視程障礙現象自動判識方法及其記錄常見問題處理

宗曉鴻，孫衛衛

(山東省濱州市沾化區氣象局，山東 濱州 256800)

1 引言

從2014年起，能見度實現自動觀測的國家地面氣象觀測站，視程障礙現象(以下簡稱視障現象)全部由人工觀測改為根據相關自動觀測要素進行自動判識[1]。調整初期，根據視障現象判別記錄情況，對自動判識規則進行過多次調整。直到2015年5月視障現象自動判識方法基本穩定下來，此后的視障現象記錄質量總體較高，可用度較好。但由于視障現象時空特征的復雜性，以及自動判識這種記錄形成方法的局限性，判別記錄仍不可避免地出現錯誤或疑誤。為保持氣象觀測記錄的“三性”，保持地面氣象觀測質量，有必要對視障現象判別規則、記錄常見問題及處理方法進行總結研討。

2 視程障礙現象自動判識方法

簡單來講，視障現象自動判識，就是根據與視障現象密切相關的其它自動觀測要素值，參照一定規則和標準，判別當前視障現象并形成記錄。因此視障現象自動判識記錄，與以下3個方面密切相關。

2.1 判別采用的自動觀測要素

①判別能見度VT(m)

(1)

其中T表示當前時間的分鐘序列數，下同；V10指10 min平均水平能見度[5]。

②判別降水量RT(mm)

為分鐘降水量。翻斗式有量時等于翻斗式降水量，翻斗式無量或缺測時等于稱重式降水量。翻斗式和稱重式均缺測時等于0.0。

③判別相對濕度UT(%)

(2)

其中U指空氣相對濕度。

根據檢測結果，種植區重金屬As、Hg含量偏高。種植區重金屬偏高的原因來源于農灌水、農家肥以及其他肥料中的隱形添加劑等，建議主管部門加強辣椒種植指導，論證土壤肥料配方測試科學種植。根據現場調查未發現使用國家禁限用農藥情況，各產品未出現超標情況，表明主管部門在辣椒種植過程農藥投入品監管工作扎實有效。

④判別風向DT(°)、判別風速FT(m/s)

即為2 min平均風向、2 min平均風速。

⑤判別氣溫TT(℃)、判別本站氣壓PT(hPa)

即為分鐘氣溫、分鐘本站氣壓。

2.2 視程障礙現象判別規則標準

當判別能見度VT高閾值(默認7 500 m，可修改，下同)，或判別降水量RT>0.0mm時，均判別為無視障現象，否則將判別為有視障現象。2015年5月判別規則穩定后，各視障現象判別標準如下。

①霧和輕霧：當判別相對濕度UT≥閾值(默認80%，應修改為臺站歷史判別閾值，下同)[2]時，若判別能見度VT≤低閾值(默認750 m，可修改，下同)判別為霧，否則判別為輕霧。

②沙塵暴和揚沙:當判別相對濕度UT<40%且判別風速FT>10.0 m/s時，若判別能見度VT≤低閾值則判別為沙塵暴，否則判別為揚沙。

③浮塵:當判別相對濕度UT<40%，判別風速FT10.0 m/s，且判別氣溫TT與前一日同時刻溫差達到或超過24 h溫差閾值(默認-10.0 ℃，可修改)時，判別為浮塵。

④霾:當判別相對濕度UT<閾值，且不符合沙塵暴、揚沙或浮塵的判別標準時，實時視障現象即判別為霾。但只有當前一日19時—次日23時現在天氣現象編碼為“05”的時次連續達6個或以上時，該日連續天氣現象才記錄霾。

2.3 視程障礙現象記錄形成過程

視障現象的自動判識和記錄形成全部由臺站地面綜合觀測業務軟件(以下簡稱ISOS)實現，其中逐分鐘判別要素值計算、視障現象判別均由SMO實現，自動判識視障現象入庫、整理、生成連續天氣現象記錄由MOI實現。視障現象記錄形成過程如圖1所示。

圖1 視程障礙現象自動判識記錄形成過程示意圖Fig.1 A schematic diagram of the process of automatic recognition of visual obstacles

3 視程障礙現象自動判識記錄常見問題的處理

根據上文介紹的視障現象自動判識實現方法，判別要素值、判別規則標準、記錄形成過程任何一個方面出現問題，都會導致最終判別的視障現象記錄錯誤。根據實際工作中遇到的情況，可將錯誤歸納為4種，逐一將其錯誤原因、表現和處理方法總結如下。

3.1 多判別視障現象

最常見的一種情況是因為降水現象影響導致判別能見度低于閾值，在判別降水量同時為0.0的時段，即會判別出現視障現象。多判現象多為霧、輕霧或霾，其存在時間一般處于降水時段內，且與降水強度關系密切。應在下一個定時時次將多判現象刪除，但處于降水時段外的視障現象應予保留。

