因露致使區域自動氣象站出現降水量的判斷

鄭都華，周宗萬，張周嵩

(湖北省巴東縣氣象局，湖北 巴東 444300)

1 引言

區域自動氣象站是根據中小尺度災害性天氣預警、大中城市、特殊地區和專屬經濟區和環境預報服務需要，為提高中小尺度天氣監測和臨近預報的水平和能力，并根據當地經濟社會發展需要而建設的地面自動氣象觀測站。

近年來，隨著防災減災和氣象為農服務的需要，巴東縣已建設覆蓋全部鄉鎮的50個區域自動氣象站，十二五期間平均布點密度將達到5 km 左右。這在中小尺度天氣系統的監測、預報預警、防災減災、氣象為農服務、水電服務、旅游等專業氣象服務中都發揮了重要作用。隨著天氣實況發布系統的不斷建立，區域氣象站的數據質量成為影響氣象行業形象的一個重要窗口，其數據質量非常重要。為此本文對無降水現象時，因露致使區域氣象站出現降水量進行了初步分析，以為數據質量控制提供依據。

2 露的定義和時空分布

露是常見的地面凝結現象，是近地層空氣受到地面輻射冷卻的影響而降溫到露點以下，所含水汽的過飽和部分在地被物上凝結而成的液態水，一般出現在大氣層結穩定，空氣濕度大、天氣晴朗、無風或微風的夜晚。

表1 是巴東1986—1997年間各月平均露日數，可以看出，從低山到高山一年四季都有露水，低山多于高山。露水日數以4—11月為多，從季節分布來說，主要分布在夏秋兩季，春冬次之，夏季(6—8月)最多，低山為61 d，高山為46 d。露的形成需要一定的溫濕條件，而夏季降水多有利于降低近地面大氣溫度、增加濕度，進而有利于露水的產生;而冬季晝夜溫差小、降水少空氣干燥不易于形成露。

表1 1986—1997年巴東各月平均露日數 (單位:d)

3 通過雷達資料判定

《地面氣象觀測規范》中規定，純霧、露、霜、冰針、霧凇、吹雪的量按無降水處理，因此單純因露水造成的降水量在數據質量控制時必須刪除。區域自動氣象站無人值守，一般建在一定范圍無遮擋的環境中，冰針、霧凇一般不會造成區域自動氣象站出現降水量，吹雪發生時風較大，易于與露區分，而且露造成的降水量一般較小，所以個別區域氣象站出現弱降水而國家站無降水現象時就要考慮是否是因為露造成的。而露的形成需要一定的天空狀態和地面狀況，所以可以通過雷達資料和區域站的其它要素資料來判定是否有露形成。

3.1 降水和霧的雷達回波特征

降水可以從雷達回波強度和徑向速度等多方面進行判讀，降雨回波強度一般在20 dBz 以上;降雪回波強度雖然一般在10～15 dBz，但在PPI 上雪的回波分布均勻、絲縷狀紋理結構明顯、水平范圍大。

據研究，較大范圍的平流霧在天氣雷達上也有一定的回波特征，強度主要集中在0～20 dBz，形態上沿著雷達徑線方向呈輻輳狀向外彌散開，像一層薄紗罩在屏幕上;在速度圖上會由于湍流作用呈現正負速度錯綜交雜相一致，且數值不大;另外，霧的回波頂高度低，只有1 km 左右。

3.2 晴空回波特征

夜間天氣晴朗少云，地面熱量散失就快，氣溫下降快，有利于露的生成。由于夜間露水一般形成在晴朗的天氣環境中，所以一旦雷達上呈現晴空回波特征就可以判定可能是有露生成造成出現降水量。雷達PPI 和RHI 上所呈現的晴空回波常表現為圓點狀、窄帶狀、細胞狀、層狀、白熾狀、環狀和波狀等。另外露水適宜的凝結風速為0.5～2.0 m/s，大氣層結穩定，這就可以利用回波徑向速度場是否數值比較小、等值線分布是否比較稀疏和風廓線圖來判定是不是可能有露生成。

4 利用多要素氣象站資料判定

在系統性天氣下，有人值守的國家級氣象站數據是判定區域自動氣象站是否因露水產生降水的重要參考，但在山區特別是夏季局地性特征較強時，就需要再綜合多要素區域自動站的相對濕度、風速、溫度變率等氣象要素進行判斷。

4.1 露形成時氣象要素條件

露水從空氣中來，相對濕度是影響露水形成的重要因子，相對濕度大表明空氣中水汽含量高，可供凝結的水汽多。露水須形成在高濕的環境中，Monteith 認為露初始形成時相對濕度91%～99%，只要發生凝結現象的表面比它接觸的空氣露點溫度低，就有露形成。另據王勝［2］等人研究表明相對濕度＞80%時露水出現次數占總量的70%以上。

