天气现象检测器与观测实况的降水强度对比分析

宋琳琳

摘要：沈阳桃仙国际机场天气现象检测器于2020年7月开始投入使用，为评估其参考价值，提升传感器与观测实况的降水强度一致性，对2020年8月的11次降水过程进行对比分析。结果表明：传感器与观测实况的降水强度一致性较低，对弱降水测量值偏小，对中降水测量值偏大，对强降水测量准确。具体表现为时间和阈值上的差异，可通过调整参数来提升一致性。

关键词：气象观测;降水强度;对比分析

0引言

随着技术的发展，大部分地面气象观测技术已经发展为自动观测[1]。目前民航仍采用人工方式观测降水，通过目视方式判断降水强度。天气现象检测器投入使用后，其测量的降水强度可作参考。对比分析传感器与观测实况的降水强度一致性，调整其配置参数，可以提升传感器输出结果对气象观测的参考价值。

1 天气现象检测器

桃仙机场气象自动观测系统配备Vaisala 现时气象检测器PWD52。它具备前向散射仪和天气现象传感器功能，可同时监测能见度和天气现象，能分辨出7种不同类型的降水。通过前向散射原理测量能见度，通过光学装置的信号变化，捕捉降水过程中的水滴数量，再经软件分析计算降水强度。

2 数据与方法

2.1 时间选取

统计桃仙机场2020年各月降水日数与降水量变化趋势（图1），可见8月降水日数最多为 17日，且降水量最大为291.8mm。对比分析的意义最大，因此选取2020年8月的数据。对于跨日界的降水过程，将两日降水数据合并统计，共分为11次降水过程。

2.2 观测实况数据

根据民用航空气象地面观测规范，航空气象中对降水现象的观测包括种类、性质、强度、起止时间。本文以地面气象观测月总簿记录的降水强度和起止时间作为观测实况数据，不对连续性降水和阵性降水作分别统计，种类全部为雨。按照观测规范中对降雨强度的判定标准（表1），将降水划分为弱降水、中降水以及强降水。

2.3天气现象检测器数据

采用桃仙机场跑道06端、24端天气现象傳感器测量的降水强度数据，精度为每15秒一组，对照观测实况出现降水的时段，选取共22852组数据。原始数据的强度单位为mm/h，与人工观测降水强度的判定单位相同。按表1的判定标准，将原始数据转换为对应强度，原始数据为0的视为无降水，再与观测实况进行对比。

3 降水强度对比分析

3.1 强度一致性

对比06端传感器与观测实况，一致的9904组，不一致的12948组，一致率为43.34%。对比24端传感器与观测实况，一致的9799组，不一致的13053组，一致率为42.88%。两端传感器与观测实况一致率相近，但与实况的一致性均较低，说明传感器测量的强度存在很大偏差。

3.2 强度偏差

分析06端传感器与观测实况的降水强度对比结果（表2），当实况为弱降水时，传感器为无降水的占41.2%。当实况为中降水时，传感器为强降水的占41.5%。当实况为强降水时，传感器也为强降水，一致率达100%。分析24端传感器与观测实况的降水强度对比结果（表3），当实况为弱降水时，传感器为无降水的占41.6%。当实况为中降水时，传感器为强降水的占50.6%。当实况为强降水时，传感器也为强降水，一致率达100%。

综合对比结果，两端传感器偏差呈现相同规律。对弱降水，传感器测量值偏小，易检测为无降水;对中降水，传感器测量值偏大，易检测为强降水;对强降水，传感器与观测实况一致性高达100%。说明通过光学信号测量降水，在微量降水天气下判定不够准确[2]。

3.3偏差原因

对11次降水过程分别制作传感器与观测实况降水强度变化时序图，发现产生偏差的主要原因有两点。以18日的降水为例（图2），整个降水过程中，两端传感器与实况的强度变化趋势是基本一致的，但三者在强度的转换上存在明显差异。

一是传感器与实况在小雨到中雨转换的时间不同，按照先后顺序依次是06端、24端、观测实况。这是由于三者测量降水的位置存在差异，06端、24端、观测平台沿跑道方向自西向东依次排列，且影响桃仙机场的降水系统大多自西向东移动，因此需要调整时间参数。

二是强度阈值差异，06端和24端传感器的强度峰值均在25～30mm/h之间，依据观测规范，此时降水强度应为强，而观测实况记录中，本次过程并未出现强降水。这说明时间调整并不能使三者一致性达到最佳，传感器界定降水强度的阈值也需要调整。

4 结论与探讨

传感器与观测实况的降水强度一致性较低，两端传感的降水偏差呈现相同的规律，对弱降水测量偏小，对中降水测量偏大，对强降水测量准确。具体表现为时间和阈值上的差异，可通过调整参数来提升一致性。

通过测量两端传感器与观测平台的距离，以及系统移动速度，可以得到降水经过三者的时间差值，来调整时间参数。通过增大判定强降水和中降水的阈值，调整降水强度配置参数，可使一致性达到最佳，提升天气现象检测器应用于气象观测的参考价值。

参考文献

[1] 行鸿彦，张金玉，徐伟.地面自动气象观测的技术发展与展望[J].电子测量与仪器学报，2017，31（10）：1534-1542.

[2] 张占文，李新芳.FD12P天气现象传感器故障检查和校准方法木[J].中国民航飞行学院学报，2017，1（28）：33-36.

（民航东北地区空中交通管理局  辽宁  沈阳  110000）