融合使用探测资料提高观测服务质量方法探析

李兵 付敏 刘周华

摘要 随着雷达、GPS、风廓线仪等多种气象资料探测手段的发展及探测站的不断布网，多途径探测资料日益丰富。作为一名观测员，不仅要有娴熟的观测技能，也要掌握先进的探测仪器使用方法，将雷达回波、卫星云图、实测数据等多途径探测资料直接融合分析应用，以提供更加及时准确的观测结果，不断提高服务保障能力。本文就充分利用多种探测资料开展工作的实际方法进行分析，旨在进一步提升观测服务质量。

关键词 气象资料；融合分析；服务质量

中图分类号 P412 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）17-0201-02

强对流、台风等气象灾害，往往给人们的工作生活带来不便，对农业生产、交通运输、国家财产等造成威胁。气象观测工作是基础，它主要为天气预报、气候资料统计等积累资料，同时按照协议开展天气实况服务。特别是民航事业和重大任务活动举办的气象保障工作对气象观测服务质量提出了更高的要求，因为观测员按照观测规范发布的每一份机场天气报告都直接影响着飞行的准点与安全。随着我国在卫星、雷达、GPS、风廓线仪、微波辐射计、地面自动气象站等多种资料探测手段的发展及探测站的不断布网与建设，多途径探测资料日益丰富，在气象观测服务中融合使用这些多途径探测资料就十分关键。因此，本文主要探讨多途径探测资料融合分析应用的具体方法，以期使观测工作除了依靠观测员娴熟的地面气象观测技术外，还能充分利用现代探测设备资料，保证地面气象观测结果及时、准确，不断提高安全服务保障能力。

1 雷达回波、卫星云图、大气电场仪/闪电定位仪等综合资料辅助观测强对流天气系统

气象雷达、大气电场仪/闪电定位仪等大气探测设备已在我国的很多气象台站装备，其能迅速、准确、细致地提供测站及一定范围内对流天气及降水的位置、强度等信息，以及其随时间、空间演变的情况，因而是大气探测和研究的一种有效工具，是气象服务保障的重要手段。如果只采用目测，会造成一些天气实况信息掌握不准，容易漏测或缺测。如冷锋上的暖湿空气被冷空气强迫抬升，常产生较强的对流，形成的积状云常沿着锋线呈带状排列，并随锋面移动，一天中任何时候都可以出现。这种积状云一般隐藏在层状云中，从地面观测不到，只能通过阵性降水、雷电或冰雹等现象判断。因此，当观测员观测到时，往往已滞后许久[1]。

笔者在外出业务交流时曾见到有些台站的观测实况，整点时无浓积云记录，但仅仅10 min左右就出现了雷暴、飑等特殊天气，记录有2～3个积雨云。显然，在如此短的时间内出现积雨云甚至雷暴是不恰当的，这就是由于没有雷达资料或没有充分应用雷达资料，单凭观测员肉眼观测不足所致。这也就容易造成错、忘、漏，大大降低了服务质量，存在安全隐患。

随着卫星云图、雷达回波、大气电场仪或闪电定位仪在气象台站的配备，观测员值班期间就可以通过卫星云图、闪电定位仪或大气电场仪显示的电场数值，结合预报员发布的天气趋势预报，以及对流云（降水）不同阶段的雷达回波特征，如回波尺度、强度、内部结构、中心颜色、移动速度等，了解对流云在各时间所处的发展阶段、移动方向，判断是否影响本站及影响时间，使接下来的观测工作有条不紊。例如某年6月23日某机场观测站观测员在观测接班前，通过仔细查看地面图、高空图和红外线云图，掌握到测站处于东北冷涡内，有中尺度云团发展，卫星云图上有大片白色云团，如图1（a）所示，初步判定有阵雨、雷暴天气，甚至会伴随短时大风、冰雹等强对流天气可能影响测站，因而密切关注并加强观测。15：00观测到西面有少量积雨云发展，多普勒雷达显示发现在本站西面有一强回波云团，如图1（b）所示，询问预报员后得知当时高空有偏西气流，预计回波将加强并影响本场。因此，观测员在巡视天气时也不断注意观看多普勒雷达，做好随时发布机场特殊天气报告及通报的准备。在15：30时，已有2个量的积雨云，15：51开始听到雷声。通过观看6 min/次的图像动画演示以及大气电场仪陡变的实时数值，计算出其强中心将从本场西北面通过，本场受其影响的时间会持续长、强度大。事实表明，16：00时风速平均为2 m/s，阵风4 m/s；到16：15时，积雨云发展为4个量，风速突然增大到平均8 m/s，而阵风速度达19 m/s，出现了大风和飑，并伴有大阵雨，能见度也从10 000 m急剧下降为1 500 m；直到16：40，风速才迅速回落减小；18：48雷暴在东北方向终止。期间值班观测员由于较好地利用了各种探测资料，忙而不乱，共发布、通报了各种报告9份，准确、及时地提供了观测实况，保证了飞行安全。

