雨雪冰冻天气过程的观测技术与气象服务产品创新

摘 要：随着全球气候变化的加剧，极端天气事件频发，其中雨雪冰冻天气对农业、交通、能源、城市基础设施等领域造成了严重影响。为了有效应对这些挑战，提高灾害防范和应对能力，观测技术与气象服务产品的创新显得尤为重要。基于此，阐述了观测技术与气象服务产品创新的意义，分析了雨雪冰冻天气的成因和特征，介绍了雨雪冰冻天气观测技术，提出了气象服务产品创新路径。

关键词：雨雪冰冻天气；观测技术；气象服务产品

中图分类号：P49 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）10–00-03

我国疆域辽阔，地理环境复杂多样，横跨热带、亚热带与温带三大温度带，这种独特的地理条件为多种气候类型的形成提供了基础。然而，在全球气候变暖的背景下，大气环流呈现出更为复杂的态势，异常度显著偏高，导致天气系统更加不稳定，极端天气事件频发。低温雨雪冰冻天气便是其中之一，其成因复杂，既与地理位置的特定条件相关，又深受全球气候变化的影响。因此，准确地预测低温雨雪冰冻天气并积极组织预防工作十分必要。

1 观测技术与气象服务产品创新的意义

1.1 提高灾害预警与应对能力

雨雪冰冻天气往往伴随着极端的气象条件，如强降雪、道路结冰、低温严寒等，这对人们的生产生活造成了严重威胁。遥感卫星和无人机等观测技术的应用，能够更加准确地监测雨雪冰冻天气的发生，明确其发展趋势和演变过程。通过这些技术手段，气象部门可以实时获取大量的气象数据，并基于这些数据构建精细化的气象预报模型，提前发布预警信息，为公众和相关行业提供充足的准备时间，从而大大提高了灾害预警与应对能力，减少了灾害带来的损失[1]。

1.2 实现气象服务产品的多样化

随着社会的进步和经济的发展，不同行业对气象服务的需求日益多样化和个性化。气象服务产品的创新正是基于这种需求变化而进行的。针对雨雪冰冻天气，气象部门开发出多种类型的气象服务产品，如精细化天气预报、交通气象服务、农业气象服务等，这些产品不仅提供了更加详细、准确的气象信息，还可根据不同行业的特点和需求进行定制化设计，使得气象服务更贴近实际且更具有针对性，在一定限度上促进了社会经济的稳定发展。

1.3 推动气象科技的进步

一方面，观测技术的创新需要不断引入新的科技手段和设备，这样可以提高观测的精度和效率，推动相关技术的发展和成熟。另一方面，气象服务产品的创新也需要不断引入新的理论和方法，如人工智能、大数据等，这些理论和方法的引入和应用不仅提高了气象预报的准确性和时效性，还推动了气象学科的发展和完善。因此，雨雪冰冻天气过程的观测技术与气象服务产品的创新，对推动气象科技的进步与发展具有重要意义[2]。

2 雨雪冰冻天气过程分析

2.1 雨雪冰冻天气的成因

第一，冷空气的南下是雨雪冰冻天气发生的主要因素。当北方强冷空气南下，与南方暖湿气流相遇时，两者在交界处形成锋面，导致水汽凝结产生降水。若此时地面温度＜0 ℃，则降水将以雪或冰的形式出现。

第二，高山、丘陵等地形地貌容易形成局部气候，使得降雪和冰冻现象更为严重。这些地区的气流受到地形抬升作用，易形成云而致雨，且由于地形的阻挡作用，冷空气容易在这些地区堆积，形成低温环境。同时，在特定的地形条件下，如山谷、河谷等，容易形成局部环流。这些环流会影响气流的运动方向和速度，进而影响降水的分布和强度。例如，在山谷地区，由于地形的狭管效应，气流会加速并上升，有利于云致雨的发生。

第三，受大气环流影响，当大气层结稳定时，风速较小，有利于降雪和冰冻的维持和加剧。例如，2008年，赤道中东太平洋海温进入拉尼娜状态，导致海表温度较常年同期偏低。这种海温异常会影响全球大气环流，进而影响我国的降水分布和气温变化。拉尼娜事件是导致我国南方地区出现大范围持续低温雨雪冰冻天气的重要原因之一[3]。

2.2 雨雪冰冻天气的特征

雨雪冰冻天气具有显著的季节性特征，通常发生在冬季或早春时节。其持续时间可长可短，短则数小时，长则可达数周甚至数月，具体取决于冷空气的强度、持续时间和水汽供应情况。同时，雨雪冰冻天气影响范围广泛，可覆盖整个国家或地区，甚至跨国界影响。在强度上，雨雪冰冻天气可造成不同程度的积雪、冰冻和道路结冰，严重影响人们的日常生活和出行安全。此外，雨雪冰冻天气还常伴有低能见度、大风等不利气象条件，进一步加剧其灾害性。

