天气现象自动化观测技术探索

陈新　杨晓波　李莉

摘 要：为有效提升天气现象的自动化观测水平，必须加强对先进天气现象自动化观测技术的应用。该文主要从天气现象自动化观测技术特点入手，重点对天气现象自动化观测技术的有效应用进行了分析和阐述，希望给行业相关人士提供一定的参考和借鉴。

关键词：天气现象 自动化 观测技术

中图分类号：P427 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（c）-0129-02

因国内地面气象观测技术发展的比较晚，相关地面气象观测设备也相对落后，大多数情况下需要借助人工才能完成气象观测。近年来，随着经济与科技的发展，我国气象观测设备自动化也取得了长足的进步。其中，在我国大部分气象观测站中，温湿、气压、雨量、风、辐射、蒸发等传感器基本实现了自动化或者半自动化，且运行稳定。天气现象自动化观测技术的进步，为34种气象天气观测的精准性提供了强有力的技术支撑，为我国工农业发展打下了坚实基础。

1 天气现象自动化观测技术特点

所谓天气现象自动化观测系统指的是针对地面业务观测设计的一系列自动化观测设备。具体来说，主要表现为以下几个方面。

第一，天气现象自动化观测技术是集常规地面气象观测、图像以及光学散射等多种技术于一体的自动化观测技术。

第二，天气现象自动化观测技术通过对图像技术的利用，实现对各种大气现象进行定量化、客观化记录，即便获取样本需要时间较长，短时间内无法完成自动化识别，其还能够进行自动化存储，并对相关业务进行调整，从而为地面人工观测与仪器观测双轨运行提供便利条件。

第三，在凝结天气现象自动识别试验中，识别技术和图像采集技术取得了良好成果。

第四，就目前而言，天气现象自动化观测系统的识别功能不强，仅仅能够对34种天气现象中的24种天气现象予以自动化识别，且识别精准率有待于提升。针对其余10种天气现象的自动化观测方法还需要进一步研究。

2 天气现象自动化观测技术的具体应用

2.1 降水天气现象观测技术的应用

具体来说，降水天气现象主要包含雨、雪、霜、冰雹等多种类型。降水天气现象是进行天气预报、云物理研究以及人工影响天气的重要资料，其不仅能够对降水的物理状态和强度信息进行客观反映，还能够对降水形成的云物理条件以及大气状态进行了精准反映。就目前而言，实现降水天气现象自动化观测的技术和方法有很多种，比如对降水粒子击打物体的声学特性以及降水粒子的遮挡特点及散射特点进行测量。通过这些技术，能够有效获得液态降水粒子的直径、降水强度、降水量以及固态降水情况等方面的信息，但是无法对固态降水量和相关种类信息予以确定，也就是说无法对雨、雪以及冰粒等天气现象加以区分。为此，以图像传感器为基础和前提的降水天气现象自动观测技术凭借对降水物态精准识别的优势，得以普及使用。

2.2 视程障碍天气现象观测技术的应用

视程障碍天气现象主要包含扬沙、沙尘暴、浮尘、雾霾、雪暴以及冰针等多种气象，这些天气情况都会或多或少地对气象能见度产生影响。其中，扬沙、浮尘、沙尘暴以及雾霾等更是当前气象服务的主要内容。就目前来说，对视程障碍天气现象能够自动识别的方式主要分为两种：一是对气象能见度、温湿度以及风速等进行观测，从而对各类视程障碍天气现象进行判别；二是运用图像传感器设备实现对大气色度信息的获取，并通过对色度学参数的运用有效实现对雪类、沙尘类以及雾类等天气现象的区分。在整个天气现象自动化观测系统中，视程障碍天气现象传感器一般采取第一种方式为主、第二种方式为辅的应用理念，具体来说，主要分为以下几个步骤：第一，在综合判别的基础上，通过自动化观测技术实现对扬尘、沙尘暴以及雾霾等天气现象的自动判别；第二，运用图像传感器实现对色度信息的获取；第三，采取合理措施，有效提升天气现象观测的精准率和对不同视程障碍现象的区分功能。

