楊金龍 宋赫 李華峰 劉金昀
摘 要:介紹了地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì),如觀測(cè)全天候、高時(shí)空分辨率、自動(dòng)化操作,分析了地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)在觀測(cè)精度、觀測(cè)范圍、數(shù)據(jù)處理和傳輸方面的進(jìn)展。
關(guān)鍵詞:地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù);氣象觀測(cè);傳感器
中圖分類號(hào):P412.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):2095–3305(2024)02–0-03
氣象觀測(cè)是氣象學(xué)研究的基礎(chǔ),也是氣象預(yù)報(bào)和氣候研究等應(yīng)用領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)主要依靠人工操作,存在觀測(cè)精度不高、人力成本高等問題。而隨著科技的發(fā)展,自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)逐漸成為氣象觀測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
1 地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)是一種利用先進(jìn)傳感器和無人機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣中云層及云中微粒的自動(dòng)觀測(cè)和分析的技術(shù)[1]。這項(xiàng)技術(shù)在氣象觀測(cè)領(lǐng)域具有重要的代表意義,具有較高的實(shí)用價(jià)值和發(fā)展?jié)摿Α?/p>
1.1 觀測(cè)全天候
傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)通常受制于人力和天氣條件,無法實(shí)現(xiàn)全天候觀測(cè),使得氣象數(shù)據(jù)在某些時(shí)段不完整,難以保證氣象預(yù)測(cè)和科學(xué)研究的準(zhǔn)確性和可靠性。然而,新一代的地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)采用自動(dòng)化操作和先進(jìn)設(shè)備,可以在任何天氣條件下進(jìn)行觀測(cè),保證氣象數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。
第一,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)采用了自動(dòng)化操作。傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)通常需要人員在觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)觀測(cè),而且只能在白天和天氣條件較好的情況下進(jìn)行。這樣的操作方式限制了觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和全面性。相比之下,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)通過自動(dòng)化操作,可以24 h不間斷地進(jìn)行觀測(cè),不受人力的限制。這種自動(dòng)化操作可以連續(xù)、全面地獲取觀測(cè)數(shù)據(jù),不會(huì)因人為因素而出現(xiàn)間斷[2]。
第二,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)采用了先進(jìn)傳感器技術(shù)和設(shè)備。傳統(tǒng)氣象觀測(cè)受制于天氣條件,如在惡劣天氣下觀測(cè)難以進(jìn)行,導(dǎo)致氣象數(shù)據(jù)的不完整和不準(zhǔn)確。然而,地面“云能天”技術(shù)采用了先進(jìn)的傳感器技術(shù)和設(shè)備,可以穿透云層、降雨等惡劣天氣條件,進(jìn)行準(zhǔn)確觀測(cè)。例如,采用雷達(dá)技術(shù)的云高儀可以在云層密布的情況下進(jìn)行云高觀測(cè),無人機(jī)等先進(jìn)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低空天氣的觀測(cè)。這些先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用使得“云能天”技術(shù)能夠在任何天氣條件下進(jìn)行氣象觀測(cè),保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性。
1.2 高時(shí)空分辨率
地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)通過先進(jìn)的傳感器和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣中云層的高精度觀測(cè),并能夠監(jiān)測(cè)不同時(shí)間和空間尺度上的云層變化,為氣象研究提供了更為精確的數(shù)據(jù)支持[3]。
第一,高時(shí)空分辨率的實(shí)現(xiàn)離不開先進(jìn)的傳感器和設(shè)備。傳統(tǒng)氣象觀測(cè)儀器通常無法提供足夠高的時(shí)空分辨率,限制了對(duì)大氣云層的精細(xì)觀測(cè)。然而,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)采用了雷達(dá)、光學(xué)成像儀器、多普勒激光雷達(dá)等先進(jìn)的傳感器和設(shè)備,這些設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大氣云層的高精度觀測(cè)[4]。通過這些高精度的傳感器和設(shè)備,可以捕獲到云層的微觀結(jié)構(gòu)和變化,為氣象研究提供了更為詳細(xì)和精確的數(shù)據(jù)。
