融合使用探測資料提高觀測服務(wù)質(zhì)量方法探析

李兵 付敏 劉周華

摘要 隨著雷達、GPS、風(fēng)廓線儀等多種氣象資料探測手段的發(fā)展及探測站的不斷布網(wǎng)，多途徑探測資料日益豐富。作為一名觀測員，不僅要有嫻熟的觀測技能，也要掌握先進的探測儀器使用方法，將雷達回波、衛(wèi)星云圖、實測數(shù)據(jù)等多途徑探測資料直接融合分析應(yīng)用，以提供更加及時準(zhǔn)確的觀測結(jié)果，不斷提高服務(wù)保障能力。本文就充分利用多種探測資料開展工作的實際方法進行分析，旨在進一步提升觀測服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 氣象資料；融合分析；服務(wù)質(zhì)量

中圖分類號 P412 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）17-0201-02

強對流、臺風(fēng)等氣象災(zāi)害，往往給人們的工作生活帶來不便，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國家財產(chǎn)等造成威脅。氣象觀測工作是基礎(chǔ)，它主要為天氣預(yù)報、氣候資料統(tǒng)計等積累資料，同時按照協(xié)議開展天氣實況服務(wù)。特別是民航事業(yè)和重大任務(wù)活動舉辦的氣象保障工作對氣象觀測服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，因為觀測員按照觀測規(guī)范發(fā)布的每一份機場天氣報告都直接影響著飛行的準(zhǔn)點與安全。隨著我國在衛(wèi)星、雷達、GPS、風(fēng)廓線儀、微波輻射計、地面自動氣象站等多種資料探測手段的發(fā)展及探測站的不斷布網(wǎng)與建設(shè)，多途徑探測資料日益豐富，在氣象觀測服務(wù)中融合使用這些多途徑探測資料就十分關(guān)鍵。因此，本文主要探討多途徑探測資料融合分析應(yīng)用的具體方法，以期使觀測工作除了依靠觀測員嫻熟的地面氣象觀測技術(shù)外，還能充分利用現(xiàn)代探測設(shè)備資料，保證地面氣象觀測結(jié)果及時、準(zhǔn)確，不斷提高安全服務(wù)保障能力。

1 雷達回波、衛(wèi)星云圖、大氣電場儀/閃電定位儀等綜合資料輔助觀測強對流天氣系統(tǒng)

氣象雷達、大氣電場儀/閃電定位儀等大氣探測設(shè)備已在我國的很多氣象臺站裝備，其能迅速、準(zhǔn)確、細致地提供測站及一定范圍內(nèi)對流天氣及降水的位置、強度等信息，以及其隨時間、空間演變的情況，因而是大氣探測和研究的一種有效工具，是氣象服務(wù)保障的重要手段。如果只采用目測，會造成一些天氣實況信息掌握不準(zhǔn)，容易漏測或缺測。如冷鋒上的暖濕空氣被冷空氣強迫抬升，常產(chǎn)生較強的對流，形成的積狀云常沿著鋒線呈帶狀排列，并隨鋒面移動，一天中任何時候都可以出現(xiàn)。這種積狀云一般隱藏在層狀云中，從地面觀測不到，只能通過陣性降水、雷電或冰雹等現(xiàn)象判斷。因此，當(dāng)觀測員觀測到時，往往已滯后許久[1]。

筆者在外出業(yè)務(wù)交流時曾見到有些臺站的觀測實況，整點時無濃積云記錄，但僅僅10 min左右就出現(xiàn)了雷暴、颮等特殊天氣，記錄有2～3個積雨云。顯然，在如此短的時間內(nèi)出現(xiàn)積雨云甚至雷暴是不恰當(dāng)?shù)?，這就是由于沒有雷達資料或沒有充分應(yīng)用雷達資料，單憑觀測員肉眼觀測不足所致。這也就容易造成錯、忘、漏，大大降低了服務(wù)質(zhì)量，存在安全隱患。

