宗曉鴻，孫衛(wèi)衛(wèi)

(山東省濱州市沾化區(qū)氣象局，山東 濱州 256800)

1 引言

從2014年起，能見度實現(xiàn)自動觀測的國家地面氣象觀測站，視程障礙現(xiàn)象(以下簡稱視障現(xiàn)象)全部由人工觀測改為根據(jù)相關(guān)自動觀測要素進行自動判識[1]。調(diào)整初期，根據(jù)視障現(xiàn)象判別記錄情況，對自動判識規(guī)則進行過多次調(diào)整。直到2015年5月視障現(xiàn)象自動判識方法基本穩(wěn)定下來，此后的視障現(xiàn)象記錄質(zhì)量總體較高，可用度較好。但由于視障現(xiàn)象時空特征的復(fù)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(xiàn)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(zhì)量，有必要對視障現(xiàn)象判別規(guī)則、記錄常見問題及處理方法進行總結(jié)研討。

2 視程障礙現(xiàn)象自動判識方法

簡單來講，視障現(xiàn)象自動判識，就是根據(jù)與視障現(xiàn)象密切相關(guān)的其它自動觀測要素值，參照一定規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，判別當(dāng)前視障現(xiàn)象并形成記錄。因此視障現(xiàn)象自動判識記錄，與以下3個方面密切相關(guān)。

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(dāng)前時間的分鐘序列數(shù)，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(jù)檢測結(jié)果，種植區(qū)重金屬As、Hg含量偏高。種植區(qū)重金屬偏高的原因來源于農(nóng)灌水、農(nóng)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(dǎo)，論證土壤肥料配方測試科學(xué)種植。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查未發(fā)現(xiàn)使用國家禁限用農(nóng)藥情況，各產(chǎn)品未出現(xiàn)超標(biāo)情況，表明主管部門在辣椒種植過程農(nóng)藥投入品監(jiān)管工作扎實有效。

④判別風(fēng)向DT(°)、判別風(fēng)速FT(m/s)

即為2 min平均風(fēng)向、2 min平均風(fēng)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(xiàn)象判別規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)判別能見度VT高閾值(默認(rèn)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(xiàn)象，否則將判別為有視障現(xiàn)象。2015年5月判別規(guī)則穩(wěn)定后，各視障現(xiàn)象判別標(biāo)準(zhǔn)如下。

①霧和輕霧：當(dāng)判別相對濕度UT≥閾值(默認(rèn)80%，應(yīng)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(rèn)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(dāng)判別相對濕度UT<40%且判別風(fēng)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(dāng)判別相對濕度UT<40%，判別風(fēng)速FT10.0 m/s，且判別氣溫TT與前一日同時刻溫差達(dá)到或超過24 h溫差閾值(默認(rèn)-10.0 ℃，可修改)時，判別為浮塵。

④霾:當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)時，實時視障現(xiàn)象即判別為霾。但只有當(dāng)前一日19時—次日23時現(xiàn)在天氣現(xiàn)象編碼為“05”的時次連續(xù)達(dá)6個或以上時，該日連續(xù)天氣現(xiàn)象才記錄霾。

2.3 視程障礙現(xiàn)象記錄形成過程

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

圖1 視程障礙現(xiàn)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(xiàn)象自動判識記錄常見問題的處理

根據(jù)上文介紹的視障現(xiàn)象自動判識實現(xiàn)方法，判別要素值、判別規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)、記錄形成過程任何一個方面出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致最終判別的視障現(xiàn)象記錄錯誤。根據(jù)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(xiàn)和處理方法總結(jié)如下。

3.1 多判別視障現(xiàn)象

最常見的一種情況是因為降水現(xiàn)象影響導(dǎo)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(xiàn)視障現(xiàn)象。多判現(xiàn)象多為霧、輕霧或霾，其存在時間一般處于降水時段內(nèi)，且與降水強度關(guān)系密切。應(yīng)在下一個定時時次將多判現(xiàn)象刪除，但處于降水時段外的視障現(xiàn)象應(yīng)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(xiàn)象的情況下，有小范圍的煙塵等現(xiàn)象恰影響到散射能見度儀，導(dǎo)致自動觀測能見度驟降，判別能見度低于閾值而判別出現(xiàn)視障現(xiàn)象。此類多判現(xiàn)象一般存在時間較短，出現(xiàn)前后能見度變化劇烈，存在能見度短時失真現(xiàn)象。多判現(xiàn)象應(yīng)在下一定時時次刪除。