2 能见度仪资料辅助观测能见度和天气现象

几十年来，气象能见度的观测都只是凭观测员肉眼分辨和主观判断，人工观测时，对比视觉阈值和照度阈值随照明条件和观测员生理、心理影响的变化较大，主观上必然造成一定的误差。同时，气象能见度是指视野1/2以上的距离[2]，但城市化致使气象探测环境频频遭受破坏[3]，受观测点周边建筑物阻挡等，能见度的观测甚至存在“死角”。而能见度仪在气象台站的安装配备已越来越普遍，能实时测量显示出一定基线范围内的能见度。因此，观测员在目测气象能见度时，应尽量参考自动设备的能见度显示值，保障气象能见度的准确性、代表性。

如果观测台站周围安装有自动观测设备，设备往往就能够快速、准确地捕捉不同方向的天气要素特别是能见度的变化。因此，在前期天气稳定，如果某一个方向的能见度仪显示的数据出现突變，观测员应该根据连续观测的天气现象、云层、风以及湿度等天气条件分析判断是否是局地降水、大雾、沙尘暴等复杂天气现象的征兆，并持续监视这种变化。因为局地降水、平流雾（碎雾、部分雾）、吹沙等复杂天气常常会使那一个方向的气象要素发生突变，特别是南方冬、春季雾生消移动速度快，夏季强对流天气带来的局部强降水致使能见度急剧变化。自动设备基本能提前反映出这些天气变化，提前预示天气现象的产生或消散与否，观测员此时应及时观测记录。例如，2014年2月1日21：42，某测站观测员观测能见度2 km，靠近测站的能见度仪测量的能见度也基本维持在2 000 m，但测站东北方向靠海的自动站能见度仪显示能见度却只有500 m。观测员主动加强巡视，积极参考能见度仪提供的分钟实时数据加以观测判定，及时准确地报告了部分雾这一天气现象，并将观测结果通报天气预报等单位，为10 min之后影响测站的海上平流雾观测、服务保障做好了充足准备。

3 雨量计资料辅助观测降水强度

降水现象及强度的观测，主要靠观测员在观测场依据规范的定性标准目测获得，可能存在一定主观误差，甚至存在个别观测员观测不勤，将降水强度人为减小的现象，不仅大大降低了观测质量，还将影响气候资料统计结果，造成无形的损失。同时，夏季强对流天气时降水云体移动快、降水区域范围可能只是局地，观测视区内远端区域等的降水及其强度，客观上仅靠观测员目测是相当困难的。目前，大多自动站也配有雨量计，能够实时输出小时、分钟降水量，快速地显示出不同区域的降水量，为观测员目测、准确地记录区域降水现象、降水强度提供很好的依据。

降水强度若按降水量“≤2.5 m/h为小雨，2.6～8.0 mm/h为中雨，≥8.1 mm/h为大雨”[4]以及“≤0.3 mm/6 min为小雨，0.3～0.8 mm/6 min为中雨，≥0.9 mm/6 min为大雨”[5]的规定，采用人工观测为主，结合自动观测设备数据进行定量判定，将使降水强度的判定更有依据，也减少了观测滞后性。特别是机场的航空气象服务时，能够更加及时、准确地让机组人员、管制人员、预报人员了解降落机场的降水强度，为飞机安全起降提供决策依据；同时，提醒机场相关人员考虑跑道是否存在积水，是否会影响飞机轮胎与地面的摩擦力以致影响滑跑距离，为道面清理提供科学依据，大大提高服务的质量。