另一種常見情況是由于散射能見度儀觀測記錄代表性較差引起的。在實際沒有視障現象的情況下，有小范圍的煙塵等現象恰影響到散射能見度儀，導致自動觀測能見度驟降，判別能見度低于閾值而判別出現視障現象。此類多判現象一般存在時間較短，出現前后能見度變化劇烈，存在能見度短時失真現象。多判現象應在下一定時時次刪除。

3.2 少判別視障現象

一種常見情況是在視障現象時段內，因為降水現象或其它原因導致出現判別降水量(包括出現野值的情況)，視障現象就會在出現判別降水量的時間中斷，而實際視障現象是連續的。這種情況主要影響需要記錄起止時間的視障現象，使其出現時間分段、變短，有時判別降水量恰好與視障現象的最小判別能見度出現在同一時間，還可能會影響到該現象的最小能見度。這種情況，應把因判別降水量影響而中斷的視障現象連接起來，并檢查現象最小能見度。

另外一種情況，是因判別要素存在缺測而導致自動判識無法完成，少判或漏判了視障現象。如能將缺測的自動觀測記錄補回，可以通過SMO重新下載這段時間的歷史數據，這同時會對該時段重新進行一次自動判識。如缺測記錄無法補回，則應根據自動判識規則、正常的判別要素值，結合人工觀測情況，來綜合判斷這一時段的視障現象。

3.3 錯判別視障現象

即把一種視障現象錯判為另一種視障現象，這多與判別標準的不完善、判別閾值設置的不合理有關。常被錯判的視障現象有：

①浮塵：現行判別標準對浮塵的識別率較低，溫差閾值也較難合理設定，出現時常被錯判為霾。

②沙塵暴和揚沙：判別條件并不充分，而且判別風速標準固化，10.0 m/s的2 min平均風速對于下墊面潮濕、多植被地區和季節來說可能偏小，而對于下墊面干燥、多裸露沙土地區來說可能偏大，因此易與霾、浮塵判混。

限于視障現象有限的判別規則和較難把握的閾值標準，對于上述視障現象應注意人工辨識，發現判別有誤及時予以更正。

3.4 霾的記錄問題

各視障現象中霾記錄的最終確定最為復雜，要分兩步完成。第一步為霾實時自動判別，與其它視障現象類似，第二步為霾現象獨有，在次日00時后，根據當日(包括跨前后日界)現在天氣現象編碼連續編發霾的時次數量確定該日正式記錄是否記霾[1]。目前這種方案形成的霾現象記錄相對理想，但因記錄處理規則過于繁復，現用業務軟件和業務規定對其釋用并不理想，特別是容易在第二步記錄整理過程中出現錯誤。

業務軟件方面，存在日記錄中霾現象應刪除而無法刪除的個別現象。在業務規定方面也未予相應的協調支持，如某一般站某日實際只有07、08、09時3個時次正點現象編發霾，09時后轉為浮塵并持續至14時后，實際連續編發霾的時次為3個，當日不應記霾，但如果07—14時自動判別現象均為霾，根據業務規定臺站只需在14時對天氣現象記錄進行更正，那這就導致07—13時連續7個時次現在現象編霾，最終導致當日記霾。

對于上述問題，應在正確理解霾判別標準和日記錄處理原則的基礎上，對實時判別記錄和日記錄進行人工檢查，及時更正錯誤，確保日記錄正確。

4 結語

與人工或傳感器直接觀測視障現象不同，自動判識記錄幾乎決定于判別規則，包括判別要素的選取和計算、判別規則標準等，且受業務軟件、業務規定影響較大，記錄出現偏差和錯誤是不可避免的。但錯誤判別記錄的發現并不容易，應充分掌握各視障現象的判別標準和記錄易出現的問題，加強人工對比檢查，盡可能及時地發現錯誤。錯誤記錄的處理應堅持客觀性原則，主要參考人工觀測記錄，同時充分考慮自動判別要素值和判別標準，準確糾正記錄錯誤。

[1] 中國氣象局氣象探測中心.地面氣象觀測業務技術規定應用手冊[M].北京:氣象出版社,2016.

[2] 黃思源,張志龍.地面氣象綜合技術問答[M].北京:氣象出版社,2015.

[3] 焦春霞，陳夢嬌，宋良孌,等.新型站視程障礙類天氣現象判識規定的思考[J].貴州氣象，2017 , 41(3) :82-84

[4] 聶云，周繼先，秦暢暢,等.地面觀測業務調整給氣象觀測工作帶來的變化[J].貴州氣象，2016, 40(1):72-75

[5] 孫學金，王曉蕾，李浩,等.大氣探測學[M].北京:氣象出版社,2009.