宋琳琳

摘要：沈陽桃仙國際機(jī)場天氣現(xiàn)象檢測器于2020年7月開始投入使用，為評估其參考價值，提升傳感器與觀測實(shí)況的降水強(qiáng)度一致性，對2020年8月的11次降水過程進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：傳感器與觀測實(shí)況的降水強(qiáng)度一致性較低，對弱降水測量值偏小，對中降水測量值偏大，對強(qiáng)降水測量準(zhǔn)確。具體表現(xiàn)為時間和閾值上的差異，可通過調(diào)整參數(shù)來提升一致性。

關(guān)鍵詞：氣象觀測;降水強(qiáng)度;對比分析

0引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，大部分地面氣象觀測技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為自動觀測[1]。目前民航仍采用人工方式觀測降水，通過目視方式判斷降水強(qiáng)度。天氣現(xiàn)象檢測器投入使用后，其測量的降水強(qiáng)度可作參考。對比分析傳感器與觀測實(shí)況的降水強(qiáng)度一致性，調(diào)整其配置參數(shù)，可以提升傳感器輸出結(jié)果對氣象觀測的參考價值。

1 天氣現(xiàn)象檢測器

桃仙機(jī)場氣象自動觀測系統(tǒng)配備Vaisala 現(xiàn)時氣象檢測器PWD52。它具備前向散射儀和天氣現(xiàn)象傳感器功能，可同時監(jiān)測能見度和天氣現(xiàn)象，能分辨出7種不同類型的降水。通過前向散射原理測量能見度，通過光學(xué)裝置的信號變化，捕捉降水過程中的水滴數(shù)量，再經(jīng)軟件分析計算降水強(qiáng)度。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 時間選取

統(tǒng)計桃仙機(jī)場2020年各月降水日數(shù)與降水量變化趨勢（圖1），可見8月降水日數(shù)最多為 17日，且降水量最大為291.8mm。對比分析的意義最大，因此選取2020年8月的數(shù)據(jù)。對于跨日界的降水過程，將兩日降水?dāng)?shù)據(jù)合并統(tǒng)計，共分為11次降水過程。

2.2 觀測實(shí)況數(shù)據(jù)

根據(jù)民用航空氣象地面觀測規(guī)范，航空氣象中對降水現(xiàn)象的觀測包括種類、性質(zhì)、強(qiáng)度、起止時間。本文以地面氣象觀測月總簿記錄的降水強(qiáng)度和起止時間作為觀測實(shí)況數(shù)據(jù)，不對連續(xù)性降水和陣性降水作分別統(tǒng)計，種類全部為雨。按照觀測規(guī)范中對降雨強(qiáng)度的判定標(biāo)準(zhǔn)（表1），將降水劃分為弱降水、中降水以及強(qiáng)降水。

2.3天氣現(xiàn)象檢測器數(shù)據(jù)

采用桃仙機(jī)場跑道06端、24端天氣現(xiàn)象傳感器測量的降水強(qiáng)度數(shù)據(jù)，精度為每15秒一組，對照觀測實(shí)況出現(xiàn)降水的時段，選取共22852組數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)的強(qiáng)度單位為mm/h，與人工觀測降水強(qiáng)度的判定單位相同。按表1的判定標(biāo)準(zhǔn)，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)強(qiáng)度，原始數(shù)據(jù)為0的視為無降水，再與觀測實(shí)況進(jìn)行對比。

3 降水強(qiáng)度對比分析

3.1 強(qiáng)度一致性

對比06端傳感器與觀測實(shí)況，一致的9904組，不一致的12948組，一致率為43.34%。對比24端傳感器與觀測實(shí)況，一致的9799組，不一致的13053組，一致率為42.88%。兩端傳感器與觀測實(shí)況一致率相近，但與實(shí)況的一致性均較低，說明傳感器測量的強(qiáng)度存在很大偏差。