3 雨雪冰冻天气观测技术

3.1 地面观测技术

地面气象观测站是雨雪冰冻天气观测的基础设施，其监测的实时数据为天气预报和灾害预警提供了基础依据，有助于及时采取措施应对灾害，其数据连续性和稳定性较高，能够反映气象要素的长期变化趋势。一般而言，地面气象观测站会按照一定的间距和地理分布原则进行设置，确保覆盖广泛。在设备方面，地面气象观测站通常配备有温度计、湿度计、风速风向仪、降水量测量仪等基础设备，这些设备能够实时监测并记录气象要素。

随着科技的进步，新型传感器与监测设备在雨雪冰冻天气观测中的应用越来越广泛，其中，激光雷达作为一种高精度测距仪器，在雪深监测中发挥了重要作用。激光雪深传感器应用激光测距技术，通过发射激光束并接收其反射信号，精确计算激光束往返的时间差或相位差，从而得出雪面的距离，进而测量雪深，其具有毫米级的高精度，能够显著提升雪深测量的准确性。同时，激光雪深传感器具有极高的方向性和速度，能够准确识别并测量雪层厚度，避免了其他传感器在雪层测量中可能遇到的干扰和误差，即使是在复杂天气和地形条件下也能保持高精度。此外，红外传感器则通过检测物体辐射的红外能量推断其表面温度，进而判断路面是否结冰。激光和红外等新型传感器采用非接触式测量方式，减少了与雪层直接接触带来的磨损和维护需求。这种设计不仅延长了传感器的使用寿命，还避免了因接触式测量可能引入的误差[4]。

3.2 遥感观测技术

遥感卫星监测技术在雨雪冰冻天气监测中发挥着不可替代的作用，为气象预报和灾害预警提供了宝贵的数据支持。在雨雪冰冻天气中，遥感卫星通过搭载各种高精度传感器，能够实时获取地球表面的多种信息，包括云层分布、降水强度、冰层厚度等关键数据。

风云系列卫星是我国自主研发的气象卫星，在雨雪冰冻天气监测中表现出色，该系列卫星搭载了多光谱成像仪、微波辐射计等先进设备，能够实现对大气、陆地和海洋的全方位监测，尤其是在雨雪天气中，风云卫星通过其独特的微波探测能力，可以穿透云层，直接测量到降水粒子的分布和强度，为气象预报员提供准确的降水信息。并且，风云卫星还具备高时间分辨率的特点，能够实现对雨雪天气的连续观测，为灾害预警提供了重要的依据。

高分卫星搭载的高分辨率相机能够拍摄到地表细微的变化，包括冰层表面的裂纹、积雪的厚度和分布等。这些数据在评估雨雪冰冻天气对交通、农业、城市基础设施等的影响方面具有重要意义。同时，高分卫星还具备多光谱成像能力，可以通过不同波段的反射特性，区分出不同类型的冰雪覆盖，为灾害评估提供更加全面的信息。

3.3 无人机观测技术

无人机观测技术在雨雪冰冻天气监测中展现了独特的灵活性和高效性。相较于遥感卫星，无人机能够在更低的高度飞行，获取更为详细的地表信息。同时，无人机还可以根据实际需求，灵活调整飞行路线和高度，实现对特定区域的精细化监测。在雨雪冰冻天气中，无人机可以搭载多种传感器，如温湿度传感器、气压传感器、红外相机等，实现对大气参数、地表温度、积雪厚度等多种数据的采集，方便工作人员进一步分析雨雪冰冻天气的成因、发展趋势及评估其对环境的影响[5]。

在飞行方面，无人机可以根据雨雪冰冻天气的特点，制定合适的飞行计划。例如，在降雪较大的区域，无人机可以采用低空飞行的策略，避免积雪对飞行安全的影响；在冰冻严重的区域，无人机则可以通过搭载红外相机等设备，探测冰层表面的温度分布。

在数据处理方面，无人机搭载的高精度传感器在飞行过程中不断采集数据，并通过无线传输技术，实时传输至地面站。地面站配备有先进的数据处理系统，能够接收并处理这些数据，应用人工智能和大数据技术对数据进行深度挖掘和分析，提取出有用的信息，并将处理后的数据以可视化的形式展示给用户，如生成积雪分布图、冰层稳定性评估报告等。

3.4 观测数据融合与处理技术

观测数据融合与处理技术是指将来自不同传感器、不同平台及不同时间点的数据进行整合与综合分析的过程，这种方法能够充分利用各数据源的优势，弥补单一数据源在覆盖范围、分辨率、时间分辨率等方面的不足，从而提升观测数据的全面性和准确性。多源观测数据融合主要包括像素级融合、特征级融合和决策级融合。

在数据处理过程中，大数据技术和人工智能技术发挥了重要的作用。大数据技术能够高效处理海量的观测数据，实现数据的快速存储、检索和分析，通过分布式计算框架显著加快数据处理的速度和扩大数据处理的规模。人工智能技术通过训练机器学习模型，可以实现对观测数据的自动分类、识别和预测。在数据融合过程中，可以引入遗传算法、粒子群优化等优化算法，对融合参数进行自动调优，以达到最优的融合效果。

