丹東霧和霾自動觀測與人工觀測的對比評估

仲淙舜++劉洪林++宮正++吳歡峰++范佳文

[摘要]隨著科技的發(fā)展，氣象技術(shù)也在大力發(fā)展，氣象數(shù)據(jù)的準確性與可靠性也在提高。通過對丹東地區(qū)的多個地表氣象站的檢測數(shù)據(jù)，比較自動檢測與人工檢測霧、霾數(shù)據(jù)，通過對比評估可以得出，在3月有輕微霾的天數(shù)是8天，霧是1天，霧與霾同時存在的天數(shù)為12%，自動觀測比人工觀測得出的輕霧天氣多出10天，人工檢測的霾天數(shù)和霧天數(shù)比自動觀測少了5天，霾和霧的差別主要集中在早上的八點左右，對于能見度的對比，人工監(jiān)測與智能檢測對于濕度的差別達到了25%，所以能見度的誤差是導(dǎo)致自動檢測與人工檢測差別的重要原因。文章主要針對霧和霾的人工檢測與智能檢測的對比結(jié)果，對所出現(xiàn)的問題進行解決。

[關(guān)鍵詞]自動檢測；人工檢測；丹東霧霾

[DOI]1013939/jcnkizgsc201718312

霧霾作為影響人們身體健康的災(zāi)難性氣候，對人們的生活，健康和交通安全都是巨大的阻礙，自從2014年以來我國中東部地區(qū)出現(xiàn)了特大范圍的霧霾天氣，時間為八天，這嚴重地危害了當?shù)厝嗣竦纳眢w健康與日常出行，該地區(qū)的政府有關(guān)部門對此非常重視，為此已經(jīng)組織開展氣象改革工作，加快我國氣象觀測的自動性，加強對氣候的預(yù)測服務(wù)等工作，從2015年起很多的改革試點都取消了人工觀測，實現(xiàn)了對輕霧、霧、霾的自動化檢測。

近些年來，我國有關(guān)學(xué)者對15年左右的自動觀測和人工觀測數(shù)據(jù)進行對比，并根據(jù)資料分析儀器在自動檢測與人工檢測的差異，丹東市作為氣象站新型的實驗點之一，在2015年就已經(jīng)裝配了8個新型氣象站并正式使用，輕霧和霾在視覺上是很難區(qū)別的，傳統(tǒng)的檢測方式是靠檢測人員的經(jīng)驗來區(qū)分的，但是新型的氣象檢測設(shè)備會根據(jù)氣象氣體進行分析，所以會對空氣進行定量區(qū)分。能更好地辨別霧與霾，另外由于對空氣檢測是應(yīng)該以分鐘為單位進行精確的，所以這對于人工檢測也是一種限制，對于視程障礙的辨別，這也是自動檢測當前的難點。對此，丹東市在2015年3月進行了31天的霧，霾自動觀測與人工觀測的對比試驗，通過實驗的數(shù)據(jù)分析確認自動觀測視程障礙的標準是否可行，對所出現(xiàn)的問題提出合理化的建議。

1數(shù)據(jù)和方法

11數(shù)據(jù)

本研究所應(yīng)用得數(shù)據(jù)是根據(jù)丹東氣象中心所提供的四個地區(qū)的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是2015年經(jīng)過兩個月所得出整理的輕霧、霧、霾的定時和能見度數(shù)據(jù)。

12收集數(shù)據(jù)所應(yīng)用的方法

四個地區(qū)的氣象站中，有兩個是國家基本氣象站，采用的是人工檢測，每天五次，自動觀測采用華云技術(shù)提供的能見度儀，剩余的六個氣象站中采取人工檢測每天兩次檢測，自動檢測采用凱邁公司提供的自動能見度儀進行檢測，其中人工定時檢測有兩次的檢測是對過去幾小時內(nèi)所發(fā)生的視程障礙現(xiàn)象進行總結(jié)，自動觀測是采用每十分鐘才去一次平均能見度和相對濕度的方式，并對全天的氣候進行匯總。

平行觀測時，自動觀測與人工觀測是相互不受影響的，國家氣象局對于自動檢測的標準已經(jīng)下達，標準是同人工檢測標準一樣都調(diào)至25%，對于輕霧、霧霾的檢測標準是按照《地面觀測規(guī)范》，并結(jié)合相關(guān)的規(guī)定對其進行區(qū)別。

2同期數(shù)據(jù)的比較

根據(jù)表中觀測的對于輕霧、霧、霾的標準來看，在十幾年間，丹東市3月出現(xiàn)輕霧的現(xiàn)象是最多的，霾的天數(shù)最少，但就增長情況看，隨著時間的增長，霾的天數(shù)在增加，尤其是2005年以后，丹東市的霾的天數(shù)普遍是3天多，并且根據(jù)四個地面氣象站點的觀測，在三月中，出現(xiàn)輕霧和霾的天數(shù)為357天占天氣總現(xiàn)象的84%，出現(xiàn)霧和霾的天數(shù)是60天占天氣現(xiàn)象的09%，所以這也說明輕霧和霾是人工觀測視覺障礙中普遍出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象。

