多台国内外先进天气现象仪对比分析

　　0　引言

　　天气现象是指发生在大气中、地面上的一些物理现象，包括：降水、地面凝结、视程障碍、雷电等其它现象，这些现象都是在一定天气条件下产生的[1]。

　　我国目前在业务上的天气现象观测和记录仍然依赖人工，根据观测员观测场看到的现象和听到的声音来判断本地发生的天气现象类型。观测员需要记录的天气现象共有34种。台站人工记录天气现象问题比较多，主要表现为观测结果因人而异，其主观性强、简单定性;观测频次少，不能全面、连续反映天气现象情况;人工目测容易出现漏记。实现天气现象自动观测可获取更多有价值的气象信息，并将改变我国目前人工观测和仪器观测并行的地面观测局面。

　　随着科学技术发展，越来越多的新技术、新方法开始应用于自动气象观测领域，天气现象自动观测在技术上也已成为可能。国内外在实现天气现象观测自动化上已做了大量试验研究，取得了一定进展，现在已有很多天气现象观测仪样机产生。当前常见天气现象仪多为智能型多变量传感器，它通过对能见度、降水以及常规温湿压风的观测，并对变量进行逻辑分析来判断当前发生的天气现象。因此所谓天气现象仪也仅限于视程障碍现象和降水现象的自动化观测。

　　2009年中国气象局气象探测中心通过购买、租赁等方式在北京市观象台布设了当前在国际上较为先进的天气现象仪，并通过短期比对试验了解仪器的性能。试验目的是了解当前天气现象自动化监测与人工观测的差异，并考察国内天气现象仪的研制水平及状况，为实现我国天气现象自动化观测和标准制定打下基础。

　　参加试验的仪器分别是凯迈(洛阳)测控有限公司的CJY-2C/T、美国OSI公司的OWI-430、英国Biral公司的VPF-730和美国Campbell公司的PWS-100，4台仪器均为近红外散射型天气现象仪，他们代表了国内外天气现象仪研制的较高水平。经过业务培训和试运行，几台仪器较稳定的天气现象记录基本从9月开始，试验时间为2个月，本文针对这2个月期间仪器对不同天气现象的检测能力及其性能进行对比，并以此了解我国天气现象仪的状态，为今后的研究改进工作奠定基础。

　　1　天气现象自动观测

　　天气现象自动观测仪器多为光学原理的降水现象识别仪器，基于光学原理的降水识别技术主要有以下3种[2，3]：

　　(1)通过降水粒子光闪烁效应判断降水类型。当光束在雨中传播时，吸收和散射现象是束损耗其能量，同时，降水介质的不规则性，也使光束波前发生畸变。在任一瞬时，各个雨滴在接收平面上形成各自的衍射图样。随着雨滴的下落运动，接收平面上的衍射图样也移动，这就使探测器上的光强发生忽大忽小的起伏变化，这也称为光强闪烁。不同降水强度会产生不同的闪烁信号，对探测到的闪烁信号进行处理即可获得降水强度[4]。同样光强闪烁还与降水粒子半径有关，可通过对闪烁信号的处理获得降水类型。美国OSI公司的OWI430系列天气现象传感器就是采用的这种原理[5]。该仪器能够区分雨、毛毛雨、雪、冰雹等天气现象。