区域天气自动站资料的加工处理、应用与影响的因素分析浅探

1、区域天气自动站资料的加工处理、应用与影响的因素分析浅探赣南区域天气自动站网始建于2005 年底，分三年时间建成，现有区域天气自动站300 个，其中 6 要素站 3 个，4 要素站 244 个，2要素站 53 个，分布于全市各乡镇，另有大气监测自动站18 个，平均网 格 约 为11km*11km ， 基 本 满 足 监 测 中 尺 度 天 气 系 统 布 点（10km*10km）要求。因此，区域天气自动站网监测资料对于中尺度天气系统的监测和预报预警服务有着十分广泛的应用。如赣州在20060726 上犹五指峰特大暴雨、 20090703 崇义聂都特大暴雨等历次气象及其次生灾害的预警服务和防灾抗灾决

2、策中起到至关重要的作用。通过对区域天气自动站资料的收集整理，统计出某一时刻或某段时间内气象要素分布状况、平均状况和极值，并绘制离散离分布图、格点分布图。 资料的读取和加工处理均可通过编程来实现。绘制分布图时应叠加乡镇甚至村级区域图。 实践中常用温度和降水资料， 而风、压、湿等因站点少、代表性差等原因很少进行分析和应用。1.1 统计表格根据需要以表格的形式列出某时刻或某时段内某区域内站点气象要素实测值、平均值、极值。这是一种比较原始的应用方式。只是简单地进行了一些加工，直观性差，是一种离散性的表达。1.2 离散点分布图根据需要将某时刻或某时段内某区域内站点气象要素实测值或平均值或累计值在地图上相

3、应位置上标注出来，分析勾勒分析出等值线，以不同颜色的线条表示不同数值，并标注极值。等值线值可以根据需要取值，温度值可取偶数值等间隔值，降水可以按照1、5、10、20、50、100、250 毫米取值。这是一种图形化应用方式，直观性比较好。micaps 系统的相应功能可以实现离散点分布图的绘制，资料以第三类格式数据存放。在实践中可以通过编程来实现数据、地理信息的定时自动取值，并自动调用micaps 生成、保存不同时次、不同时间段的气象要素值或累计量分布图，再通过web 方式供不同的用户使用。1.3 格点分布图根据需要将某时刻或某时段内某区域内站点气象要素实测值或平均值或累计值与站点地理信息，建立统

4、计学平面分布模型： 对于某次过去的天气过程的影响来说，某地的气象要素值是确定的， 且其分布也具有一定的规律性，即可用w(x,y)=f(x,y,z)来描述气象要素沿地表的分布状态。由于地表的不平坦性，模型中需要引入z 坐标，表明气象要素也受地表海拔高度变化影响， 但 z 受 x 和 y 约束， 即 z=z(x,y)，这样，更能客观地反映气象要素沿地表的分布状态。以此来计算格点处气象要素值，标注在地图相应位置上，分析勾勒出等值线，以不同颜色的线条表示不同数值，标注极值。网格点可取1km、2km、5km、或 10km，等值线值可以根据需要取值， 温度值可取偶数值等间隔值，降水可以按照1、5、10、2

5、0、50、100、250 毫米取值。这是一种精细化图形应用方式， 直观性非常好， 更能表达气象要素的实际分布状况。micaps 系统的相应功能可以实现格点分布图的绘制，并可用色标来表达气象要素的具体分布。资料以第四类格式数据存放。由于气象要素沿地表分布的复杂性，真正的分布函数难以找到。因 此 ， 可 以 采 用 有 限 次 幂 多 项 式 来 模 拟 ， 即w(x,y) f(x,y,z)=a+b1*x+b2*y+b3*z+c1*(x )+c2*(y )+c3*(z )+c4*(x*y) + c5*(x*z)+c6*(y*z)+d1*(x )+d2*(y )+d3*(z )+d4*(x *y)+

6、d5*(x *z)+d6*(x*y )+ d7*(x*z )+d8*(y *z)+d9*(y*z )+。以最小二乘法的方法求解方程。 确定最高次幂可以从低阶到高阶计算样本残差平方和与样本方差的比值来确定，当比值 =5%时可以认为该次幂模拟函数能够描述气象要素的分布状态，不再继续更高次幂函数的求解。1.4 色标分布图建立全境范围内地理信息数据库， 根据前述方式建立气象要素模拟分布函数， 并规定不同区段要素值状态用不同的颜色来表示（即色标） ，以此来绘制分布图，这样可以相对连续地表达境内各点的气象要素分布。实践中由于要获取全境内地理信息十分困难，可以利用前述计算出的格点资料建立一个气象要素的二维有

7、限次幂多项式来模拟气象要素的二维分布，即w(x,y)=f(x,y)=a+b1*x+b2*y+b3*z+ c1*(x )+c2*(y )+c3*(x*y)+d1*(x )+d2*(y )+d3*(x *y)+d4*(x*y )+。方程求解和确定最高次幂的方法同前。另外，还可用 arcview 来实现色标分布图的绘制。1.5 格点流场图将站点风资料分解成u、v 方向分量，再按 1.3 方法分别建立分布模型，计算格点u、v 分量值，调用micaps 系统的相应功能实现流场分析，资料以第十一类数据格式存放。2.区域天气自动站资料的应用区域天气自动站资料在中小尺度天气监测、短时临近预报预警、决策气象服务

