视程障碍现象自动判识方法及其记录常见问题处理

宗晓鸿，孙卫卫

(山东省滨州市沾化区气象局，山东 滨州 256800)

1 引言

从2014年起，能见度实现自动观测的国家地面气象观测站，视程障碍现象(以下简称视障现象)全部由人工观测改为根据相关自动观测要素进行自动判识[1]。调整初期，根据视障现象判别记录情况，对自动判识规则进行过多次调整。直到2015年5月视障现象自动判识方法基本稳定下来，此后的视障现象记录质量总体较高，可用度较好。但由于视障现象时空特征的复杂性，以及自动判识这种记录形成方法的局限性，判别记录仍不可避免地出现错误或疑误。为保持气象观测记录的“三性”，保持地面气象观测质量，有必要对视障现象判别规则、记录常见问题及处理方法进行总结研讨。

2 视程障碍现象自动判识方法

简单来讲，视障现象自动判识，就是根据与视障现象密切相关的其它自动观测要素值，参照一定规则和标准，判别当前视障现象并形成记录。因此视障现象自动判识记录，与以下3个方面密切相关。

2.1 判别采用的自动观测要素

①判别能见度VT(m)

(1)

其中T表示当前时间的分钟序列数，下同；V10指10 min平均水平能见度[5]。

②判别降水量RT(mm)

为分钟降水量。翻斗式有量时等于翻斗式降水量，翻斗式无量或缺测时等于称重式降水量。翻斗式和称重式均缺测时等于0.0。

③判别相对湿度UT(%)

(2)

其中U指空气相对湿度。

根据检测结果，种植区重金属As、Hg含量偏高。种植区重金属偏高的原因来源于农灌水、农家肥以及其他肥料中的隐形添加剂等，建议主管部门加强辣椒种植指导，论证土壤肥料配方测试科学种植。根据现场调查未发现使用国家禁限用农药情况，各产品未出现超标情况，表明主管部门在辣椒种植过程农药投入品监管工作扎实有效。

④判别风向DT(°)、判别风速FT(m/s)

即为2 min平均风向、2 min平均风速。

⑤判别气温TT(℃)、判别本站气压PT(hPa)

即为分钟气温、分钟本站气压。

2.2 视程障碍现象判别规则标准

当判别能见度VT高阈值(默认7 500 m，可修改，下同)，或判别降水量RT>0.0mm时，均判别为无视障现象，否则将判别为有视障现象。2015年5月判别规则稳定后，各视障现象判别标准如下。

①雾和轻雾：当判别相对湿度UT≥阈值(默认80%，应修改为台站历史判别阈值，下同)[2]时，若判别能见度VT≤低阈值(默认750 m，可修改，下同)判别为雾，否则判别为轻雾。

②沙尘暴和扬沙:当判别相对湿度UT<40%且判别风速FT>10.0 m/s时，若判别能见度VT≤低阈值则判别为沙尘暴，否则判别为扬沙。

③浮尘:当判别相对湿度UT<40%，判别风速FT10.0 m/s，且判别气温TT与前一日同时刻温差达到或超过24 h温差阈值(默认-10.0 ℃，可修改)时，判别为浮尘。

④霾:当判别相对湿度UT<阈值，且不符合沙尘暴、扬沙或浮尘的判别标准时，实时视障现象即判别为霾。但只有当前一日19时—次日23时现在天气现象编码为“05”的时次连续达6个或以上时，该日连续天气现象才记录霾。

2.3 视程障碍现象记录形成过程

视障现象的自动判识和记录形成全部由台站地面综合观测业务软件(以下简称ISOS)实现，其中逐分钟判别要素值计算、视障现象判别均由SMO实现，自动判识视障现象入库、整理、生成连续天气现象记录由MOI实现。视障现象记录形成过程如图1所示。

图1 视程障碍现象自动判识记录形成过程示意图Fig.1 A schematic diagram of the process of automatic recognition of visual obstacles

3 视程障碍现象自动判识记录常见问题的处理

根据上文介绍的视障现象自动判识实现方法，判别要素值、判别规则标准、记录形成过程任何一个方面出现问题，都会导致最终判别的视障现象记录错误。根据实际工作中遇到的情况，可将错误归纳为4种，逐一将其错误原因、表现和处理方法总结如下。

3.1 多判别视障现象

最常见的一种情况是因为降水现象影响导致判别能见度低于阈值，在判别降水量同时为0.0的时段，即会判别出现视障现象。多判现象多为雾、轻雾或霾，其存在时间一般处于降水时段内，且与降水强度关系密切。应在下一个定时时次将多判现象删除，但处于降水时段外的视障现象应予保留。

