宋慧萍 賈樂 馬萍

摘 要：本文選用吳忠國家基本氣象站DSG5型降水現(xiàn)象儀觀測資料，重點針對自動與人工觀測降水現(xiàn)象進行對比分析與評估，并在此基礎(chǔ)上提出具有針對性的幾點建議，以期能夠為其它氣象觀測站降水現(xiàn)象觀測提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：降水現(xiàn)象;自動觀測;人工觀測;對比;評估

中圖分類號：S16 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200330040

引言

降水現(xiàn)象是指云中液態(tài)、固態(tài)或混合態(tài)的水凝（凍）物從空中下落到地面上的一種天氣現(xiàn)象，是大氣水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)。降水信息中包含了降水粒子物理特征、降水量、降水類型等參數(shù)，可以為降水的定量化研究提供參考。寧夏部分氣象觀測站自2017年起開始布設(shè)DSG5型降水現(xiàn)象儀，到11月份，寧夏一共有27個國家級地面氣象觀測站開始使用DSG5型降水現(xiàn)象儀開展平行觀測業(yè)務(wù)。降水現(xiàn)象儀的引入，減輕了基層觀測人員的工作壓力，與人工觀測手段相比，儀器觀測能夠減少人工觀測的主觀性判斷，增加降水現(xiàn)象觀測的頻次，全面且連續(xù)地反映降水現(xiàn)象情況。文章通過對吳忠市國家基本氣象站人工觀測與自動觀測降水現(xiàn)象進行對比分析與評估，以期能夠提高降水觀測的及時性、準確性，進而為推動當(dāng)?shù)貧庀笫聵I(yè)實現(xiàn)快速、健康發(fā)展等提供一定的借鑒與參考。

1 數(shù)據(jù)評估內(nèi)容

本文選用吳忠國家基本氣象站2018年1—12月的平行觀測資料，將人工觀測數(shù)據(jù)作為正式記錄，在數(shù)據(jù)資料完整的基礎(chǔ)上，從觀測數(shù)據(jù)的準確性、降水現(xiàn)象發(fā)生時段的一致性等角度進行對比分析與評估。在評估過程中，人工觀測的陣性降水現(xiàn)象往往按照降水處理，由于降水現(xiàn)象儀判別錯誤而獲取的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)先與人工觀測數(shù)據(jù)進行對比，再將其進行剔除。觀測資料統(tǒng)計時間段為白天08∶00—20∶00，夜晚20∶00—08∶00。

2 數(shù)據(jù)評估方法與結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)完整性評估

降水觀測數(shù)據(jù)的單位為分鐘數(shù)據(jù)，針對自動觀測儀器獲取的數(shù)據(jù)對其月缺測率進行評估。在此過程中還應(yīng)當(dāng)將非儀器或維護原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)缺測記錄進行剔除，再對缺測率進行計算。據(jù)統(tǒng)計，2018年1—12月之間吳忠國家基本站降水現(xiàn)象儀觀測沒有出現(xiàn)缺測現(xiàn)象，各降水觀測儀器設(shè)備均位于穩(wěn)定運行狀態(tài)。

2.2 捕獲率

所謂捕獲率指的是，觀測儀器能夠正確識別該降水現(xiàn)象發(fā)生的過程次數(shù)在參考標準觀測到實際發(fā)生該降水現(xiàn)象過程次數(shù)當(dāng)中所占的百分比。對吳忠國家基本站2018年1—12月各種天氣現(xiàn)象發(fā)生次數(shù)及其捕獲率進行統(tǒng)計，得出吳忠市降雨天氣現(xiàn)象發(fā)生次數(shù)要高于降雪發(fā)生次數(shù)。雨的正確識別次數(shù)為48次，而實際發(fā)生次數(shù)為55次;雪的正確識別次數(shù)為20次，實際發(fā)生次數(shù)為23次。通過計算其捕獲率能夠得出，雨的捕獲率要稍高于雪的捕獲率，而且不管是雨或雪，其白天的捕獲率均低于夜間。

2.3 漏報率

當(dāng)觀測到有某種降水天氣現(xiàn)象發(fā)生時，將觀測儀器無法識別此種降水現(xiàn)象的分鐘數(shù)在實際發(fā)生該降水現(xiàn)象分鐘數(shù)之間所占的百分比定義為漏報率。對吳忠國家基本站2018年1—12月各種天氣現(xiàn)象漏報率及漏報時長進行統(tǒng)計，如表1。

由表1可見，2018年1—12月吳忠市雪的發(fā)生時長與識別時長均高于雨，且雪的漏報率要低于雨的漏報率。

2.4 空報率

當(dāng)氣象觀測儀器觀測到無降水現(xiàn)象發(fā)生時，而儀器識別有該現(xiàn)象發(fā)生的分鐘數(shù)在無降水現(xiàn)象分鐘數(shù)中所占的百分比被稱為空報率。對吳忠國家基本站2018年1—12月各種天氣現(xiàn)象空報率及空報時長進行統(tǒng)計，得出2018年1—12月吳忠市雨雪的未發(fā)生時長保持一致，但是識別時長之間卻存在著明顯差距。雪的空報率要小于雨的空報率。

2.5 錯報率

當(dāng)氣象觀測儀器觀測到有某一種降水天氣現(xiàn)象發(fā)生時，觀測儀器錯誤識別此種降水現(xiàn)象的分鐘數(shù)在實際發(fā)生此種降水現(xiàn)象分鐘數(shù)中所占的百分比被稱為錯報率。對吳忠國家基本站2018年1—12月各種天氣現(xiàn)象錯報率及錯報時長進行統(tǒng)計，如表2。