隨著衛(wèi)星云圖、雷達回波、大氣電場儀或閃電定位儀在氣象臺站的配備，觀測員值班期間就可以通過衛(wèi)星云圖、閃電定位儀或大氣電場儀顯示的電場數(shù)值，結(jié)合預(yù)報員發(fā)布的天氣趨勢預(yù)報，以及對流云（降水）不同階段的雷達回波特征，如回波尺度、強度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、中心顏色、移動速度等，了解對流云在各時間所處的發(fā)展階段、移動方向，判斷是否影響本站及影響時間，使接下來的觀測工作有條不紊。例如某年6月23日某機場觀測站觀測員在觀測接班前，通過仔細查看地面圖、高空圖和紅外線云圖，掌握到測站處于東北冷渦內(nèi)，有中尺度云團發(fā)展，衛(wèi)星云圖上有大片白色云團，如圖1（a）所示，初步判定有陣雨、雷暴天氣，甚至?xí)殡S短時大風(fēng)、冰雹等強對流天氣可能影響測站，因而密切關(guān)注并加強觀測。15：00觀測到西面有少量積雨云發(fā)展，多普勒雷達顯示發(fā)現(xiàn)在本站西面有一強回波云團，如圖1（b）所示，詢問預(yù)報員后得知當(dāng)時高空有偏西氣流，預(yù)計回波將加強并影響本場。因此，觀測員在巡視天氣時也不斷注意觀看多普勒雷達，做好隨時發(fā)布機場特殊天氣報告及通報的準(zhǔn)備。在15：30時，已有2個量的積雨云，15：51開始聽到雷聲。通過觀看6 min/次的圖像動畫演示以及大氣電場儀陡變的實時數(shù)值，計算出其強中心將從本場西北面通過，本場受其影響的時間會持續(xù)長、強度大。事實表明，16：00時風(fēng)速平均為2 m/s，陣風(fēng)4 m/s；到16：15時，積雨云發(fā)展為4個量，風(fēng)速突然增大到平均8 m/s，而陣風(fēng)速度達19 m/s，出現(xiàn)了大風(fēng)和颮，并伴有大陣雨，能見度也從10 000 m急劇下降為1 500 m；直到16：40，風(fēng)速才迅速回落減??；18：48雷暴在東北方向終止。期間值班觀測員由于較好地利用了各種探測資料，忙而不亂，共發(fā)布、通報了各種報告9份，準(zhǔn)確、及時地提供了觀測實況，保證了飛行安全。

2 能見度儀資料輔助觀測能見度和天氣現(xiàn)象

幾十年來，氣象能見度的觀測都只是憑觀測員肉眼分辨和主觀判斷，人工觀測時，對比視覺閾值和照度閾值隨照明條件和觀測員生理、心理影響的變化較大，主觀上必然造成一定的誤差。同時，氣象能見度是指視野1/2以上的距離[2]，但城市化致使氣象探測環(huán)境頻頻遭受破壞[3]，受觀測點周邊建筑物阻擋等，能見度的觀測甚至存在“死角”。而能見度儀在氣象臺站的安裝配備已越來越普遍，能實時測量顯示出一定基線范圍內(nèi)的能見度。因此，觀測員在目測氣象能見度時，應(yīng)盡量參考自動設(shè)備的能見度顯示值，保障氣象能見度的準(zhǔn)確性、代表性。

如果觀測臺站周圍安裝有自動觀測設(shè)備，設(shè)備往往就能夠快速、準(zhǔn)確地捕捉不同方向的天氣要素特別是能見度的變化。因此，在前期天氣穩(wěn)定，如果某一個方向的能見度儀顯示的數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變，觀測員應(yīng)該根據(jù)連續(xù)觀測的天氣現(xiàn)象、云層、風(fēng)以及濕度等天氣條件分析判斷是否是局地降水、大霧、沙塵暴等復(fù)雜天氣現(xiàn)象的征兆，并持續(xù)監(jiān)視這種變化。因為局地降水、平流霧（碎霧、部分霧）、吹沙等復(fù)雜天氣常常會使那一個方向的氣象要素發(fā)生突變，特別是南方冬、春季霧生消移動速度快，夏季強對流天氣帶來的局部強降水致使能見度急劇變化。自動設(shè)備基本能提前反映出這些天氣變化，提前預(yù)示天氣現(xiàn)象的產(chǎn)生或消散與否，觀測員此時應(yīng)及時觀測記錄。例如，2014年2月1日21：42，某測站觀測員觀測能見度2 km，靠近測站的能見度儀測量的能見度也基本維持在2 000 m，但測站東北方向靠海的自動站能見度儀顯示能見度卻只有500 m。觀測員主動加強巡視，積極參考能見度儀提供的分鐘實時數(shù)據(jù)加以觀測判定，及時準(zhǔn)確地報告了部分霧這一天氣現(xiàn)象，并將觀測結(jié)果通報天氣預(yù)報等單位，為10 min之后影響測站的海上平流霧觀測、服務(wù)保障做好了充足準(zhǔn)備。

3 雨量計資料輔助觀測降水強度

降水現(xiàn)象及強度的觀測，主要靠觀測員在觀測場依據(jù)規(guī)范的定性標(biāo)準(zhǔn)目測獲得，可能存在一定主觀誤差，甚至存在個別觀測員觀測不勤，將降水強度人為減小的現(xiàn)象，不僅大大降低了觀測質(zhì)量，還將影響氣候資料統(tǒng)計結(jié)果，造成無形的損失。同時，夏季強對流天氣時降水云體移動快、降水區(qū)域范圍可能只是局地，觀測視區(qū)內(nèi)遠端區(qū)域等的降水及其強度，客觀上僅靠觀測員目測是相當(dāng)困難的。目前，大多自動站也配有雨量計，能夠?qū)崟r輸出小時、分鐘降水量，快速地顯示出不同區(qū)域的降水量，為觀測員目測、準(zhǔn)確地記錄區(qū)域降水現(xiàn)象、降水強度提供很好的依據(jù)。