第二,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同時(shí)間和空間尺度上的云層變化進(jìn)行精細(xì)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)通常只能提供局部區(qū)域的氣象數(shù)據(jù),對(duì)不同時(shí)間和空間尺度上的云層變化監(jiān)測(cè)能力有限。然而,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)通過高時(shí)空分辨率的觀測(cè),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)云層變化的精細(xì)監(jiān)測(cè)。通過不同時(shí)間尺度的觀測(cè),可以捕捉到云層的瞬時(shí)變化和演變規(guī)律。同時(shí),通過不同空間尺度的觀測(cè),可以精細(xì)監(jiān)測(cè)不同地區(qū)云層,為氣象預(yù)測(cè)和研究提供了更為全面的數(shù)據(jù)支持[5]。
地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的高時(shí)空分辨率為氣象觀測(cè)帶來了重大的進(jìn)步。通過先進(jìn)的傳感器和設(shè)備的應(yīng)用,該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大氣云層的高精度觀測(cè),同時(shí)能夠精細(xì)監(jiān)測(cè)不同時(shí)間和空間尺度上的云層變化。這種高時(shí)空分辨率的觀測(cè)能力為氣象預(yù)測(cè)、氣候研究等領(lǐng)域提供了更為精確、詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持,有助于提高氣象觀測(cè)的精度,從而更好地為社會(huì)服務(wù)。
1.3 自動(dòng)化操作
傳統(tǒng)氣象觀測(cè)通常需要人工參與,存在觀測(cè)精度低、人力成本高等問題。而地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化操作不僅能夠增強(qiáng)觀測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性,還能夠節(jié)約人力成本,提高觀測(cè)效率[6]。
第一,自動(dòng)化操作能夠增強(qiáng)觀測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)需要人工參與,觀測(cè)結(jié)果容易受到人為因素的影響,存在一定的主觀性和不確定性。而地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)通過自動(dòng)化操作,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)云層連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的觀測(cè)。自動(dòng)化操作能夠保證觀測(cè)過程的一致性和穩(wěn)定性,減少人為因素對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響,增強(qiáng)觀測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性[7-9]。
第二,自動(dòng)化操作能夠節(jié)約人力成本,提高觀測(cè)效率。傳統(tǒng)氣象觀測(cè)需要大量的人力投入,包括觀測(cè)設(shè)備的維護(hù)、數(shù)據(jù)的收集和分析等環(huán)節(jié),人力成本較高。而地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)采用了自動(dòng)化操作,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化運(yùn)行,減少了人工干預(yù)和維護(hù)成本。同時(shí),自動(dòng)化操作還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集和處理,提高觀測(cè)效率,減少人力成本,為氣象觀測(cè)提供了更為經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。
第三,通過地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣中的云量、云高、云類型、云中微粒的濃度和成分等重要?dú)庀笠?。這些數(shù)據(jù)對(duì)氣象預(yù)報(bào)、氣候研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)等具有重要的意義。尤其是在氣象預(yù)報(bào)方面,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可為氣象預(yù)報(bào)提供更為準(zhǔn)確的依據(jù),增強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和可靠性。在氣候研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面,這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)榭茖W(xué)研究和環(huán)境保護(hù)提供更為全面的數(shù)據(jù)支持。
總之,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)以其全天候觀測(cè)、高時(shí)空分辨率和自動(dòng)化操作等特點(diǎn),為氣象觀測(cè)領(lǐng)域帶來了革命性的變革。隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用,為提高氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度,推動(dòng)氣象領(lǐng)域的科學(xué)研究和氣象服務(wù)水平的提升作出更大的貢獻(xiàn)。
2 地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)研究進(jìn)展
2.1 觀測(cè)精度
觀測(cè)精度是地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的重要進(jìn)展之一。這意味著該技術(shù)在觀測(cè)云層時(shí)能夠更加準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)的可靠性和精度。這一進(jìn)展得益于新一代的傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用,使得地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)有了顯著的提高[10]。
