融合使用探測資料提高觀測服務質量方法探析

李兵 付敏 劉周華

摘要 隨著雷達、GPS、風廓線儀等多種氣象資料探測手段的發展及探測站的不斷布網，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、衛星云圖、實測數據等多途徑探測資料直接融合分析應用，以提供更加及時準確的觀測結果，不斷提高服務保障能力。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質量。

關鍵詞 氣象資料；融合分析；服務質量

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

強對流、臺風等氣象災害，往往給人們的工作生活帶來不便，對農業生產、交通運輸、國家財產等造成威脅。氣象觀測工作是基礎，它主要為天氣預報、氣候資料統計等積累資料，同時按照協議開展天氣實況服務。特別是民航事業和重大任務活動舉辦的氣象保障工作對氣象觀測服務質量提出了更高的要求，因為觀測員按照觀測規范發布的每一份機場天氣報告都直接影響著飛行的準點與安全。隨著我國在衛星、雷達、GPS、風廓線儀、微波輻射計、地面自動氣象站等多種資料探測手段的發展及探測站的不斷布網與建設，多途徑探測資料日益豐富，在氣象觀測服務中融合使用這些多途徑探測資料就十分關鍵。因此，本文主要探討多途徑探測資料融合分析應用的具體方法，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外，還能充分利用現代探測設備資料，保證地面氣象觀測結果及時、準確，不斷提高安全服務保障能力。

1 雷達回波、衛星云圖、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

氣象雷達、大氣電場儀/閃電定位儀等大氣探測設備已在我國的很多氣象臺站裝備，其能迅速、準確、細致地提供測站及一定范圍內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，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。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、雷電或冰雹等現象判斷。因此，當觀測員觀測到時，往往已滯后許久[1]。

筆者在外出業務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，在如此短的時間內出現積雨云甚至雷暴是不恰當的，這就是由于沒有雷達資料或沒有充分應用雷達資料，單憑觀測員肉眼觀測不足所致。這也就容易造成錯、忘、漏，大大降低了服務質量，存在安全隱患。

隨著衛星云圖、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星云圖、閃電定位儀或大氣電場儀顯示的電場數值，結合預報員發布的天氣趨勢預報，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、內部結構、中心顏色、移動速度等，了解對流云在各時間所處的發展階段、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，有中尺度云團發展，衛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，甚至會伴隨短時大風、冰雹等強對流天氣可能影響測站，因而密切關注并加強觀測。15：00觀測到西面有少量積雨云發展，多普勒雷達顯示發現在本站西面有一強回波云團，如圖1（b）所示，詢問預報員后得知當時高空有偏西氣流，預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，做好隨時發布機場特殊天氣報告及通報的準備。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長、強度大。事實表明，16：00時風速平均為2 m/s，陣風4 m/s；到16：15時，積雨云發展為4個量，風速突然增大到平均8 m/s，而陣風速度達19 m/s，出現了大風和颮，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，風速才迅速回落減小；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，共發布、通報了各種報告9份，準確、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的能見度。因此，觀測員在目測氣象能見度時，應盡量參考自動設備的能見度顯示值，保障氣象能見度的準確性、代表性。

如果觀測臺站周圍安裝有自動觀測設備，設備往往就能夠快速、準確地捕捉不同方向的天氣要素特別是能見度的變化。因此，在前期天氣穩定，如果某一個方向的能見度儀顯示的數據出現突變，觀測員應該根據連續觀測的天氣現象、云層、風以及濕度等天氣條件分析判斷是否是局地降水、大霧、沙塵暴等復雜天氣現象的征兆，并持續監視這種變化。因為局地降水、平流霧（碎霧、部分霧）、吹沙等復雜天氣常常會使那一個方向的氣象要素發生突變，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。自動設備基本能提前反映出這些天氣變化，提前預示天氣現象的產生或消散與否，觀測員此時應及時觀測記錄。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據加以觀測判定，及時準確地報告了部分霧這一天氣現象，并將觀測結果通報天氣預報等單位，為10 min之后影響測站的海上平流霧觀測、服務保障做好了充足準備。