2.3 凝结天气现象观测技术的应用

具体来说，凝结天气现象主要包含霜、露、雨凇、雾凇等现象。其中，日常气象服务及气象灾害服务的主要内容为霜、雾凇、雨凇、积雪和结冰等天气现象，这些天气现象对我国工农业产生严重影响。就目前而言，对凝结天气的自动化识别已然成为天气现象自动化观测的瓶颈。加上凝结天气现象、结冰、积雪等均具备相应的图像特征，在对这些天气现象进行自动识别的过程中使用图像识别技术比较适用。同时，为有效提升天气现象观测结果的精准性和标准化，可以使用图像传感器来有效获取满足天气现象观测规范要求的统一示踪物体上的凝结天气现象相关资料。

2.4 光电天气现象观测技术的应用

具体来说，光电天气现象主要包含闪电、雷击以及极光等现象。其中，因云强烈放电而产生的光声现象的为雷击和闪电，其也是天气预报和气象服务的主要内容。就目前来说，我国在对光电天气现象进行观测的过程中，已经采用了技术相对比较成熟的闪电监测系统，其监测数据能够实时传递到天气现象自动化观测系统中。一般来说，极光都是在高纬度地区的高空中出现，是因太阳粒子流在对高层大气气体进行轰击的过程中出现的电离或者激发的彩色发光现象。在对极光天气现象进行观测的过程中，可以使用以CCD图像传感器为技术的自动化观测技术，有效实现对空间天气的预报和监测。

2.5 其他天气现象观测技术

其他天气现象主要包含台风、龙卷风以及尘卷风等。在对这些天气现象进行观测的过程中，主要通过对自动气象站温湿度、风速、风向等的观测实现自动识别。

3 结论

（1）隨着经济及社会的发展，人们对天气现象自动化识别的应用越来越普及，要求也越来越高。在对天气现象的观测过程中，有效提升自动化观测技术的水平具有非常重要的现实意义，其不仅能够减轻气象观测人员的工作压力，还能有效实现对无人观测区域相关天气现象的自动化识别。同时，在对天气现象自动化观测技术进行应用的同时，结合当前业务常规观测信息、粒子光学信息以及闪电定位仪信息等，有效实现对天气现象的自动识别，并为气象服务和气象灾害提供强有力的数据支撑。

（2）在有效提升天气现象自动化观测技术水平的同时，还需要与实际应用相结合，分阶段实施，并对当前天气现象的划分情况进行科学调整，分清轻重缓急，加强对业务需要旺盛的天气现象的分析和研究力度。

（3）有效提升天气现象自动化观测技术水平的关键在于对光学传感器及大气粒子光学特定的研究。其中，降水现象即视程障碍现象与人们的生产生活息息相关。在实际操作过程中，加强对粒子光学特性的研究是当前国际天气现象自动化观测技术的发展趋势，通过对设备的现场试验、改良能够有效实现对降水现象种类的自动化识别，以便为工农业生产及人们生活提供更好的气象服务。

（4）天气现象自动化观测数据的精准性与否主要受到大量现场试验和场外数据积累的影响。众所周知，天气现象复杂多变且具有较强的地域性，要想获取精准观测数据，必须进行反复试验积累丰富资料，并对设备计算方式进行不断完善，为天气现象自动化观测技术的提升打下坚实基础。

参考文献

[1] 包宗坤.地面气象观测中存在的问题及解决办法[J].山东工业技术，2016（14）：89-90.

[2] 陈冬冬，施丽娟，李肖霞，等.天气现象自动化观测现状调研[J].气象科技.2011（5）：112-113.

[3] 马舒庆，吴可军，陈冬冬，等.天气现象自动化观测系统设计[J].气象，2011（9）：156-157.