關(guān)于天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的探討

葉智明

摘 要：為使天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)水平大幅提升，在天氣現(xiàn)象觀測(cè)過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)重視應(yīng)用天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)，進(jìn)而促進(jìn)自動(dòng)化觀測(cè)天氣現(xiàn)象能力不斷提升，為我國(guó)工農(nóng)業(yè)發(fā)展提供有效指導(dǎo)。下文當(dāng)中結(jié)合實(shí)踐，主要對(duì)天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析探討，并研究闡述自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)在天氣現(xiàn)象觀測(cè)過(guò)程當(dāng)中的有效應(yīng)用，旨在為同行業(yè)工作人員提供一些借鑒與參考。

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

在地面氣象觀測(cè)方面，相較于國(guó)外，我國(guó)的地面氣象觀測(cè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)較晚，而且在地面氣象觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)用的觀測(cè)設(shè)備相對(duì)比較落后，很多時(shí)候還需要通過(guò)人工手段進(jìn)行氣象觀測(cè)。近年來(lái)，伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)日漸提升，在氣象觀測(cè)方面，自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越普遍，尤其是氣壓、雨量、溫濕、蒸發(fā)、輻射等氣象觀測(cè)過(guò)程當(dāng)中自動(dòng)化程度獲得了巨大提升，運(yùn)行也十分穩(wěn)定，天氣現(xiàn)象自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，為更加精準(zhǔn)的天氣氣象觀測(cè)，提供了更加優(yōu)越的技術(shù)支撐，同時(shí)也有效推動(dòng)我國(guó)工農(nóng)業(yè)發(fā)展。

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

對(duì)于天氣現(xiàn)象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)而言，主要是針對(duì)地面業(yè)務(wù)觀測(cè)，構(gòu)建的一系列自動(dòng)化觀測(cè)設(shè)備。具體而言，天氣現(xiàn)象自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一， 天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)作為現(xiàn)代化的自動(dòng)化氣象觀測(cè)技術(shù)手段，集常規(guī)地面氣象觀測(cè)、圖像以及光學(xué)散射等多種技術(shù)于一體。

第二， 天氣現(xiàn)象自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)在利用圖像技術(shù)基礎(chǔ)上，能夠客觀化定量化的記錄各種大氣現(xiàn)象，雖然樣本獲取時(shí)間較長(zhǎng)，難以短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，但該項(xiàng)技術(shù)可以自動(dòng)化儲(chǔ)存，并調(diào)整相關(guān)業(yè)務(wù)，從而為地面人工觀測(cè)與儀器觀測(cè)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(cè)系統(tǒng)的識(shí)別功能還有待加強(qiáng)，特別是一些天氣現(xiàn)象自動(dòng)化識(shí)別方面還存在很大的不足，且識(shí)別精準(zhǔn)率有待于提升，針對(duì)這些方面還需要進(jìn)一步研究。

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

2.1 降水天氣現(xiàn)象觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

具體來(lái)說(shuō)，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(cè)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(cè)量。通過(guò)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(wú)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(shuō)無(wú)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(cè)技術(shù)憑借對(duì)降水物態(tài)精準(zhǔn)識(shí)別的優(yōu)勢(shì)，得以普及使用。

2.2 視程障礙天氣現(xiàn)象觀測(cè)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，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(jiàn)度、溫濕度以及風(fēng)速等進(jìn)行觀測(cè)，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(guò)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(cè)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(lái)說(shuō)，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(guò)自動(dòng)化觀測(cè)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)色度信息的獲取;第三，采取合理措施，有效提升天氣現(xiàn)象觀測(cè)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(cè)技術(shù)的應(yīng)用

具體來(lái)說(shuō)，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(guó)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(cè)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(guò)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(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性和標(biāo)準(zhǔn)化，可以使用圖像傳感器來(lái)有效獲取滿足天氣現(xiàn)象觀測(cè)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(cè)技術(shù)的應(yīng)用

具體來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，我國(guó)在對(duì)光電天氣現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)的過(guò)程中，已經(jīng)采用了技術(shù)相對(duì)比較成熟的閃電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳遞到天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)中。一般來(lái)說(shuō)，極光都是在高緯度地區(qū)的高空中出現(xiàn)，是因太陽(yáng)粒子流在對(duì)高層大氣氣體進(jìn)行轟擊的過(guò)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(cè)的過(guò)程中，可以使用以CCD圖像傳感器為技術(shù)的自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)空間天氣的預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)。

2.5 其他天氣現(xiàn)象觀測(cè)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(cè)的過(guò)程中，主要通過(guò)對(duì)自動(dòng)氣象站溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等的觀測(cè)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(lái)越普及，要求也越來(lái)越高。在對(duì)天氣現(xiàn)象的觀測(cè)過(guò)程中，有效提升自 動(dòng)化觀測(cè)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(cè)人員的工作壓力，還能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人觀測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)粒子光學(xué)特性的研究是當(dāng)前國(guó)際天氣現(xiàn)象自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)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(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與否主要受到大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和場(chǎng)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(cè)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(cè)技術(shù)的提升打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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（佛山市高明區(qū)氣象局? ?廣東 佛山? 528500）