3 雨量計資料輔助觀測降水強度

降水現象及強度的觀測，主要靠觀測員在觀測場依據規范的定性標準目測獲得，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象，不僅大大降低了觀測質量，還將影響氣候資料統計結果，造成無形的損失。同時，夏季強對流天氣時降水云體移動快、降水區域范圍可能只是局地，觀測視區內遠端區域等的降水及其強度，客觀上僅靠觀測員目測是相當困難的。目前，大多自動站也配有雨量計，能夠實時輸出小時、分鐘降水量，快速地顯示出不同區域的降水量，為觀測員目測、準確地記錄區域降水現象、降水強度提供很好的依據。

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]的規定，采用人工觀測為主，結合自動觀測設備數據進行定量判定，將使降水強度的判定更有依據，也減少了觀測滯后性。特別是機場的航空氣象服務時，能夠更加及時、準確地讓機組人員、管制人員、預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；同時，提醒機場相關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依據，大大提高服務的質量。

4 云高儀資料輔助判定云

各地觀測站都能接受到氣象衛星下發的豐富的氣象信息，如高空、地面常規資料以及衛星云圖等。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的天氣系統進行跟蹤了解，將會大大提高測報技術質量。例如，在夜間，當有層狀云覆蓋天空時，在無月光和無天氣現象伴隨的情況下，根據規范規定的夜間測云方法，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上游的云狀，作為觀測時測云參考依據[6]，就能避免夜間測云的盲目性，提高夜間觀測云的準確程度。

現在，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、當地特征及觀測經驗外，還應及時參考器測實際值加以判定（圖2），特別是當大霧籠罩測站，大霧底部邊界模糊不清、分離散亂時，應提高云高的目測水平，保證觀測結果準確有效。

5 探測資料輔助判定設備故障或設備調整時間

由于設備使用年限、設計缺陷、人員操作失誤、天氣或外來物影響等原因，自動觀測設備難免出現故障。有些故障會通過異常結果顯示表現出來。因此，觀測員可以結合這些異常數據輔助判定自動觀測系統自身故障。特別是如果某個儀器單元數據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，觀測員應立即通報設備人員進行維護。例如，2011年3月20日9：30，某測站的能見度儀顯示數據一直維持在800 m附近，而人工觀測的能見度卻有10 000 m，設備也未出現異常告警，觀測員經過觀測對比綜合氣象要素后認為該設備可能故障或受外來異物影響，通報設備人員到現場維護。設備人員到達外場后發現，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，及時調整觀測儀器。例如，在初夏或冬季，觀測員可根據測站干濕球溫度表溫度的變化，結合高空溫度場，在適當的時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，影響地面觀測的準確性[7-8]。

6 結語

隨著國民經濟的快速增長和科技水平的高速發展，人們對生活質量也有了更高的期望，對地面氣象觀測質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、更準確的探測儀器，將多種探測資料有效地融合與使用，努力學習觀測方法和技巧，不斷提高觀測水平和質量，以提供更及時、更準確的服務。

7 參考文獻

[1] 中國民用航空局.民用航空氣象地面氣象觀測技術手冊[Z].1999.

[2] 中國氣象局.地面氣象觀測規范[M].北京：氣象出版社，2003.

[3] 張國華，關彥華，郭艷嶺.氣象探測環境現狀及保護措施的探討[J].氣象與環境學報，2012，28（3）：65-70.

[4] 民用航空氣象地面氣象觀測規范：AP-117-TM-02R1[S/OL].（2012-02-28）[2018-04-03].http：//www.caac.gov.cn/XXGK/XXGK/GFXWJ/201511/t20151102_8169.html.

[5] 樊壽道.地面觀測[Z].1996.

[6] 潘艷，曾麗芳，黃映玲.淺談提高云觀測質量的措施[J].中國科技博覽，2012（17）：305.

[7] 呂紅玉.利用衛星氣象信息提高地面測站測報質量[J].黑龍江氣象，2005（2）：29.

[8] 黃穎.氣象數據質量控制系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2012.

[9] 華連生.省級氣象探測資料集成系統設計[D].合肥：合肥工業大學，2010.

[10] 宋連春，李偉.綜合氣象觀測系統的發展[J].氣象，2008（3）：3-9.