露、霜、结冰天气现象综合判别
翠鸟的故事
赵寅成整容黄思源;傅伟忠
【摘 要】通过自动气象站的连续观测资料,结合人工观测的天气现象,根据露、霜、结冰的成因筛选出符合条件的基本指标作为综合判据.选取气温、相对湿度、地面温度、草面温度和近地面温度作为主要因子,综合考虑降水和天气状况对这些天气现象形成的影响.采用两个气象观测站的分钟观测资料以及人工观测天气现象记录进行统计分析.经过初选因子和精选指标,利用多要素的组合方法,提炼出自然状态下出现露、霜、结冰现象的综合判别指标,获得了较好效果,拟合率在80％以上.为进一步认识这些天气现象的发生和变化规律提供参考,也能为天气现象观测自动化提供依据.
莲的故事【期刊名称】《气象科技》
朱孝天与李冰冰【年(卷),期】2014(042)003
【总页数】5页(P359-363)
【关键词】露;霜;结冰;天气现象;判别
【作 者】黄思源;傅伟忠
【作者单位】浙江省宁波市气象网络与装备保障中心,宁波315012;浙江省宁波市气象网络与装备保障中心,宁波315012
【正文语种】中 文
引言
随着气象综合探测业务的发展，地面气象观测自动化推进的速度越来越快。自动观测站在地面气象观测业务上的普遍使用很大程度上提高了观测精度和观测效率，在探测自动化进程中迈出了可喜的一步。近年来国内外在云、能见度、天气现象自动化观测设备的研制方面也有较大的突破［1］。但还有一些目测项目还没有成熟的自动观测设备，如露、霜等地面凝结类天气现象还是依赖人的观测。如果借助自动气象站的多要素连续记录的功能，通过对高密度观测资料的综合分析，能够寻出自然环境下这些现象的发生和变化规律，那么也许能够发现一种新的自动观测这些现象的方法，对于加快实现天气现象自动化观测具有重要的现实意义。
1 观测资料与处理方法
选取宁波市的鄞州区基本气象观测站和宁海县一般气象观测站。观测资料长度为2010年11月至2013年2月的28个月851天。包含了2个夏季和3个冬季。自动观测资料时间间隔为10min，共计样本数245088个，人工观测的1702个样本。气象要素包括气压、温度、湿度、风、地面温度、草面温度等常规自动气象观测资料和人工观测的云和天气现象等，其中草面温度对于地面凝结类天气现象具有较好的指示意义［2］。由于霜和结冰主要出现在冬半年，因此，根据当地的无霜期，剔除5—10月的记录，样本取自11月至次年4月。
由于百叶箱中气温、湿度的传感器位于离地面1.5m高度，在一定程度上能够反映近地层的气象状况，对于地面凝结和冻结天气现象有较好的指示作用。但是研究表明［3］地面温度和草面温度在一定天气条件下能更好地反映近地面的气象条件。因此，重点选取了以下3种近地面的观测资料。
草面温度：传感器安装在距地6cm高度处，位于与地面大致平行的草地上的固定支架上。草地面积至少1m2，草高不超过10cm［4］。凝结类天气现象的形成与附着物的温度有关，草面温度能够较好地反映结露、结霜的温度条件。由于环境的差异性或观测员维护不
到位，导致不同地点观测的草面温度可比性差，草面温度存在一定的局限性
地面0cm温度：感应部分及表身一半埋入土中，一半露出地面。如果对温度表维护不到位就会影响观测准确性。如地面温度在0℃以上也会出现霜［5］，因降雪天气温度传感器被积雪覆盖温度反而比百叶箱的高。
近地面温湿度：为了对比分析，增加第3种温湿度观测。2012年4月在鄞州站地温场附近增设近地面温湿度观测，传感器高度离地15cm。传感器外加防辐射罩，避免阳光直射和减小降水降雪天气对于观测的影响。
从资料对比来看，3种温度与百叶箱的温度有较好的相关性。表1是鄞州站（2012年4月至2013年2月每小时观测资料）百叶箱气温与近地面3种温度相关性统计情况，相关系数在89%以上，近地面温度相关性最好，离散度最大的是草面温度。
表1 气温与近地面3种温度相关性统计?