8、、灾害评估、人工增雨效果检验等方面具有广泛的应用。2.1 中小尺度天气的监测赣南暴雨洪涝、地质灾害具有突发性强、局部性明显的特征，是典型的中小尺度天气系统造成的。区域天气自动站布点广泛， 网格大小达到了 11km*11km，资料获取时间间隔达到了每5 分钟一次，从空间和时间尺度上基本具备了对中小尺度天气系统的监测能力，由于区域天气自动站网资料的实时性和图形化，可以较为直观地锁定中小尺度天气系统的空间位置及强度，通过不同时次的探测资料， 全程监测中小尺度天气系统的演变。2.2 短时临近预报预警根据不同时次、不同时间段气象要素值或累计值的分布特点及流场特征，判断中小尺度天气系统的位置、移动、范围及

9、强度变化，以此预测未来系统演变的趋势， 并作出较为精细化的短时临近预报，对于较强烈的天气可以及时就影响时间、影响范围、影响强度作出预警。在实践中可以通过对不同时次、不同时段的气象要素值或累计值（主要是降水）分布的比较，结合雷达回波、 卫星云图资料， 来判定生成、发展、移动及消亡趋势。2.3 精细化天气预报可以象天气图一样在精细化业务中应用区域天气自动站资料。利用气象要素值或累计值分布图为依据，制作区域内任何点未来某一时段内气象要素值或累计值预报， 并根据未来时间段资料对预报的准确性进行必要的检验。实践中必须在充分考虑天气图、数值预报、卫星云图等资料的前提下， 作出总体的天气趋势预报， 再结合区

10、域天气自动站资料进行空间点上的精细化预报。2.4 公共气象服务利用区域天气自动站资料的分布图， 可以直观地了解各地气象要素值或累计值的分布， 结合暴雨型地质灾害隐患点、 山塘水库隐患点、江（堤）防隐患点、农作物种植分布区域、人员密集场所分布就可以提出具有针对性的防范措施和建议，供政府决策参考， 联合相关部门开展有针对性的暴雨型地质灾害、山洪灾害、作物冻害、电（通信）网冰灾等预警业务。 如强降水区与暴雨型地质灾害隐患点、山塘水库隐患点、江（堤）防隐患点重合，则可能需要对隐患点进行抢险、救灾，并疏散转移群众；组织转移强降水下游区域群众，并对隐患点进行加固、除险。 如强降温区或低温区与某作物种植区重

11、合，则该种植区应当采取增温保温或其他救灾措施。由此制作而成的决策气象服务材料也更具直观性和观赏性。2.5 气象灾害评估利用区域天气自动站资料分布图，结合暴雨型地质灾害隐患点、山塘水库隐患点、江（堤）防隐患点、农作物种植分布区域、人员密集场所分布等资料，可以确定气象灾害的地点、区域、范围和强度，并对可能造成或已经造成的灾害进行评估。2.6 人工增雨作业效益评估人工增雨作业效益的评估， 需要确定两个数据， 一个是人工增雨作业的影响区域， 一个是人工增雨作业影响区的自然降水。根据有关研究，一次火箭或高炮地面作业影响范围约为300 平方公里、两头为半圆、中间为矩形的区域， 走向为引导气流的方向。我们可

12、以利用该次人工增雨作业影响区域外的站点建立降水分布模型，以此计算出该区域内降水为自然降水， 再与该区域内实测值进行比较后，计算出区域内增雨量和直接经济效益。针对某种需要（作物种植、资源利用、灾害防御等）， 利用 arcview将地理信息与区域天气自动站历史资料结合起来，进行气候区划和气象灾害风险评估。3.影响区域天气自动站资料使用的因素由于区域天气自动站远离台站的客观，决定了有许多影响区域天气自动站资料使用的因素存在。3.1 供电电源是区域天气自动站运行的基础前提。我市所有区域天气自动站均为太阳能电源， 当遇有长时间的连阴雨天气时，太阳能采集器不能吸收太阳能，蓄电池储能不足以保证对数据的采集和

13、传输。解决供电问题的方法有： 一是将单一太阳能电源改为太阳能电源加市电供电，优先采用太阳能供电，当蓄电池电压不足时，自动启用市电供电；二是储备一定数量蓄电池， 规定连阴雨达多天后及时更换蓄电池，保证在用设备蓄电池电量充足。3.2 数据传输数据传输是区域天气自动站资料汇集的关键。我市区域天气自动站均通过 gprs/gsm方式将区域天气自动站采集的资料传输到中心站。当区域天气自动站处于比较偏远的山区时，gprs/gsm信号可能覆盖不到或者信号强度比较弱，影响数据的传输。另外，当未及时缴纳通信费时，通信企业将关停未缴费站点的通信功能，造成数据传输中断。解决数据传输问题的方法有：一是把站点调整到gpr

14、s/gsm 信号能够覆盖的地区，或者请求通信企业加强某些方向的gprs/gsm信号，二是及时缴纳通信费用。3.3 数据的精度区域天气自动站在自身性能上与大监站有一定差距，主要表现在传感器的分辨能力与稳定性上。在业务运行中， 也没有对在用区域天气自动站进行强制性检定的规定，器差得不到订正； 区域天气自动站远离台站，日常维护不到位，影响了传感器的灵敏度，特别是降水，误差更大；另外，设备安装不规范，也造成探测数据不准的问题。这些都是造成区域天气自动站探测资料的系统性误差的原因，导致区域天气自动站探测资料的准确性、稳定性、可靠性得不到保证。解决数据精度问题， 可以从以下几方面入手， 来消除资料的系统性和随机性误差：一是从设备选型上，要选用经过认证和实践证明，具有高可靠性、稳定性、准确性产品；二是对在线区域天气自动站进行强制性检定，规定每两年定期检定一次；三是规范日常维护制度，要求每月至少进行一次区域天气自动