略論地面氣象觀測系統(tǒng)

蔡立勇

（四川省宜賓縣氣象局,四川宜賓 644000）

中國的氣象綜合觀測系統(tǒng)非常復(fù)雜，幾乎覆蓋了全國陸地、海洋與高空乃至于星際廣闊空間，整體從大氣物理參數(shù)再發(fā)展到大氣化學(xué)微量成分以及與海洋、陸地、生態(tài)與環(huán)境等緊密相關(guān)的領(lǐng)域，長期不間斷的開展空間多尺度的與綜合觀測的為一體的龐大系統(tǒng)。就省一級(jí)氣象臺(tái)來說，通常的氣象綜合觀測系統(tǒng)主要指的是地面氣象觀測系統(tǒng)，如何對(duì)地面氣象觀測進(jìn)行科學(xué)管理，已成為現(xiàn)實(shí)課題。

1 地面氣象觀測系統(tǒng)的歷史及特性

通常的地面氣象觀測系統(tǒng)經(jīng)歷了曲折的發(fā)展歷史。在上世紀(jì)七十年代末期許多發(fā)達(dá)的國家就開發(fā)并實(shí)施了氣象觀測系統(tǒng)的自動(dòng)化及其對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，目前現(xiàn)實(shí)的大多數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在積極不斷地研制與開發(fā)利用地面氣象觀測系統(tǒng)，而且絕大多數(shù)地面氣象站已經(jīng)基本采用可以進(jìn)行遙測的自動(dòng)氣象站。在此基礎(chǔ)上，許多國家已經(jīng)先后實(shí)現(xiàn)了地面氣象觀測系統(tǒng)的自動(dòng)化,其所觀測項(xiàng)目日益增多，對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確度顯著得以提高。地面氣象觀測業(yè)務(wù)化的自動(dòng)配套網(wǎng)絡(luò)相繼建立，地面觀測的同時(shí)性與準(zhǔn)確度得到極大改善和提高。典型的如美國的自動(dòng)地面觀測系統(tǒng)和日本的自動(dòng)氣象資料收集系統(tǒng)等。我國早在九十年代初就已經(jīng)成功研制出性能穩(wěn)定，并且觀測精度很高，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)無人值守，不間斷進(jìn)行觀測的自動(dòng)類型的氣象站，在二十一世紀(jì)初，開始已經(jīng)形成由眾多的自動(dòng)氣象站構(gòu)成的地面氣象觀測系統(tǒng)。

地面觀測系統(tǒng)如果按用途可分為多種類。一是中尺度的自動(dòng)氣象站。其特點(diǎn)是觀測要素少而且成本低，這種類型主要用于中小空間尺度的大氣變化的精確觀測，自身設(shè)置密度大。二是遙測用途的自動(dòng)氣象站。其特點(diǎn)是觀測要素多，而且成本較高，大多數(shù)主要設(shè)置在基準(zhǔn)氣候站與基本氣候站和一般氣候站，進(jìn)而大范圍內(nèi)構(gòu)成全國的大氣綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。三是要素雨量站，其特點(diǎn)是觀測要素只有雨量與溫度，成本較低，主要適合于大面積設(shè)置，可以用于地方的防澇抗旱等類型的服務(wù)。目前的地面氣象觀測系統(tǒng)為天氣預(yù)報(bào)、氣候分析、科學(xué)研究與氣象服務(wù)提供了科學(xué)的依據(jù)，在最大范圍內(nèi)保證了地面氣象要素代表性、準(zhǔn)確性與比較性等。

2 地面氣象觀測系統(tǒng)的變化與發(fā)展

根據(jù)目前中國氣象局關(guān)于《大氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)建設(shè)指導(dǎo)性意見》與《中尺度災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)指南》的相應(yīng)要求，如果要提高天氣預(yù)報(bào)的精度與捕獲局地突發(fā)性中小尺度類型的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)綜合能力，氣象常規(guī)的觀測網(wǎng)正向著更為稠密的系統(tǒng)方向進(jìn)行發(fā)展。大力發(fā)展20KM 以下中尺度地面觀測網(wǎng)，相應(yīng)地進(jìn)行微小尺度地面觀測網(wǎng)嵌套，溫度與雨量等氣象要素局地觀測尺度甚至可以達(dá)到 200 米分辨率。目前在國內(nèi)主要江河流域、相應(yīng)的主要城市帶、所有的主要交通干線、以及重點(diǎn)旅游景區(qū)、甚至在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)與氣象災(zāi)害頻發(fā)區(qū)的縣城、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)與糧食主產(chǎn)區(qū)等重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域都建設(shè)了密集的加密自動(dòng)氣象觀測站，正是由于大量自動(dòng)氣象站的投入使用，氣象觀測點(diǎn)的布局密度對(duì)應(yīng)也就越來越大，極大地改變了原有的數(shù)據(jù)觀測與收集，精細(xì)整理與傳輸?shù)取?/p>