根據(jù)對輕霧、霧、霾的具體分析，發(fā)現(xiàn)由于人工觀測的觀測方法和工作人員的工作經(jīng)驗的差別，導(dǎo)致對于視程障礙現(xiàn)象的記錄有很大的不同，例如在丹東西部的記錄，霧的天氣記錄遠多于霾的天數(shù)，這種觀測方式的不同很大程度上造成對于霾天數(shù)現(xiàn)象記錄的減少。

3自動觀測與人工觀測的對比

（1）根據(jù)對丹東地區(qū)四個氣象站中的數(shù)據(jù)整理可以看出，人工觀測所記錄的輕霧天氣比自動觀測所記錄的輕霧天數(shù)多，而記錄的霧與霾的天數(shù)比自動觀測少很多，并且從視程障礙上看人工觀測與自動關(guān)測的結(jié)果都是一致的。與此同時，歷史同期的人工觀測的結(jié)果都是相似的，在平行期觀測的輕霧與霾出現(xiàn)的天數(shù)，比霧與霾出現(xiàn)的次數(shù)多。

（2）通過對比自動觀測與人工觀測的視程障礙現(xiàn)象的差異可以得出引起差異的主要原因是人工觀測的視程障礙是一個小時內(nèi)的，間隔時間比較長，所以在八點后隨著時間的變化輕霧已經(jīng)開始消散，所以會造成人工觀測的差異性，另外也可能與觀測閾值的不同，調(diào)整自動觀測的能見度也可能導(dǎo)致人工觀測與自動關(guān)測的不同。

（3）所以針對以上對丹東市平行觀測期的自動觀測視程障礙與人工觀測視程障礙的差異可分析，天氣出現(xiàn)的變化趨勢和演變趨勢，從觀測天氣的角度考慮，自動觀測比人工觀測更準確，由于人工觀測在夜間是不進行工作的，所以會忽視夜間出現(xiàn)時程障礙的現(xiàn)象，對于霾的出現(xiàn)的會有很大的疏忽。

（4）自動觀測與人工觀測的能見度比較。

在新型自動氣象站視程障礙現(xiàn)象的觀測中，自動觀測能見度的正確與否至關(guān)重要。因此，文中將重點研究不同能見度范圍中自動觀測與人工觀測的相對偏差，以此分析能見度儀自動觀測與人工觀測的差異。這里將相對偏差定義為自動觀測與人工觀測的能見度差值的絕對值與人工觀測值之比。表分別給出自動觀測與人工觀測能見度相對偏差和負偏差比例。由表中可以看出，丹東地區(qū)自動觀測與人工觀測能見度存在明顯差異，總的相對偏差達251%，負偏差統(tǒng)計結(jié)果顯示，自動觀測能見度小于人工觀測占545%偏低10km以上的占285%，而自動觀測和人工觀測能見度相等僅占65%，從不同能見度范圍的差異統(tǒng)計看能見度小于150km時，60%～70%自動觀測能見度均為偏小，而能見度大于150 km時，75%左右自動觀測能見度偏大；對于各個觀測時次來說，負偏差統(tǒng)計結(jié)果基本表現(xiàn)出了自動觀測能見度小于人工觀測的特點，尤其是8：00和20：00

4結(jié)論

利用丹東地區(qū)四個地面氣象站1951—2016年歷年3月人工觀測及2015年3月自動和人工平行觀測的輕霧、霧、霾資料，對新型自動站觀測視程障礙現(xiàn)象的準確性進行評估，得到如下結(jié)論：①三月出現(xiàn)的輕霧現(xiàn)象最多，并有增加趨勢。②人工觀測的輕霧比自動觀測的輕霧天數(shù)多，其中差異主要表現(xiàn)在8：00的觀測數(shù)據(jù)，而對于結(jié)果的顯示表明自動觀測的數(shù)據(jù)比人工觀測的數(shù)據(jù)準確。③在相對濕度滿足條件的情況下，能見度的判別誤差是導(dǎo)致自動觀測與人工觀測輕霧、霧、霾現(xiàn)象判別差異的重要原因。④然而，對于目前現(xiàn)行業(yè)務(wù)規(guī)定中將新型自動站判別霧和霾的能見度閾值在人工觀測標準基礎(chǔ)上統(tǒng)一下調(diào)25%，所以應(yīng)直接將所有自動能見度觀測數(shù)據(jù)視為偏小，這種做法科學(xué)性需進一步研究探討。

參考文獻：

[1]白洋，劉曉源“霧霾”成因的深層法律思考及防治對策[J]中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2013，3（6）：27-33

[2]鄭祚芳城市化對北京霾日數(shù)影響統(tǒng)計方法[J]生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2014（23）1587-1597

[3]高岑，王體健，吳建軍，等2015年秋季南京地區(qū)一次持續(xù)性灰霾天氣過程研究[J]氣象科學(xué)，2015（25）：154-164