首先,在傳感器方面,新一代的傳感器技術(shù)采用了更為先進(jìn)的光學(xué)和雷達(dá)技術(shù)。這些傳感器能夠更準(zhǔn)確地獲取云層的形狀、厚度、高度和成分等信息。相比之前的傳感器,新一代傳感器的精度和靈敏度得到顯著提升,其能夠捕捉到更為細(xì)微的云層變化。通過這些先進(jìn)的傳感器,系統(tǒng)能夠精確地觀測(cè)云量、云高和云類型等氣象要素[11]。例如,通過先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù),系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)云層的三維立體觀測(cè),從而更全面地了解云的結(jié)構(gòu)和特征。這些傳感器的先進(jìn)技術(shù)為氣象觀測(cè)提供了更精準(zhǔn)、更全面的數(shù)據(jù)支持。
其次,在數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面,新一代的“云能天”技術(shù)采用了人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)。這意味著觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析變得更加精確和高效。通過人工智能技術(shù),系統(tǒng)能夠從海量的觀測(cè)數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取出各種氣象要素的信息,實(shí)現(xiàn)了對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)更為全面和精細(xì)的分析。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用也使得系統(tǒng)能夠處理更多的觀測(cè)數(shù)據(jù),從而提高數(shù)據(jù)處理的效率。這些技術(shù)的應(yīng)用為氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析提供了更多的可能性,使得系統(tǒng)能夠更準(zhǔn)確地理解和預(yù)測(cè)天氣變化[12]。
最后,在數(shù)據(jù)校正和質(zhì)量控制方面。通過引入先進(jìn)的質(zhì)量控制技術(shù)和自動(dòng)化校正算法,系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤和偏差。這些技術(shù)的應(yīng)用確保了觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性,避免了因數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致的誤差和不確定性。通過這些技術(shù)的應(yīng)用,系統(tǒng)能夠更可靠地提供氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),為氣象預(yù)報(bào)和科學(xué)研究提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持。
新一代的傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用,使得地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)在觀測(cè)精度取得了顯著提升。這一進(jìn)展將為氣象預(yù)報(bào)、氣候研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供更為可靠和精確的數(shù)據(jù)支持,推動(dòng)氣象觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展,提升氣象領(lǐng)域的科學(xué)研究和氣象服務(wù)水平。
2.2 觀測(cè)范圍
現(xiàn)代化的“云能天”觀測(cè)設(shè)備在觀測(cè)范圍方面取得了重大進(jìn)展,這一研究進(jìn)展對(duì)氣象觀測(cè)和預(yù)測(cè)具有重要意義。
一方面,現(xiàn)代化的“云能天”觀測(cè)設(shè)備具有更廣泛的觀測(cè)范圍,能夠有效地覆蓋傳統(tǒng)設(shè)備無法觀測(cè)到的遠(yuǎn)距離云層。傳統(tǒng)的氣象站觀測(cè)設(shè)備受限于設(shè)備的觀測(cè)范圍和技術(shù)限制,往往難以觀測(cè)到遠(yuǎn)距離的云層。而現(xiàn)代化的“云能天”觀測(cè)設(shè)備采用先進(jìn)的遙感技術(shù)和高精度的傳感器,具有更廣泛的觀測(cè)范圍和更遠(yuǎn)的觀測(cè)距離,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離云層的全面監(jiān)測(cè)和觀測(cè)。這一進(jìn)展使得氣象觀測(cè)能夠更全面地獲取云層的信息,為氣象預(yù)報(bào)和氣象監(jiān)測(cè)提供了更為準(zhǔn)確和全面的數(shù)據(jù)支持[13]。
另一方面,現(xiàn)代化的“云能天”觀測(cè)設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低空、中空和高空云層的全方位監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的氣象站觀測(cè)設(shè)備往往只能監(jiān)測(cè)某一高度范圍內(nèi)的云層,無法全面獲取不同高度云層的信息。然而,現(xiàn)代化的“云能天”觀測(cè)設(shè)備配備了多種高度范圍的傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低空、中空和高空云層的全方位監(jiān)測(cè)。這意味著其能夠全面監(jiān)測(cè)地面到大氣中不同層次的云層。這一特性對(duì)氣象預(yù)報(bào)、氣候研究及航空氣象等領(lǐng)域具有重要意義,能夠?yàn)楦鞣N氣象活動(dòng)提供更為全面和詳細(xì)的觀測(cè)數(shù)據(jù)。