風速是影響露水形成的又一重要因素，風速小有利于露水凝結。王勝［2］等人的研究表明，露水形成期間風速主要集中在0.5～2.0 m/s 的區間。值得注意的是如果風速較大帶來的是暖濕氣流，容易引致露點升高、濕度加大，也有利于凝結，可能產生露水。所以區域站本身監測的相對濕度、風速也是確定是否有露水生成的重要方法。

另外露的形成需要發生凝結現象的表面比它所接觸的空氣露點低，因為溫度露點差也是影響露水形成的重要因子。王勝［2］等人的研究表明露水主要分布在溫度露點差在－3～6℃之間或地—氣溫差－2～2℃之間。

4.2 露和霜的判斷

霜是水汽在地面和近地面物體上凝華而成的白色松脆的冰晶，或由露凍結而成的冰珠，形成條件和露比較相近，一般形成于寒冷季節晴朗、微風或無風的夜晚。霜形成后，待白天溫度升高融化后才可能引起區域自動氣象站出現降水量，所以可通過自動站監測的溫度和降水量出現的時間來判斷是露還是霜造成的。

4.3 弱降水時的氣象條件

據葉有華［5］等在廣東從化地區的觀測夜間最大露水量約為0.23 mm，可見，即使露造成區域自動氣象站出現降水量也是弱降水。可以通過判斷未出現弱降水來確定是否因露造成降水量。表2 給出了2010年巴東國家基本氣象站(海拔334 m)觀測到0.1～0.2 mm 降水量時段對應的定時相對濕度和風速最大值，從中可以看出相對濕度一般不超過90%，只是在有輕霧發生時相對濕度超過90%，且有2 次降水量達到0.2 mm;定時風速最大值大多在3 m/s 左右。

表2 2010年巴東弱降水時段對應相對濕度、風速最大值

另據王勝［2］研究，處于半干旱地區的定西露水日最大凝結量可達0.33 mm。表3 給出了高山站綠蔥坡(海拔1 813.5 m)1997年出現0.1～0.3 mm 弱降水而且降水時段無霧時的定時相對濕度最大值和定時風速最大值，從中可看出出現弱降水且無霧時相對濕度大多＜90%，風速≤3.0 m/s。可見，巴東地區出現弱降水且無霧時相對濕度＜90%，低山風速＞2.0 m/s、高山風速大多＞3.0 m/s。

表3 1997年綠蔥坡弱降水時段(無霧)對應相對濕度、風速最大值

4.4 露和霧形成時氣象條件的不同

露與霧形成時的氣象條件比較相近，都需要濕度大、無風或微風和大氣層結穩定，地溫和氣溫差異也都比較小。不同的是霧凝結成細微的水滴懸浮于空中，“溫室效應”使得氣溫變率△T 較小;而露是地面凝結現象，氣溫變率相對較大。表4 中分析了2010年及2004年9—12月巴東站有霧但對應時段無降水時整點氣溫較前1 h 的變率(℃/h)，以及2010年20—07 時有露但對應時段無降水、無霧時氣溫的變率，從中可以看出有霧時85%的氣溫變率集中在－2～2℃之間，最大變率為0.7℃/h;而有露時氣溫變率的絕對值主要集中在0.2℃以上，占72%，變率最小值達到－3.2℃、最大值為2.2℃。

表4 有霧或露時氣溫變率分布表 (單位:℃/h)

5 結論

露一年四季都有發生，在有人值守的氣象站觀測無降水產生，而區域自動氣象站有0.1～0.3 mm弱降水量時就要考慮是否因為露等因素造成自動站出現降水量。判定方法主要有:

①通過雷達回波資料判斷是否可能有降水發生，如果雷達回波強度＜10 dBz 或者夏天＜20 dBz就可判定沒有降水現象。

②通過溫度＞0℃的時間和降水量出現的時間來區分露和霜，冬季在相對濕度高、溫度＞0℃后才出現弱降水量可以確定是露霜。

③通過出現弱降水量時相對濕度是否＞90%，最大風速是否＜2.0～3.0 m/s 來區分露和弱降水，相對濕度＞90%或風速＜2.0～3.0 m/s 時可以初步確定有露生成。

④通過夜間氣溫變率來區分露和霧的影響，如果20－07 時有較多時次氣溫變率＞0.2℃/h，大致可判定有露造成自動站出現弱降水量。

［1］陳其歡. 區域自動氣象站維護保障技術［A］. 經濟發展方式轉變與自主創新——第十二屆中國科學技術協會年會(第二卷)［C］.2010.

［2］王勝，張強. 黃土高原半干旱區露水形成的大氣物理特征研究［J］. 物理學報，2011，5.

［3］劉文杰，李紅梅，段文平. 西雙版納地區露水資源分析.自然資源學報，1998，1:40－45.

［4］張培昌. 雷達氣象學(第一版)［M］. 北京:氣象出版社，2001:307－356.

［5］葉有華，周凱，彭少麟，等. 廣東從化地區晴朗夜間露水凝結研究［J］. 熱帶地理，2009，1:20－30.