等方面的不足，從而提升觀測數據的全面性和準確性。多源觀測數據融合主要包括像素級融合、特征級融合和決策級融合。

在數據處理過程中，大數據技術和人工智能技術發揮了重要的作用。大數據技術能夠高效處理海量的觀測數據，實現數據的快速存儲、檢索和分析，通過分布式計算框架顯著加快數據處理的速度和擴大數據處理的規模。人工智能技術通過訓練機器學習模型，可以實現對觀測數據的自動分類、識別和預測。在數據融合過程中，可以引入遺傳算法、粒子群優化等優化算法，對融合參數進行自動調優，以達到最優的融合效果。

4 氣象服務產品創新路徑

4.1 搭建氣象信息服務平臺

氣象信息服務平臺是連接氣象數據與公眾的橋梁，集成了先進的氣象數據處理與分析技術，融合了用戶友好的界面設計和交互體驗，確保信息能夠及時、準確地傳達。

第一，在建設階段，氣象部門需整合多源氣象數據，包括衛星遙感、雷達觀測、地面氣象站等數據源，確保數據的全面性和準確性；不斷優化服務內容和形式，滿足公眾多樣化的需求。同時，平臺需要提供實時氣象信息，包括溫度、濕度、風速、降水等關鍵氣象要素，以及未來幾天的天氣預報和氣象預警信息，為公眾合理安排日常生活和出行計劃提供依據。

第二，氣象部門要充分利用現代傳媒技術優勢，在平臺生動直觀地介紹氣象科學的基本原理，以通俗易懂的語言和豐富的案例，幫助公眾建立起對氣象科學的基本認知框架。針對常見的氣象災害，如暴雨、臺風、干旱等，還應詳細解析其成因、特點、影響范圍及防御措施，增強公眾的防災減災意識和自救互救能力。

第三，氣象部門還要注重與教育機構、社區組織等合作，共同開展氣象知識進校園、進社區等活動。通過舉辦講座、展覽，讓公眾在輕松愉快的氛圍中學習氣象知識，感受氣象科學的魅力，這些活動不僅能豐富公眾的文化生活，還可進一步推動氣象知識的普及與傳播，為構建全民參與的氣象防災減災體系奠定堅實的基礎[6]。

4.2 深化個性化與定制化服務

隨著用戶需求的日益多樣化，氣象服務產品應不斷深化個性化與定制化服務。通過收集用戶的偏好、行為習慣等信息，為用戶提供更加符合其需求的氣象服務。例如，針對旅游愛好者，可以開發旅游氣象服務產品，提供目的地未來幾天的天氣預報、穿衣建議、戶外活動建議等。針對農業用戶，可以提供作物生長氣象服務，包括作物適宜生長條件、病蟲害預警等信息。

4.3 構建多尺度預報模型

多尺度預報模型在雨雪冰凍天氣預報中發揮著重要作用。該模型通過融合不同時間和空間尺度的氣象數據，能夠更全面地描述大氣系統的復雜性和動態變化。模型選擇時，相關部門應根據預報目標和預報區域的特點，選擇適合的數值預報模式和物理參數化方案。參數優化則依賴于大量的歷史數據和先進的優化算法，通過不斷調整模型參數，提升預報的準確性和穩定性。在此基礎上，工作人員需要驗證預報結果，通過與實際觀測數據對比，評估預報誤差并反饋至模型改進中。

4.4 注重用戶體驗與建立反饋機制

用戶體驗是氣象服務產品創新的核心。在產品開發過程中，應始終關注用戶的需求和反饋，不斷優化產品功能和界面設計，提升用戶體驗。氣象部門需要建立完善的用戶反饋機制，及時收集用戶在使用過程中遇到的問題和建議，為產品的持續改進提供依據。同時，可以利用用戶反饋數據進行產品迭代升級，推出更符合用戶需求的新產品和新功能。此外，氣象部門還可以通過用戶社區、在線調查等方式，加強與用戶的互動和溝通，與用戶建立良好的關系。

5 結束語

雨雪冰凍天氣過程的觀測技術與氣象服務產品的創新對提高災害防范能力和保障社會經濟發展具有重要意義。通過綜合運用遙感衛星和無人機等現代科技手段，實現了對雨雪冰凍天氣的實時監測和預警。同時，氣象服務產品的創新，不僅滿足了不同領域的需求，還推動了氣象服務的專業化、智能化發展。未來，隨著技術的不斷進步，雨雪冰凍天氣觀測與氣象服務產品將進一步融合，為社會可持續發展奠定基礎。

參考文獻

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[3] 王興菊，汪超，李啟芬，等.貴州省兩次低溫雨雪冰凍天氣過程對比分析[J].貴州氣象，2017，41（4）：17-23.

[4] 高可麗，馬永薈，梁文艷，等.迎戰雨雪冰凍天氣襄陽水產專家在行動[J].漁業致富指南，2024（3）：3-4.

[5] 陳瑾.低溫雨雪冰凍天氣危害及防御[J].中國減災，2024 （5）：6-7.

[6] 王艷蘭，伍靜，唐橋義，等.廣西長低溫雨雪冰凍過程環流特征及低溫擾動分析[J].氣象科技，2022，50（1）：75-84.

收稿日期：2027-07-31

作者簡介：趙明（1993—），男，吉林公主嶺人，工程師，研究方向為氣象綜合業務。