綜上所述,現(xiàn)代化的“云能天”觀測(cè)設(shè)備在觀測(cè)范圍方面取得了顯著的進(jìn)展,為氣象觀測(cè)和預(yù)測(cè)提供了更為全面和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。它們不僅可以覆蓋常規(guī)氣象站無法觀測(cè)到的遠(yuǎn)距離云層,同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低空、中空和高空云層的全方位監(jiān)測(cè),增強(qiáng)了氣象觀測(cè)的全面性和準(zhǔn)確性,為氣象預(yù)報(bào)、氣候研究等領(lǐng)域提供更為可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)支持。
2.3 數(shù)據(jù)的處理和傳輸
自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展對(duì)“云能天”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和傳輸方面帶來了重大的改變,這對(duì)氣象觀測(cè)和預(yù)測(cè)具有重要意義。傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)通常需要人工參與,數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)倪^程相對(duì)煩瑣,而現(xiàn)代化的自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展,使得“云能天”系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控,從而極大地增強(qiáng)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可用性。
一方面,自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展使得“云能天”系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)需要等待人工處理和傳輸,這一過程可能會(huì)消耗大量時(shí)間,導(dǎo)致數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性受到影響。然而,自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展使得“云能天”系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。觀測(cè)到的氣象數(shù)據(jù)可以立即通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心或氣象預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu),無需等待人工處理和傳輸。這樣可以極大地增強(qiáng)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,使得氣象部門能夠更加及時(shí)地獲取和分析氣象數(shù)據(jù),保證氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。
另一方面,自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展也使得“云能天”系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù),氣象部門可以遠(yuǎn)程監(jiān)控“云能天”系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可以幫助氣象部門實(shí)時(shí)了解各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的情況,包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)的采集情況等。一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或異常情況,氣象部門可以及時(shí)采取措施進(jìn)行維修和處理,保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。此外,遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)還可以幫助氣象部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣象異常情況,為氣象預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警提供及時(shí)的支持。
總之,自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展給“云能天”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和傳輸方面帶來了顯著的改進(jìn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)極大地增強(qiáng)了氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和可用性,為氣象預(yù)報(bào)和氣象監(jiān)測(cè)提供了更為可靠和及時(shí)的數(shù)據(jù)支持。這一進(jìn)展有助于增強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性,為應(yīng)對(duì)氣象災(zāi)害等提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持,對(duì)氣象科學(xué)和氣象服務(wù)領(lǐng)域具有重要意義。
3 結(jié)束語
地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)是氣象觀測(cè)領(lǐng)域的重要突破,其應(yīng)用為氣象學(xué)研究和氣象服務(wù)提供新的可能性。隨著技術(shù)的不斷成熟和完善,地面“云能天”自動(dòng)化觀測(cè)技術(shù)在未來能得到更廣泛的應(yīng)用,為提高氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度,推動(dòng)氣象領(lǐng)域的科學(xué)研究和氣象服務(wù)水平的提升作出更大的貢獻(xiàn)。
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