陳新　楊曉波　李莉

摘 要：為有效提升天氣現(xiàn)象的自動(dòng)化觀測水平，必須加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)的應(yīng)用。該文主要從天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)特點(diǎn)入手，重點(diǎn)對(duì)天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)的有效應(yīng)用進(jìn)行了分析和闡述，希望給行業(yè)相關(guān)人士提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：天氣現(xiàn)象 自動(dòng)化 觀測技術(shù)

中圖分類號(hào)：P427 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）07（c）-0129-02

因國內(nèi)地面氣象觀測技術(shù)發(fā)展的比較晚，相關(guān)地面氣象觀測設(shè)備也相對(duì)落后，大多數(shù)情況下需要借助人工才能完成氣象觀測。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，我國氣象觀測設(shè)備自動(dòng)化也取得了長足的進(jìn)步。其中，在我國大部分氣象觀測站中，溫濕、氣壓、雨量、風(fēng)、輻射、蒸發(fā)等傳感器基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或者半自動(dòng)化，且運(yùn)行穩(wěn)定。天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)的進(jìn)步，為34種氣象天氣觀測的精準(zhǔn)性提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，為我國工農(nóng)業(yè)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)特點(diǎn)

所謂天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測系統(tǒng)指的是針對(duì)地面業(yè)務(wù)觀測設(shè)計(jì)的一系列自動(dòng)化觀測設(shè)備。具體來說，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

第一，天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)是集常規(guī)地面氣象觀測、圖像以及光學(xué)散射等多種技術(shù)于一體的自動(dòng)化觀測技術(shù)。

第二，天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)通過對(duì)圖像技術(shù)的利用，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種大氣現(xiàn)象進(jìn)行定量化、客觀化記錄，即便獲取樣本需要時(shí)間較長，短時(shí)間內(nèi)無法完成自動(dòng)化識(shí)別，其還能夠進(jìn)行自動(dòng)化存儲(chǔ)，并對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行調(diào)整，從而為地面人工觀測與儀器觀測雙軌運(yùn)行提供便利條件。

第三，在凝結(jié)天氣現(xiàn)象自動(dòng)識(shí)別試驗(yàn)中，識(shí)別技術(shù)和圖像采集技術(shù)取得了良好成果。

第四，就目前而言，天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測系統(tǒng)的識(shí)別功能不強(qiáng)，僅僅能夠?qū)?4種天氣現(xiàn)象中的24種天氣現(xiàn)象予以自動(dòng)化識(shí)別，且識(shí)別精準(zhǔn)率有待于提升。針對(duì)其余10種天氣現(xiàn)象的自動(dòng)化觀測方法還需要進(jìn)一步研究。

2 天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 降水天氣現(xiàn)象觀測技術(shù)的應(yīng)用

具體來說，降水天氣現(xiàn)象主要包含雨、雪、霜、冰雹等多種類型。降水天氣現(xiàn)象是進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)、云物理研究以及人工影響天氣的重要資料，其不僅能夠?qū)邓奈锢頎顟B(tài)和強(qiáng)度信息進(jìn)行客觀反映，還能夠?qū)邓纬傻脑莆锢項(xiàng)l件以及大氣狀態(tài)進(jìn)行了精準(zhǔn)反映。就目前而言，實(shí)現(xiàn)降水天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測的技術(shù)和方法有很多種，比如對(duì)降水粒子擊打物體的聲學(xué)特性以及降水粒子的遮擋特點(diǎn)及散射特點(diǎn)進(jìn)行測量。通過這些技術(shù)，能夠有效獲得液態(tài)降水粒子的直徑、降水強(qiáng)度、降水量以及固態(tài)降水情況等方面的信息，但是無法對(duì)固態(tài)降水量和相關(guān)種類信息予以確定，也就是說無法對(duì)雨、雪以及冰粒等天氣現(xiàn)象加以區(qū)分。為此，以圖像傳感器為基礎(chǔ)和前提的降水天氣現(xiàn)象自動(dòng)觀測技術(shù)憑借對(duì)降水物態(tài)精準(zhǔn)識(shí)別的優(yōu)勢，得以普及使用。

2.2 視程障礙天氣現(xiàn)象觀測技術(shù)的應(yīng)用

視程障礙天氣現(xiàn)象主要包含揚(yáng)沙、沙塵暴、浮塵、霧霾、雪暴以及冰針等多種氣象，這些天氣情況都會(huì)或多或少地對(duì)氣象能見度產(chǎn)生影響。其中，揚(yáng)沙、浮塵、沙塵暴以及霧霾等更是當(dāng)前氣象服務(wù)的主要內(nèi)容。就目前來說，對(duì)視程障礙天氣現(xiàn)象能夠自動(dòng)識(shí)別的方式主要分為兩種：一是對(duì)氣象能見度、溫濕度以及風(fēng)速等進(jìn)行觀測，從而對(duì)各類視程障礙天氣現(xiàn)象進(jìn)行判別；二是運(yùn)用圖像傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣色度信息的獲取，并通過對(duì)色度學(xué)參數(shù)的運(yùn)用有效實(shí)現(xiàn)對(duì)雪類、沙塵類以及霧類等天氣現(xiàn)象的區(qū)分。在整個(gè)天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測系統(tǒng)中，視程障礙天氣現(xiàn)象傳感器一般采取第一種方式為主、第二種方式為輔的應(yīng)用理念，具體來說，主要分為以下幾個(gè)步驟：第一，在綜合判別的基礎(chǔ)上，通過自動(dòng)化觀測技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)揚(yáng)塵、沙塵暴以及霧霾等天氣現(xiàn)象的自動(dòng)判別；第二，運(yùn)用圖像傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)色度信息的獲??；第三，采取合理措施，有效提升天氣現(xiàn)象觀測的精準(zhǔn)率和對(duì)不同視程障礙現(xiàn)象的區(qū)分功能。