3.2 強(qiáng)度偏差

分析06端傳感器與觀測實(shí)況的降水強(qiáng)度對比結(jié)果（表2），當(dāng)實(shí)況為弱降水時，傳感器為無降水的占41.2%。當(dāng)實(shí)況為中降水時，傳感器為強(qiáng)降水的占41.5%。當(dāng)實(shí)況為強(qiáng)降水時，傳感器也為強(qiáng)降水，一致率達(dá)100%。分析24端傳感器與觀測實(shí)況的降水強(qiáng)度對比結(jié)果（表3），當(dāng)實(shí)況為弱降水時，傳感器為無降水的占41.6%。當(dāng)實(shí)況為中降水時，傳感器為強(qiáng)降水的占50.6%。當(dāng)實(shí)況為強(qiáng)降水時，傳感器也為強(qiáng)降水，一致率達(dá)100%。

綜合對比結(jié)果，兩端傳感器偏差呈現(xiàn)相同規(guī)律。對弱降水，傳感器測量值偏小，易檢測為無降水;對中降水，傳感器測量值偏大，易檢測為強(qiáng)降水;對強(qiáng)降水，傳感器與觀測實(shí)況一致性高達(dá)100%。說明通過光學(xué)信號測量降水，在微量降水天氣下判定不夠準(zhǔn)確[2]。

3.3偏差原因

對11次降水過程分別制作傳感器與觀測實(shí)況降水強(qiáng)度變化時序圖，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生偏差的主要原因有兩點(diǎn)。以18日的降水為例（圖2），整個降水過程中，兩端傳感器與實(shí)況的強(qiáng)度變化趨勢是基本一致的，但三者在強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換上存在明顯差異。

一是傳感器與實(shí)況在小雨到中雨轉(zhuǎn)換的時間不同，按照先后順序依次是06端、24端、觀測實(shí)況。這是由于三者測量降水的位置存在差異，06端、24端、觀測平臺沿跑道方向自西向東依次排列，且影響桃仙機(jī)場的降水系統(tǒng)大多自西向東移動，因此需要調(diào)整時間參數(shù)。

二是強(qiáng)度閾值差異，06端和24端傳感器的強(qiáng)度峰值均在25～30mm/h之間，依據(jù)觀測規(guī)范，此時降水強(qiáng)度應(yīng)為強(qiáng)，而觀測實(shí)況記錄中，本次過程并未出現(xiàn)強(qiáng)降水。這說明時間調(diào)整并不能使三者一致性達(dá)到最佳，傳感器界定降水強(qiáng)度的閾值也需要調(diào)整。

4 結(jié)論與探討

傳感器與觀測實(shí)況的降水強(qiáng)度一致性較低，兩端傳感的降水偏差呈現(xiàn)相同的規(guī)律，對弱降水測量偏小，對中降水測量偏大，對強(qiáng)降水測量準(zhǔn)確。具體表現(xiàn)為時間和閾值上的差異，可通過調(diào)整參數(shù)來提升一致性。

通過測量兩端傳感器與觀測平臺的距離，以及系統(tǒng)移動速度，可以得到降水經(jīng)過三者的時間差值，來調(diào)整時間參數(shù)。通過增大判定強(qiáng)降水和中降水的閾值，調(diào)整降水強(qiáng)度配置參數(shù)，可使一致性達(dá)到最佳，提升天氣現(xiàn)象檢測器應(yīng)用于氣象觀測的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 行鴻彥，張金玉，徐偉.地面自動氣象觀測的技術(shù)發(fā)展與展望[J].電子測量與儀器學(xué)報，2017，31（10）：1534-1542.

[2] 張占文，李新芳.FD12P天氣現(xiàn)象傳感器故障檢查和校準(zhǔn)方法木[J].中國民航飛行學(xué)院學(xué)報，2017，1（28）：33-36.

（民航東北地區(qū)空中交通管理局 ?遼寧 ?沈陽 ?110000）