另一种常见情况是由于散射能见度仪观测记录代表性较差引起的。在实际没有视障现象的情况下，有小范围的烟尘等现象恰影响到散射能见度仪，导致自动观测能见度骤降，判别能见度低于阈值而判别出现视障现象。此类多判现象一般存在时间较短，出现前后能见度变化剧烈，存在能见度短时失真现象。多判现象应在下一定时时次删除。

3.2 少判别视障现象

一种常见情况是在视障现象时段内，因为降水现象或其它原因导致出现判别降水量(包括出现野值的情况)，视障现象就会在出现判别降水量的时间中断，而实际视障现象是连续的。这种情况主要影响需要记录起止时间的视障现象，使其出现时间分段、变短，有时判别降水量恰好与视障现象的最小判别能见度出现在同一时间，还可能会影响到该现象的最小能见度。这种情况，应把因判别降水量影响而中断的视障现象连接起来，并检查现象最小能见度。

另外一种情况，是因判别要素存在缺测而导致自动判识无法完成，少判或漏判了视障现象。如能将缺测的自动观测记录补回，可以通过SMO重新下载这段时间的历史数据，这同时会对该时段重新进行一次自动判识。如缺测记录无法补回，则应根据自动判识规则、正常的判别要素值，结合人工观测情况，来综合判断这一时段的视障现象。

3.3 错判别视障现象

即把一种视障现象错判为另一种视障现象，这多与判别标准的不完善、判别阈值设置的不合理有关。常被错判的视障现象有：

①浮尘：现行判别标准对浮尘的识别率较低，温差阈值也较难合理设定，出现时常被错判为霾。

②沙尘暴和扬沙：判别条件并不充分，而且判别风速标准固化，10.0 m/s的2 min平均风速对于下垫面潮湿、多植被地区和季节来说可能偏小，而对于下垫面干燥、多裸露沙土地区来说可能偏大，因此易与霾、浮尘判混。

限于视障现象有限的判别规则和较难把握的阈值标准，对于上述视障现象应注意人工辨识，发现判别有误及时予以更正。

3.4 霾的记录问题

各视障现象中霾记录的最终确定最为复杂，要分两步完成。第一步为霾实时自动判别，与其它视障现象类似，第二步为霾现象独有，在次日00时后，根据当日(包括跨前后日界)现在天气现象编码连续编发霾的时次数量确定该日正式记录是否记霾[1]。目前这种方案形成的霾现象记录相对理想，但因记录处理规则过于繁复，现用业务软件和业务规定对其释用并不理想，特别是容易在第二步记录整理过程中出现错误。

业务软件方面，存在日记录中霾现象应删除而无法删除的个别现象。在业务规定方面也未予相应的协调支持，如某一般站某日实际只有07、08、09时3个时次正点现象编发霾，09时后转为浮尘并持续至14时后，实际连续编发霾的时次为3个，当日不应记霾，但如果07—14时自动判别现象均为霾，根据业务规定台站只需在14时对天气现象记录进行更正，那这就导致07—13时连续7个时次现在现象编霾，最终导致当日记霾。

对于上述问题，应在正确理解霾判别标准和日记录处理原则的基础上，对实时判别记录和日记录进行人工检查，及时更正错误，确保日记录正确。

4 结语

与人工或传感器直接观测视障现象不同，自动判识记录几乎决定于判别规则，包括判别要素的选取和计算、判别规则标准等，且受业务软件、业务规定影响较大，记录出现偏差和错误是不可避免的。但错误判别记录的发现并不容易，应充分掌握各视障现象的判别标准和记录易出现的问题，加强人工对比检查，尽可能及时地发现错误。错误记录的处理应坚持客观性原则，主要参考人工观测记录，同时充分考虑自动判别要素值和判别标准，准确纠正记录错误。

[1] 中国气象局气象探测中心.地面气象观测业务技术规定应用手册[M].北京:气象出版社,2016.

[2] 黄思源,张志龙.地面气象综合技术问答[M].北京:气象出版社,2015.

[3] 焦春霞，陈梦娇，宋良娈,等.新型站视程障碍类天气现象判识规定的思考[J].贵州气象，2017 , 41(3) :82-84

[4] 聂云，周继先，秦畅畅,等.地面观测业务调整给气象观测工作带来的变化[J].贵州气象，2016, 40(1):72-75

[5] 孙学金，王晓蕾，李浩,等.大气探测学[M].北京:气象出版社,2009.