3.2 少判別視障現(xiàn)象

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

另外一種情況，是因判別要素存在缺測而導(dǎo)致自動判識無法完成，少判或漏判了視障現(xiàn)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(shù)據(jù)，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(yīng)根據(jù)自動判識規(guī)則、正常的判別要素值，結(jié)合人工觀測情況，來綜合判斷這一時段的視障現(xiàn)象。

3.3 錯判別視障現(xiàn)象

即把一種視障現(xiàn)象錯判為另一種視障現(xiàn)象，這多與判別標(biāo)準(zhǔn)的不完善、判別閾值設(shè)置的不合理有關(guān)。常被錯判的視障現(xiàn)象有：

①浮塵：現(xiàn)行判別標(biāo)準(zhǔn)對浮塵的識別率較低，溫差閾值也較難合理設(shè)定，出現(xiàn)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(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)固化，10.0 m/s的2 min平均風(fēng)速對于下墊面潮濕、多植被地區(qū)和季節(jié)來說可能偏小，而對于下墊面干燥、多裸露沙土地區(qū)來說可能偏大，因此易與霾、浮塵判混。

限于視障現(xiàn)象有限的判別規(guī)則和較難把握的閾值標(biāo)準(zhǔn)，對于上述視障現(xiàn)象應(yīng)注意人工辨識，發(fā)現(xiàn)判別有誤及時予以更正。

3.4 霾的記錄問題

各視障現(xiàn)象中霾記錄的最終確定最為復(fù)雜，要分兩步完成。第一步為霾實時自動判別，與其它視障現(xiàn)象類似，第二步為霾現(xiàn)象獨有，在次日00時后，根據(jù)當(dāng)日(包括跨前后日界)現(xiàn)在天氣現(xiàn)象編碼連續(xù)編發(fā)霾的時次數(shù)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(xiàn)象記錄相對理想，但因記錄處理規(guī)則過于繁復(fù)，現(xiàn)用業(yè)務(wù)軟件和業(yè)務(wù)規(guī)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(xiàn)錯誤。

業(yè)務(wù)軟件方面，存在日記錄中霾現(xiàn)象應(yīng)刪除而無法刪除的個別現(xiàn)象。在業(yè)務(wù)規(guī)定方面也未予相應(yīng)的協(xié)調(diào)支持，如某一般站某日實際只有07、08、09時3個時次正點現(xiàn)象編發(fā)霾，09時后轉(zhuǎn)為浮塵并持續(xù)至14時后，實際連續(xù)編發(fā)霾的時次為3個，當(dāng)日不應(yīng)記霾，但如果07—14時自動判別現(xiàn)象均為霾，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)定臺站只需在14時對天氣現(xiàn)象記錄進行更正，那這就導(dǎo)致07—13時連續(xù)7個時次現(xiàn)在現(xiàn)象編霾，最終導(dǎo)致當(dāng)日記霾。

對于上述問題，應(yīng)在正確理解霾判別標(biāo)準(zhǔn)和日記錄處理原則的基礎(chǔ)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(jié)語

與人工或傳感器直接觀測視障現(xiàn)象不同，自動判識記錄幾乎決定于判別規(guī)則，包括判別要素的選取和計算、判別規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)等，且受業(yè)務(wù)軟件、業(yè)務(wù)規(guī)定影響較大，記錄出現(xiàn)偏差和錯誤是不可避免的。但錯誤判別記錄的發(fā)現(xiàn)并不容易，應(yīng)充分掌握各視障現(xiàn)象的判別標(biāo)準(zhǔn)和記錄易出現(xiàn)的問題，加強人工對比檢查，盡可能及時地發(fā)現(xiàn)錯誤。錯誤記錄的處理應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)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(yè)務(wù)技術(shù)規(guī)定應(yīng)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(shù)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(xiàn)象判識規(guī)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(yè)務(wù)調(diào)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(xué)金，王曉蕾，李浩,等.大氣探測學(xué)[M].北京:氣象出版社,2009.