4 云高仪资料辅助判定云

各地观测站都能接受到气象卫星下发的丰富的气象信息，如高空、地面常规资料以及卫星云图等。如果观测员能有效利用这些资料，在每次观测前对影响本地区的天气系统进行跟踪了解，将会大大提高测报技术质量。例如，在夜间，当有层状云覆盖天空时，在无月光和无天气现象伴随的情况下，根据规范规定的夜间测云方法，有时很难目测判断测站上空的云状。如果能借助红外线云图，判断测站上空及云区上游的云状，作为观测时测云参考依据[6]，就能避免夜间测云的盲目性，提高夜间观测云的准确程度。

现在，有些测站配备了激光测云仪，最多已能够探测出7 000 m以下的3层云高，因而观测员除了按照各种云常见的云底高度范围、当地特征及观测经验外，还应及时参考器测实际值加以判定（图2），特别是当大雾笼罩测站，大雾底部边界模糊不清、分离散乱时，应提高云高的目测水平，保证观测结果准确有效。

5 探测资料辅助判定设备故障或设备调整时间

由于设备使用年限、设计缺陷、人员操作失误、天气或外来物影响等原因，自动观测设备难免出现故障。有些故障会通过异常结果显示表现出来。因此，观测员可以结合这些异常数据辅助判定自动观测系统自身故障。特别是如果某个仪器单元数据总是长时间偏差较大、较小或恒定于一固定值，说明仪器故障，该值不可用，观测员应立即通报设备人员进行维护。例如，2011年3月20日9：30，某测站的能见度仪显示数据一直维持在800 m附近，而人工观测的能见度却有10 000 m，设备也未出现异常告警，观测员经过观测对比综合气象要素后认为该设备可能故障或受外来异物影响，通报设备人员到现场维护。设备人员到达外场后发现，是能见度仪上小鸟站队所致（图3）。

另外，观测员可以充分利用云层、高空图温度场的变化，及时调整观测仪器。例如，在初夏或冬季，观测员可根据测站干湿球温度表温度的变化，结合高空温度场，在适当的时间提前更换地面最高、最低地温表，避免地温升高或降低超出温度表刻度范围，影响地面观测的准确性[7-8]。

6 结语

随着国民经济的快速增长和科技水平的高速发展，人们对生活质量也有了更高的期望，对地面气象观测质量提出了更高的要求。雷达回波、闪电定位仪等提供了强对流天气的强度、方位，能见度仪提供了能见度值[9-10]，云高仪提供了实测云高，同时仪器测量值的异常也为判定设备是否故障提供了参考。因此，工作人员必须充分利用更多、更准确的探测仪器，将多种探测资料有效地融合与使用，努力学习观测方法和技巧，不断提高观测水平和质量，以提供更及时、更准确的服务。

7 参考文献

[1] 中国民用航空局.民用航空气象地面气象观测技术手册[Z].1999.

[2] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003.

[3] 张国华，关彦华，郭艳岭.气象探测环境现状及保护措施的探讨[J].气象与环境学报，2012，28（3）：65-70.

[4] 民用航空气象地面气象观测规范：AP-117-TM-02R1[S/OL].（2012-02-28）[2018-04-03].http：//www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/GFXWJ/201511/t20151102_8169.html.

[5] 樊壽道.地面观测[Z].1996.

[6] 潘艳，曾丽芳，黄映玲.浅谈提高云观测质量的措施[J].中国科技博览，2012（17）：305.

[7] 吕红玉.利用卫星气象信息提高地面测站测报质量[J].黑龙江气象，2005（2）：29.

[8] 黄颖.气象数据质量控制系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012.

[9] 华连生.省级气象探测资料集成系统设计[D].合肥：合肥工业大学，2010.

[10] 宋连春，李伟.综合气象观测系统的发展[J].气象，2008（3）：3-9.