本溪地區(qū)自動氣象站資料在大霧天氣預警中的應用

崔曜鵬　于天寵　曲驊倩　秦瑜　李冰　孫秀恒

摘要 ? ?本文選取2014年9月至2015年9月的典型大霧天氣個例，對自動站Z文件提取能見度、相對濕度、比濕、風場、湍流通量等物理量氣象要素，并結(jié)合每一個國家級自動站出現(xiàn)大霧的時間段，分析各氣象要素的變化特征，總結(jié)歸納本溪地區(qū)大霧天氣氣象要素的量化指標。分析結(jié)果在本溪市氣象臺進行了業(yè)務應用，應用效果良好，主要表現(xiàn)為主觀能動性、時效性和實用性等特點。經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的處理級篩選，得到的大霧量化指標，客觀具體、一目了然，使得預報員在平時的預報中可以輕易掌握，并不斷了解大霧發(fā)生的規(guī)律，提高預報員的預報經(jīng)驗。該成果可應用于本溪市大霧預報預警工作，提高新型自動站觀測數(shù)據(jù)在大霧天氣中的應用成效，通過統(tǒng)計10 min氣象要素數(shù)據(jù)更加詳細認識大霧天氣發(fā)生特點，為預報員預警大霧天氣提供參考。

關(guān)鍵詞 ? ?大霧;能見度;自動氣象站資料;預報預警

中圖分類號 ? ?P457.7 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）19-0185-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

遼寧地處歐亞大陸東岸，氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L氣候。近年來，遼寧區(qū)域性大霧頻發(fā)，造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡也在不斷上升。以往對大霧的研究較少，預報員在做霧預報時由于缺少相應的參考依據(jù)，大多采用經(jīng)驗法和外推法，且僅限于定性的有無預報，已不能滿足當今社會發(fā)展的需求[1]。目前，遼寧省氣象部門已經(jīng)建立了新型自動氣象站觀測網(wǎng)，并且自2014年開始以自動氣象站觀測大霧天氣逐漸代替人工觀測，因而新型自動氣象站在大霧預警業(yè)務中起到了越來越重要的作用。遼寧發(fā)生持續(xù)大霧一般由于上游底層風向為西南風或偏南風，風速為3～7 m/s，底層空氣迅速降溫，上層空氣因離地表遠而降溫少，這樣就在925 hPa形成逆溫，空氣冷卻并達到飽和，水汽凝結(jié)而形成的持續(xù)大霧[2-4]。

遼寧省氣象專家金巍[5]、張寧娜[6]等已經(jīng)對遼寧省區(qū)域霧天氣進行了分型，并且研究了能表征霧天氣的氣象要素及相關(guān)閾值。但是以往的研究大多基于分辨率較粗的觀測數(shù)據(jù)或者模式數(shù)據(jù)，不能很好地反映大霧天氣的實況特征。遼寧省氣象部門建立的新型自動氣象站觀測網(wǎng)絡能夠提供高時空分辨率的基本氣象要素，最高時間分辨率達到10 min，這為人們更加深入認識大霧天氣提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，有必要繼續(xù)加強針對新型自動氣象站觀測能見度的準確性和基于大霧過程中10 min氣象要素變化特征的研究。

1 ? ?資料與方法

1.1 ? ?應用資料

數(shù)據(jù)資料范圍為2014年9月到2015年9月，包括遼寧省國家級自動站10 min數(shù)據(jù)（能見度、相對濕度、比濕、風場、溫度）和大霧實況數(shù)據(jù)（站號、出霧時間、最小能見度）。

1.2 ? ?研究方法

1.2.1 ? ?實況數(shù)據(jù)整理。根據(jù)預警信號及日常記錄統(tǒng)計出2014年9月1日至2015年9月30日大霧實況數(shù)據(jù)，包括站號、出霧日期及時間、最小能見度。