降水強度若按降水量“≤2.5 m/h為小雨，2.6～8.0 mm/h為中雨，≥8.1 mm/h為大雨”[4]以及“≤0.3 mm/6 min為小雨，0.3～0.8 mm/6 min為中雨，≥0.9 mm/6 min為大雨”[5]的規(guī)定，采用人工觀測為主，結(jié)合自動觀測設(shè)備數(shù)據(jù)進行定量判定，將使降水強度的判定更有依據(jù)，也減少了觀測滯后性。特別是機場的航空氣象服務(wù)時，能夠更加及時、準(zhǔn)確地讓機組人員、管制人員、預(yù)報人員了解降落機場的降水強度，為飛機安全起降提供決策依據(jù)；同時，提醒機場相關(guān)人員考慮跑道是否存在積水，是否會影響飛機輪胎與地面的摩擦力以致影響滑跑距離，為道面清理提供科學(xué)依據(jù)，大大提高服務(wù)的質(zhì)量。

4 云高儀資料輔助判定云

各地觀測站都能接受到氣象衛(wèi)星下發(fā)的豐富的氣象信息，如高空、地面常規(guī)資料以及衛(wèi)星云圖等。如果觀測員能有效利用這些資料，在每次觀測前對影響本地區(qū)的天氣系統(tǒng)進行跟蹤了解，將會大大提高測報技術(shù)質(zhì)量。例如，在夜間，當(dāng)有層狀云覆蓋天空時，在無月光和無天氣現(xiàn)象伴隨的情況下，根據(jù)規(guī)范規(guī)定的夜間測云方法，有時很難目測判斷測站上空的云狀。如果能借助紅外線云圖，判斷測站上空及云區(qū)上游的云狀，作為觀測時測云參考依據(jù)[6]，就能避免夜間測云的盲目性，提高夜間觀測云的準(zhǔn)確程度。

現(xiàn)在，有些測站配備了激光測云儀，最多已能夠探測出7 000 m以下的3層云高，因而觀測員除了按照各種云常見的云底高度范圍、當(dāng)?shù)靥卣骷坝^測經(jīng)驗外，還應(yīng)及時參考器測實際值加以判定（圖2），特別是當(dāng)大霧籠罩測站，大霧底部邊界模糊不清、分離散亂時，應(yīng)提高云高的目測水平，保證觀測結(jié)果準(zhǔn)確有效。

5 探測資料輔助判定設(shè)備故障或設(shè)備調(diào)整時間

由于設(shè)備使用年限、設(shè)計缺陷、人員操作失誤、天氣或外來物影響等原因，自動觀測設(shè)備難免出現(xiàn)故障。有些故障會通過異常結(jié)果顯示表現(xiàn)出來。因此，觀測員可以結(jié)合這些異常數(shù)據(jù)輔助判定自動觀測系統(tǒng)自身故障。特別是如果某個儀器單元數(shù)據(jù)總是長時間偏差較大、較小或恒定于一固定值，說明儀器故障，該值不可用，觀測員應(yīng)立即通報設(shè)備人員進行維護。例如，2011年3月20日9：30，某測站的能見度儀顯示數(shù)據(jù)一直維持在800 m附近，而人工觀測的能見度卻有10 000 m，設(shè)備也未出現(xiàn)異常告警，觀測員經(jīng)過觀測對比綜合氣象要素后認為該設(shè)備可能故障或受外來異物影響，通報設(shè)備人員到現(xiàn)場維護。設(shè)備人員到達外場后發(fā)現(xiàn)，是能見度儀上小鳥站隊所致（圖3）。

另外，觀測員可以充分利用云層、高空圖溫度場的變化，及時調(diào)整觀測儀器。例如，在初夏或冬季，觀測員可根據(jù)測站干濕球溫度表溫度的變化，結(jié)合高空溫度場，在適當(dāng)?shù)臅r間提前更換地面最高、最低地溫表，避免地溫升高或降低超出溫度表刻度范圍，影響地面觀測的準(zhǔn)確性[7-8]。

6 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的快速增長和科技水平的高速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量也有了更高的期望，對地面氣象觀測質(zhì)量提出了更高的要求。雷達回波、閃電定位儀等提供了強對流天氣的強度、方位，能見度儀提供了能見度值[9-10]，云高儀提供了實測云高，同時儀器測量值的異常也為判定設(shè)備是否故障提供了參考。因此，工作人員必須充分利用更多、更準(zhǔn)確的探測儀器，將多種探測資料有效地融合與使用，努力學(xué)習(xí)觀測方法和技巧，不斷提高觀測水平和質(zhì)量，以提供更及時、更準(zhǔn)確的服務(wù)。

7 參考文獻

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