2.3 凝結(jié)天氣現(xiàn)象觀測技術(shù)的應(yīng)用

具體來說，凝結(jié)天氣現(xiàn)象主要包含霜、露、雨凇、霧凇等現(xiàn)象。其中，日常氣象服務(wù)及氣象災(zāi)害服務(wù)的主要內(nèi)容為霜、霧凇、雨凇、積雪和結(jié)冰等天氣現(xiàn)象，這些天氣現(xiàn)象對(duì)我國工農(nóng)業(yè)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。就目前而言，對(duì)凝結(jié)天氣的自動(dòng)化識(shí)別已然成為天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測的瓶頸。加上凝結(jié)天氣現(xiàn)象、結(jié)冰、積雪等均具備相應(yīng)的圖像特征，在對(duì)這些天氣現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的過程中使用圖像識(shí)別技術(shù)比較適用。同時(shí)，為有效提升天氣現(xiàn)象觀測結(jié)果的精準(zhǔn)性和標(biāo)準(zhǔn)化，可以使用圖像傳感器來有效獲取滿足天氣現(xiàn)象觀測規(guī)范要求的統(tǒng)一示蹤物體上的凝結(jié)天氣現(xiàn)象相關(guān)資料。

2.4 光電天氣現(xiàn)象觀測技術(shù)的應(yīng)用

具體來說，光電天氣現(xiàn)象主要包含閃電、雷擊以及極光等現(xiàn)象。其中，因云強(qiáng)烈放電而產(chǎn)生的光聲現(xiàn)象的為雷擊和閃電，其也是天氣預(yù)報(bào)和氣象服務(wù)的主要內(nèi)容。就目前來說，我國在對(duì)光電天氣現(xiàn)象進(jìn)行觀測的過程中，已經(jīng)采用了技術(shù)相對(duì)比較成熟的閃電監(jiān)測系統(tǒng)，其監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳遞到天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測系統(tǒng)中。一般來說，極光都是在高緯度地區(qū)的高空中出現(xiàn)，是因太陽粒子流在對(duì)高層大氣氣體進(jìn)行轟擊的過程中出現(xiàn)的電離或者激發(fā)的彩色發(fā)光現(xiàn)象。在對(duì)極光天氣現(xiàn)象進(jìn)行觀測的過程中，可以使用以CCD圖像傳感器為技術(shù)的自動(dòng)化觀測技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)空間天氣的預(yù)報(bào)和監(jiān)測。

2.5 其他天氣現(xiàn)象觀測技術(shù)

其他天氣現(xiàn)象主要包含臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)以及塵卷風(fēng)等。在對(duì)這些天氣現(xiàn)象進(jìn)行觀測的過程中，主要通過對(duì)自動(dòng)氣象站溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等的觀測實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別。

3 結(jié)論

（1）隨著經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)天氣現(xiàn)象自動(dòng)化識(shí)別的應(yīng)用越來越普及，要求也越來越高。在對(duì)天氣現(xiàn)象的觀測過程中，有效提升自動(dòng)化觀測技術(shù)的水平具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，其不僅能夠減輕氣象觀測人員的工作壓力，還能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無人觀測區(qū)域相關(guān)天氣現(xiàn)象的自動(dòng)化識(shí)別。同時(shí)，在對(duì)天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前業(yè)務(wù)常規(guī)觀測信息、粒子光學(xué)信息以及閃電定位儀信息等，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)天氣現(xiàn)象的自動(dòng)識(shí)別，并為氣象服務(wù)和氣象災(zāi)害提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

（2）在有效提升天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)水平的同時(shí)，還需要與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，分階段實(shí)施，并對(duì)當(dāng)前天氣現(xiàn)象的劃分情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，分清輕重緩急，加強(qiáng)對(duì)業(yè)務(wù)需要旺盛的天氣現(xiàn)象的分析和研究力度。

（3）有效提升天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)水平的關(guān)鍵在于對(duì)光學(xué)傳感器及大氣粒子光學(xué)特定的研究。其中，降水現(xiàn)象即視程障礙現(xiàn)象與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。在實(shí)際操作過程中，加強(qiáng)對(duì)粒子光學(xué)特性的研究是當(dāng)前國際天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過對(duì)設(shè)備的現(xiàn)場試驗(yàn)、改良能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)降水現(xiàn)象種類的自動(dòng)化識(shí)別，以便為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們生活提供更好的氣象服務(wù)。

（4）天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與否主要受到大量現(xiàn)場試驗(yàn)和場外數(shù)據(jù)積累的影響。眾所周知，天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變且具有較強(qiáng)的地域性，要想獲取精準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)積累豐富資料，并對(duì)設(shè)備計(jì)算方式進(jìn)行不斷完善，為天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測技術(shù)的提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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