朱蓉慧，朱惠芝，張 玲

（1.新疆石河子氣象局，新疆 石河子 832000；2.烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站）

0 引言

降水現(xiàn)象是指液態(tài)、固態(tài)的水汽凝結(jié)物或凍結(jié)物從云中或空中降落到地面的現(xiàn)象，包括雨、陣雨、毛毛雨、雪、陣雪、米雪、雨夾雪、陣性雨夾雪、霰、冰粒和冰雹[1]。降水現(xiàn)象是大氣和云層運動的綜合結(jié)果，是天氣現(xiàn)象中最為重要的一個組成部分，在影響我國的15 種災(zāi)害性天氣氣候中，就有4 種屬于降水現(xiàn)象，因而降水現(xiàn)象引起了越來越多的國家和社會組織的關(guān)注。由于降水現(xiàn)象是個復(fù)雜的大氣物理過程，需要綜合判斷識別，導(dǎo)致了降水現(xiàn)象觀測的自動程度明顯滯后于其它地面氣象觀測要素。

近年來，隨著現(xiàn)代光電技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，國外陸續(xù)出現(xiàn)了基于振動法、光學(xué)法、攝像法的降水測量儀器，其具備不同程度的降水特征測量能力，但也存在不少問題。2000年后國內(nèi)的學(xué)者對降水類天氣現(xiàn)象自動觀測的研究逐漸增多，主要有德國OTT Parsivel 雨滴譜儀、美國OSI 公司 Owi -430 d 氣現(xiàn)象傳感器；2006年我國開展了固態(tài)降水自動化試驗，2014年7月中國氣象探測中心組織6個型號的降水現(xiàn)象儀生產(chǎn)廠家分別在北京南郊綜合大氣探測試驗基地和湖南長沙綜合大氣探測試驗基地進(jìn)行了為期3 個月的降水現(xiàn)象儀外場對比試驗，初步驗證了我國自主研發(fā)的降水現(xiàn)象儀外場觀測的準(zhǔn)確性和一致性，為后期儀器的改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)[2]。自2016年以來，國內(nèi)國家級地面氣象觀測站陸續(xù)安裝了降水天氣現(xiàn)象儀及配套的串口服務(wù)器，對地面氣象綜合觀測業(yè)務(wù)軟件進(jìn)行升級，正式啟用降水現(xiàn)象儀進(jìn)行降水天氣的平行觀測。降水天氣現(xiàn)象儀實現(xiàn)了毛毛雨、雨、雪、雨夾雪、冰雹等5 種天氣現(xiàn)象的全天候自動觀測，填補(bǔ)了夜間降水現(xiàn)象觀測的空白，實現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)自動化和連續(xù)性，提高了降水天氣現(xiàn)象觀測的監(jiān)測預(yù)警能力。

2016年以來，新疆的地面氣象觀測站陸續(xù)實現(xiàn)了降水天氣現(xiàn)象的自動觀測，從人工觀測到儀器自動化觀測都凝聚了人類巨大的科研成果和心血。本文對石河子墾區(qū)地面降水天氣現(xiàn)象觀測現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而了解地面氣象觀測的新觀點、新理論、新思路和新技術(shù)，展望天氣現(xiàn)象觀測未來發(fā)展趨勢。

1 降水天氣現(xiàn)象觀測現(xiàn)狀

本文中石河子墾區(qū)選取炮自臺、莫索灣、烏蘭烏蘇和石河子市4 個國家級地面氣象觀測站的降水天氣現(xiàn)象觀測現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

1.1 降水天氣現(xiàn)象的觀測記錄

石河子墾區(qū)的4 個氣象觀測站自2014年1月起地面氣象觀測業(yè)務(wù)調(diào)整后，僅在白天人工進(jìn)行雨、陣雨、毛毛雨、雪、陣雪、雨夾雪、陣性雨夾雪、冰雹等8 種天氣現(xiàn)象的連續(xù)觀測和記錄，而夜間天氣現(xiàn)象僅記錄發(fā)生的現(xiàn)象，不記錄天氣現(xiàn)象起止時間。自2016年10月起，在石河子墾區(qū)的氣象站陸續(xù)安裝了江蘇省無線電科學(xué)研究所有限公司生產(chǎn)的DSG1型降水現(xiàn)象儀，2017年實現(xiàn)了雨、毛毛雨、雪、雨夾雪和冰雹5 類降水天氣現(xiàn)象的24 h 連續(xù)自動觀測。

1.2 降水量的觀測和記錄

降水量觀測是降水現(xiàn)象觀測的重要組成部分，可以觀測降水量的儀器種類繁多，石河子墾區(qū)的4個氣象站自2008年起夏季使用翻斗式余量傳感器，冬季仍然為人工稱量降水量；2012年安裝使用了稱