为了更加直观地了解几种温度之间的关系，选取比较典型的一次冷高压控制下的晴朗少云天气过程（图1）。可见草面温度变幅最大，0cm地面温度次之。在5天中有3天（6、9、1
0日）出现霜，2天（7—8日）无霜现象记录。
按照地面气象观测规范［4］的定义，露是水汽在地面及近地面物体上凝结而成的水珠（霜融化成的水珠，不记露）；霜是水汽在地面和近地面物体上凝华而成的白松脆的冰晶，或由露冻结而成的冰珠，易在晴朗风小的夜间生成。结冰是指露天水面（包括蒸发器的水）冻结成冰的现象。这3种现象是水汽或水发生相态变化的物理现象，与近地面的气温、湿度、风，以及天气状况密切相关，因此，选择常规的气象要素有气温、相对湿度、露点温度、风、云量；考虑降水或降雪天气对于露和霜出现的影响，也将每天的降水类天气现象归入影响的因子。其中近地面的观测要素有地面温度、草面温度、近地面气温、近地面相对湿度（图2）。小学班主任工作小结
分钟资料处理：计算分钟的百叶箱温度露点差、近地面温度露点差、近地面气温与百叶箱露点温度差。
小时资料处理：从分钟资料中挑取每小时的最低气温、最大相对湿度、最高露点温度、最小露点温度差、地面最低温度、近地面最低温度、近地面最大相对湿度，近地面最小温度露点差、近地面最小气温与百叶箱露点温度差。
2 综合分析
2.1 初选因子
根据露、霜、结冰的形成原理，选取天气现象与气象要素配对计算相关系数，初步确定相关性高的要素，初选指标为：
露：最低气温＞0℃，相对湿度＞70%。
霜：最低气温＜4℃，相对湿度＞70%，地面最低温度＜0℃，平均风速＜3m/s。
结冰：最低气温＜0℃，地面最低温度＜0℃。
根据以上条件对每小时进行统计，只要符合条件就记为出现一次对应的天气现象；然后一天内只要出现一次以上的，记为当天有该天气现象。从宁海站人工观测与条件判断结果对比，相符的露占33%、霜占88%、结冰82%，露的拟合率最低，霜最高，结冰次之。
阎学晶的老公
图2是2013年1月17—19日的温度变化曲线，其中17日无霜，18、19日夜间有霜。可以看出，有霜的夜间温度都降到0℃以下，相对湿度超过70%，天气背景为晴朗少云微风；但无
霜的17日夜间温度均在2℃以上，相对湿度在68%以下，夜间低云量为10，西北风3级左右。这是一个典型的从未结霜转为结霜的个例。
经过查和分析典型个例发现，相对湿度达到70%不一定形成露，气温在零上也能出现霜，这些现象在其他地方也有发现［6］。由于露出现时段涵盖了大半年，气温跨度达到30℃以上，从个例中发现不同季节背景下出现露的水汽条件有一定差异，所以考虑分段筛选因子更为合理。在降水天气背景下温湿度虽然符合形成露的条件，但是实际下雨天不可能形成露。因此，将降水作为综合考虑的因素。为了进一步提高拟合率，加入草面温度和天气状况进行综合分析。
图3是2012年12月29—31日的温湿度曲线图，30—31日夜间各层温度都在接近0℃或小于0℃，但没有结霜现象产生。从天气状况来看，29日下午至30日中午有雨转雨夹雪，夜间湿度达到80%～90%，在这种天气背景下温湿度条件尽管符合结霜的条件，但实际不可能产生霜。30日20：00以后温度均在0℃以下，但相对湿度在60%以下，达不到结霜要求。这是一个雨夹雪天气的典型温湿度分布案例。