1.2.2 ? ?自動站數(shù)據(jù)整理。下載Z文件，提取出2014年9月1日至2015年9月30日10 min間隔的國家級自動站數(shù)據(jù)，包括站日期、時間、站號、經(jīng)緯度、1 min自動觀測能見度、10 min自動觀測能見度、1 h間隔的人工觀測能見度、氣壓、海平面氣壓、3 h變壓、溫度、露點、相對濕度、24 h變溫、風向、風速、降水量、3 h降水量、6 h降水量、水汽壓、比濕、飽和水汽壓、飽和比濕，并篩選出1 h人工觀測能見度數(shù)據(jù)。

1.2.3 ? ?自動站觀測與人工觀測數(shù)據(jù)對比分析。將自動站中1 h間隔的人工觀測能見度數(shù)據(jù)中<500 m的數(shù)據(jù)提取出來，與大霧實況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行匹配，匹配所得數(shù)據(jù)13個，把最后2項單獨計算并得出兩者相關(guān)性。

1.2.4 ? ?氣象要素變化特征分析。以日常值班經(jīng)驗為基礎(chǔ)，總結(jié)在出霧時的自動站氣象要素變化特征，判斷大霧天氣出現(xiàn)前后氣象要素的變化特征，包括出霧時溫度（T0）、當日夜間最低溫度（Tmin）、14：00溫度（T14）、20：00溫度（T20）、及T14-T20、T20-T0、T20-Tmin、相對濕度、風向、風速等。

1.3 ? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用Matlab將txt格式的各個資料轉(zhuǎn)成mat格式以便計算;用Matlab找到自動站數(shù)據(jù)中對應出霧時次的各物理量及各個氣象要素的變化特征。

2 ? ?結(jié)果與分析

將大霧實況與自動站觀測值進行對比，分析能見度準確性，得出兩者相關(guān)系數(shù)為0.833。經(jīng)過時間尺度的統(tǒng)計，分別得到了本溪市、本溪縣、草河口鎮(zhèn)和桓仁縣出霧時前期的物理量特征。

預警指標分別總結(jié)全市國家4個自動站在出霧時溫度（T0）、當日夜間最低溫度（Tmin）、14：00溫度（T14）、20：00溫度（T20）及T14-T20、T20-T0、T20-Tmin、相對濕度、風向風場等，分別為每一個國家站的每一個月份得出一個區(qū)間值，并以此作為量化指標（表1）。

3 ? ?結(jié)論與討論

（1）主觀能動性。以往大霧預判基本依靠預報員的主觀預報經(jīng)驗;經(jīng)過該項目的研究，為預報員提供了量化的客觀預報依據(jù)。

（2）時效性。之前制作大霧預警，大部分是在實況出現(xiàn)大霧時或者與省級部門會商后進行，比較籠統(tǒng)，基本沒有預報依據(jù)，一般遵從省級部門的預報意見;經(jīng)過該項目的研究，不僅在預報預警上提高了時效性，而且在與省級部門的會商中有據(jù)可論。

（3）實用性。經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的處理級篩選，得到的大霧量化指標，客觀具體、一目了然，使得預報員在平時的預報中容易掌握，并不斷了解大霧發(fā)生的規(guī)律，有利于預報員積累預報經(jīng)驗。

4 ? ?參考文獻

[1] 陳傳雷，蔣大凱，孔令軍.近53年遼寧霧的時空分布及成因分析[J].氣象與環(huán)境學報，2006，22（1）：21-24.

[2] 李雅楠.遼寧持續(xù)大霧天氣特征及其影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（27）：15108-15109.

[3] 劉小寧，張洪政，李慶祥，等.我國大霧的氣候特征及變化初步解釋[J].應用氣象學報，2005，16（2）：220-271.

[4] 李越龍，冉田子.我國大霧的氣候特征和預報方法[J].資源環(huán)境，2017，34（18）：158.

[5] 金巍，曲姝霖，王業(yè)修，等.鞍山地區(qū)大霧天氣氣候特征及成因探討[J].氣象與環(huán)境學報，2016，32（6）：69-76.

[6] 張寧娜，陸忠艷，關(guān)穎，等.遼寧一次連續(xù)大霧的天氣要素特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（11）：6620-6621.