重式余量傳感器，結(jié)束了冬季人工測量降水量的歷史，降水量的觀測完全實現(xiàn)了自動化。

1.3 降水類天氣現(xiàn)象數(shù)據(jù)質(zhì)量

由于人工與自動降水現(xiàn)象觀測在觀測時間和測量原理方面存在著比較明顯的差異。當(dāng)人工觀測改為自動觀測時，應(yīng)進(jìn)行平行觀測，并對觀測數(shù)據(jù)的可用性、準(zhǔn)確性等方面的質(zhì)量進(jìn)行分析，了解兩種觀測方式獲取的資料序列差異。2018年8月，墾區(qū)的4個臺站對近年的人工降水現(xiàn)象觀測數(shù)據(jù)和自動觀測降水現(xiàn)象數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計整理，對人工與自動辨識結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析。通過研究自動觀測與人工觀測資料的差異特征，統(tǒng)計分析兩種觀測方法的相關(guān)性，并從中找出誤差原因，對了解自動站測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，延長觀測資料時間序列，提高降水現(xiàn)象要素氣候系列連續(xù)性及氣候統(tǒng)計可靠性有著重要作用，同時，也為天氣預(yù)報、氣象信息、氣候分析等提供了科學(xué)依據(jù)。

2 降水天氣現(xiàn)象觀測面臨的問題

2.1 觀測原理與方法的利弊

石河子墾區(qū)4 個國家級地面氣象觀測站的降水天氣現(xiàn)象，自建站以來一直為人工觀測，人工觀測的數(shù)據(jù)也被作為標(biāo)準(zhǔn)值使用，但是人工觀測存在主觀性強(qiáng)、簡單化、定性化及觀測頻次少等缺陷，不能全面、連續(xù)地反映天氣現(xiàn)象變化，易出現(xiàn)漏記等問題。自動觀測可以在客觀、定量的結(jié)合大氣物理、天氣動力、氣象探測等領(lǐng)域知識的基礎(chǔ)上，通過多種信息的綜合分析，合理判定發(fā)生的降水天氣現(xiàn)象。這些連續(xù)的、高頻次的觀測，獲取了更多有價值的氣象信息，減輕了觀測人員的工作量，但由于降水類天氣現(xiàn)象儀的取樣空間有限，且采樣區(qū)的環(huán)境對數(shù)據(jù)的影響很大，與人工觀測存在差異，造成與自動觀測數(shù)據(jù)間存在一些誤差。

2.2 專業(yè)理論基礎(chǔ)薄弱

由于新型降水天氣現(xiàn)象自動觀測儀器，采用了大規(guī)模集成電路、計算機(jī)控制和模塊化結(jié)構(gòu)以及一些新型的專用探測元器件，且儀器價格也很昂貴，各臺站幾乎沒有備份儀器，受傳統(tǒng)裝備保障和管理工作的影響，基層臺站業(yè)務(wù)人員普遍存在重使用、輕維護(hù)的思想，儀器裝備一旦出現(xiàn)故障，就得逐級上報維修，這樣嚴(yán)重影響了觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。隨著地面氣象觀測自動化程度的提高，各氣象臺站常常出現(xiàn)一人身兼數(shù)職的現(xiàn)象，不僅需要進(jìn)行地面氣象觀測工作，還要處理臺站工作中的日常事務(wù)，這樣就影響了觀測人員的精力，導(dǎo)致觀測工作中出現(xiàn)一些問題。另外，從事地面氣象觀測的工作人員不斷減少，并且觀測人員自身專業(yè)技能有限，參加業(yè)務(wù)培訓(xùn)的機(jī)會較少，日常工作中專業(yè)知識的積累和更新不夠，導(dǎo)致自動觀測儀器出現(xiàn)故障時缺乏自主解決問題的能力。

3 結(jié)語

任何的降水天氣現(xiàn)象觀測方法都有其優(yōu)缺點，若要實現(xiàn)降水天氣象觀測的全面、連續(xù)和定量化，進(jìn)行降水現(xiàn)象的自動化觀測是必然途徑，并且國內(nèi)外的研究人員已經(jīng)做了大量的試驗測試，使得降水現(xiàn)象自動觀測在技術(shù)方法和手段上已經(jīng)比較完善，儀器運行穩(wěn)定、準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)，觀測結(jié)果也得到了業(yè)務(wù)部門的廣泛認(rèn)同。觀測人員要適應(yīng)氣象觀測自動化的發(fā)展需要，依托網(wǎng)絡(luò)資源和計算機(jī)技術(shù)，對新儀器設(shè)備和技術(shù)規(guī)范不斷的學(xué)習(xí)掌握，通過開展觀測數(shù)據(jù)的臺站級質(zhì)量控制，初步分析數(shù)據(jù)結(jié)果和應(yīng)用研發(fā)，逐步由傳統(tǒng)的觀測員變成裝備保障員、質(zhì)量控制員、資料分析員和災(zāi)害監(jiān)測員，從而適應(yīng)新時期觀測工作的需求。

隨著經(jīng)濟(jì)及社會的發(fā)展，降水現(xiàn)象自動化識別的應(yīng)用越來越普及，要求也越來越高。當(dāng)前，我們國家在地面氣象探測與裝備核心技術(shù)方面，包括觀測方法和算法等研究與世界發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距，如何有效提升自動化觀測技術(shù)水平具有非常重要的意義。其不僅能夠減輕氣象觀測人員的工作壓力，還能夠有效實現(xiàn)對無人觀測區(qū)域相關(guān)天氣現(xiàn)象的自動化識別，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。