4 气象服务产品创新路径

4.1 搭建气象信息服务平台

气象信息服务平台是连接气象数据与公众的桥梁，集成了先进的气象数据处理与分析技术，融合了用户友好的界面设计和交互体验，确保信息能够及时、准确地传达。

第一，在建设阶段，气象部门需整合多源气象数据，包括卫星遥感、雷达观测、地面气象站等数据源，确保数据的全面性和准确性；不断优化服务内容和形式，满足公众多样化的需求。同时，平台需要提供实时气象信息，包括温度、湿度、风速、降水等关键气象要素，以及未来几天的天气预报和气象预警信息，为公众合理安排日常生活和出行计划提供依据。

第二，气象部门要充分利用现代传媒技术优势，在平台生动直观地介绍气象科学的基本原理，以通俗易懂的语言和丰富的案例，帮助公众建立起对气象科学的基本认知框架。针对常见的气象灾害，如暴雨、台风、干旱等，还应详细解析其成因、特点、影响范围及防御措施，增强公众的防灾减灾意识和自救互救能力。

第三，气象部门还要注重与教育机构、社区组织等合作，共同开展气象知识进校园、进社区等活动。通过举办讲座、展览，让公众在轻松愉快的氛围中学习气象知识，感受气象科学的魅力，这些活动不仅能丰富公众的文化生活，还可进一步推动气象知识的普及与传播，为构建全民参与的气象防灾减灾体系奠定坚实的基础[6]。

4.2 深化个性化与定制化服务

随着用户需求的日益多样化，气象服务产品应不断深化个性化与定制化服务。通过收集用户的偏好、行为习惯等信息，为用户提供更加符合其需求的气象服务。例如，针对旅游爱好者，可以开发旅游气象服务产品，提供目的地未来几天的天气预报、穿衣建议、户外活动建议等。针对农业用户，可以提供作物生长气象服务，包括作物适宜生长条件、病虫害预警等信息。

4.3 构建多尺度预报模型

多尺度预报模型在雨雪冰冻天气预报中发挥着重要作用。该模型通过融合不同时间和空间尺度的气象数据，能够更全面地描述大气系统的复杂性和动态变化。模型选择时，相关部门应根据预报目标和预报区域的特点，选择适合的数值预报模式和物理参数化方案。参数优化则依赖于大量的历史数据和先进的优化算法，通过不断调整模型参数，提升预报的准确性和稳定性。在此基础上，工作人员需要验证预报结果，通过与实际观测数据对比，评估预报误差并反馈至模型改进中。

4.4 注重用户体验与建立反馈机制

用户体验是气象服务产品创新的核心。在产品开发过程中，应始终关注用户的需求和反馈，不断优化产品功能和界面设计，提升用户体验。气象部门需要建立完善的用户反馈机制，及时收集用户在使用过程中遇到的问题和建议，为产品的持续改进提供依据。同时，可以利用用户反馈数据进行产品迭代升级，推出更符合用户需求的新产品和新功能。此外，气象部门还可以通过用户社区、在线调查等方式，加强与用户的互动和沟通，与用户建立良好的关系。

5 结束语

雨雪冰冻天气过程的观测技术与气象服务产品的创新对提高灾害防范能力和保障社会经济发展具有重要意义。通过综合运用遥感卫星和无人机等现代科技手段，实现了对雨雪冰冻天气的实时监测和预警。同时，气象服务产品的创新，不仅满足了不同领域的需求，还推动了气象服务的专业化、智能化发展。未来，随着技术的不断进步，雨雪冰冻天气观测与气象服务产品将进一步融合，为社会可持续发展奠定基础。

参考文献

[1] 欧阳家萌，韦小雪，廖志朗，等.贺州市一次低温雨雪冰冻天气成因及预报效果分析[J].气象研究与应用，2023，44（4）：91-95.

[2] 王东海，柳崇健，刘英，等.2008年1月中国南方低温雨雪冰冻天气特征及其天气动力学成因的初步分析[J].气象学报，2008（3）：405-422.

[3] 王兴菊，汪超，李启芬，等.贵州省两次低温雨雪冰冻天气过程对比分析[J].贵州气象，2017，41（4）：17-23.

[4] 高可丽，马永荟，梁文艳，等.迎战雨雪冰冻天气襄阳水产专家在行动[J].渔业致富指南，2024（3）：3-4.

[5] 陈瑾.低温雨雪冰冻天气危害及防御[J].中国减灾，2024 （5）：6-7.

[6] 王艳兰，伍静，唐桥义，等.广西长低温雨雪冰冻过程环流特征及低温扰动分析[J].气象科技，2022，50（1）：75-84.

收稿日期：2027-07-31

作者简介：赵明（1993—），男，吉林公主岭人，工程师，研究方向为气象综合业务。