由表2可見，雪的發(fā)生時長雨錯誤識別時長均高于雨，且雪的錯報率也明顯大于雨的錯報率。

3 數(shù)據(jù)誤差分析與建議

3.1 數(shù)據(jù)誤差分析

3.1.1 降水天氣現(xiàn)象起止時間存在的誤差

針對人工與自動觀測某種降水現(xiàn)象起止時間相差15min以上的降水天氣現(xiàn)象的次數(shù)與比例進行統(tǒng)計，如表3。

對上述3種雨強降水起止時間絕對誤差在15min以上的比率進行評估得出其平均值在30%以上，在能夠正確對天氣現(xiàn)象進行識別的基礎(chǔ)上，其一致性比較低。因此，還需進一步對該儀器的識別功能進行優(yōu)化與改進，使其一致性實現(xiàn)顯著提升。

3.1.2 毛毛雨錯判

據(jù)統(tǒng)計，吳忠市國家基本氣象站出現(xiàn)毛毛雨天氣現(xiàn)象非常少，在降水現(xiàn)象平行觀測時間段內(nèi)，并未發(fā)生過毛毛雨天氣現(xiàn)象，而自動降水現(xiàn)象儀觀測到的降水記錄次數(shù)相對比較多。

3.1.3 陰天出現(xiàn)毛毛雨或雨

使用DSG5降水現(xiàn)象儀觀測降水天氣現(xiàn)象時，當(dāng)觀測到晴天或陰天出現(xiàn)毛毛雨或雨天氣現(xiàn)象，即便能夠準確對降水現(xiàn)象進行捕獲，但也極有可能會出現(xiàn)誤判現(xiàn)象。尤其是當(dāng)降水長時間維持，且降雨量比較小時將會導(dǎo)致誤判幾率大大增加。

3.1.4 降水現(xiàn)象閾值相同時人工與自動采集的降水現(xiàn)象誤差分析

DSG5型降水現(xiàn)象儀觀測到的降水次數(shù)要明顯多于人工觀測，這一結(jié)論不僅與降水現(xiàn)象儀的采樣方式密切相關(guān)，還與降水粒子的速度、大小與靈敏度等多種因素存在一定程度的關(guān)聯(lián)。另外，人工觀測方式的滯后性與隨意性較大也是導(dǎo)致人工觀測到的降水次數(shù)較少的一個主要原因。

根據(jù)2018年1—12月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)及人工觀測進行統(tǒng)計能夠發(fā)現(xiàn)，吳忠國家基本氣象站出現(xiàn)同一降水過程的次數(shù)較多，DSG5降水現(xiàn)象儀判斷為毛毛雨或雨、雪或陣雪，且大多數(shù)降水過程出現(xiàn)時間位于15min以內(nèi);就人工觀測而言，其觀測結(jié)果為雨或陣雨、雪或雨夾雪天氣現(xiàn)象，且大多數(shù)降水過程出現(xiàn)時間均大于15min;DSG5降水現(xiàn)象儀觀測到的毛毛雨天氣現(xiàn)象大都出現(xiàn)在陰天或雨強較小時;此時通過人工觀測能夠觀測到降水天氣現(xiàn)象，而使用降水現(xiàn)象儀并未觀測到任何現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)雪或降水粒子較小的天氣現(xiàn)象時，降水現(xiàn)象儀往往將其觀測為毛毛雨，而且陰天或晴天降水現(xiàn)象儀均有可能會記錄到毛毛雨現(xiàn)象。通過分析能夠發(fā)現(xiàn)降水現(xiàn)象儀與人工記錄之間的差異性是導(dǎo)致出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因，最終導(dǎo)致在降水現(xiàn)象儀閾值相同時，人工觀測與自動觀測采集到的降水天氣現(xiàn)象的次數(shù)存在著明顯差異。

對比人工觀測與降水現(xiàn)象儀觀測到降水現(xiàn)象的次數(shù)及起止時間能夠發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在著一定程度的誤差，這一現(xiàn)象不僅與降水現(xiàn)象儀的采樣方法、觀測儀器的速度、靈敏度等密切相關(guān)，還與人工觀測的隨意性強、較為滯后等因素存在一定的關(guān)聯(lián)，但與自動觀測儀器的穩(wěn)定性的關(guān)系相對較小。

3.2 建議

在使用降水現(xiàn)象儀之前應(yīng)當(dāng)采取有效措施提升觀測儀器識別的準確率，盡可能確保降水記錄的分散性與不連續(xù)性，使采樣誤差大大減少。另外，當(dāng)?shù)貧庀蟛块T還應(yīng)當(dāng)安排專業(yè)的氣象觀測人員，培養(yǎng)觀測人員高度的責(zé)任心及認真負責(zé)的工作態(tài)度，并嚴格按照各項規(guī)范切實做好各種儀器的日常巡視與維護工作，以大大減少人為因素造成的觀測誤差。除此之外，還應(yīng)當(dāng)提高觀測人員的專業(yè)知識與能力，使其能夠及時、準確地對錯誤數(shù)據(jù)進行判斷與處理，進而為準確判識降水現(xiàn)象及改進觀測設(shè)備提供一定的參考依據(jù)。

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（責(zé)任編輯 賈燦）