我國實(shí)用的地面氣象觀測系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)發(fā)展模式。近幾年以來，發(fā)展出來的兩種類型地面觀測系統(tǒng)模式已經(jīng)逐步得到發(fā)展并且成熟。一是針對(duì)全國范圍內(nèi)的大氣監(jiān)測自動(dòng)化氣象網(wǎng)絡(luò)，而且目前此網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在中國氣象局系統(tǒng)范圍內(nèi)得以業(yè)務(wù)化運(yùn)行，并將全國各個(gè)省市的眾多自動(dòng)氣象站觀測所得數(shù)據(jù)以每小時(shí)作為間隔最大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了國家級(jí)的匯總與運(yùn)用。二是區(qū)域性的中尺度地面氣象觀測系統(tǒng)，而且目前這種聯(lián)網(wǎng)形式已經(jīng)在相當(dāng)一部分城市，尤其是在省會(huì)城市得到廣泛運(yùn)用。目前我國的地面自動(dòng)氣象站進(jìn)行分類的方法很多，可以分成有人值守的自動(dòng)氣象站與無人值守的實(shí)質(zhì)自動(dòng)氣象站。前者是一種人機(jī)結(jié)合為特征的自動(dòng)氣象站，后者是一種全自動(dòng)類型的氣象站，并且可以定時(shí)或非定時(shí)地大量采集數(shù)據(jù)，并且能夠直接遠(yuǎn)距離傳輸給目標(biāo)用戶。

3 地面氣象觀測系統(tǒng)的管理模型

地面氣象觀測系統(tǒng)對(duì)整個(gè)氣象業(yè)務(wù)進(jìn)行科學(xué)管理，我們可以建構(gòu)靈活運(yùn)作的管理模型。模型的起點(diǎn)與開端。規(guī)范自動(dòng)氣象站與眾多的自動(dòng)化大氣監(jiān)測系統(tǒng)，連續(xù)不間斷地觀測大氣之中的各種要素發(fā)展變化，同時(shí)按照規(guī)范生成具體的觀測報(bào)告，及時(shí)通過通信線路準(zhǔn)確傳送給上位接受系統(tǒng)。同時(shí)可以根據(jù)其功能與探測要素組合成多種類型，相應(yīng)不同類型的自動(dòng)氣象站自然需要不同類型的氣象設(shè)備來進(jìn)一步完成。數(shù)據(jù)采集中心主要可以收集來源于自動(dòng)氣象站的系列觀測報(bào)告，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步加工與進(jìn)一步分析，更一步上傳給管理中心進(jìn)行存儲(chǔ)與應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集中心主要具有對(duì)自動(dòng)站進(jìn)行管理的功能，當(dāng)然包括參數(shù)的合理配置，對(duì)系統(tǒng)時(shí)間的科學(xué)設(shè)施，科學(xué)訂正參數(shù)的管理設(shè)置、負(fù)責(zé)通訊接口的設(shè)置、對(duì)系列數(shù)據(jù)進(jìn)行下載、同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試等。

地面氣象觀測系統(tǒng)的核心模型是管理中心。氣象觀測數(shù)據(jù)與運(yùn)作管理中心是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它在整體上包括一系列的功能與服務(wù)。氣象業(yè)務(wù)服務(wù)器提供采集中心與管理中心之間的數(shù)據(jù)通信支持并且向采集中心提供氣象數(shù)據(jù)傳輸接口對(duì)接服務(wù)，同時(shí)也提供管理中心眾多功能模塊切換到采集中心的通信接口上進(jìn)行服務(wù)。氣象數(shù)據(jù)庫相應(yīng)提供對(duì)各觀測氣象數(shù)據(jù)的管理，并且提供對(duì)自動(dòng)站網(wǎng)的進(jìn)一步管理信息的科學(xué)管理。氣象應(yīng)用平臺(tái)提供對(duì)各觀測氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，并進(jìn)一步提供對(duì)資料的統(tǒng)計(jì)和制作報(bào)氣象表。

總之，隨著日常生活的氣象觀測系統(tǒng)的日益精細(xì)化、自動(dòng)化與智能化，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的氣象保障系統(tǒng)變得越來越重要。通過科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與測試等，極大地提高地面氣象觀測系統(tǒng)運(yùn)行的保障能力與觀測科學(xué)性。

[1]劉小寧.地面氣象資料質(zhì)量控制方法研究概述.氣象科技,2005,6.112.

[2]中國氣象局地面氣象觀測規(guī)范.氣象出版社,2003,11.241.

[3]中國氣象事業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,中國氣象局.氣象科技出版社.2006,116.