星空摄影及其天气预测的攻略

图一、二为D500拍摄;
图三、四、五为D3400拍摄;
(照片已经上传过500px,所以会有个人水印)

网络上拍摄银河的教程众多,但大多都忽略了星空摄影最基本的条件——天气。所谓摄影是用光的艺术,预测天气,预测光影,无疑也是重要的摄影技术之一
尝试拍摄星空的摄影爱好者,往往需要不断的学习、实践、碰壁,才拍摄出理想的照片(笔者从2017年拍摄星空至今,遇到最多的就是天气问题)。

于是笔者便萌生了分享星空摄影经验这一念头,让吧友能避开不利的拍摄条件,抓住能看见漫天繁星的时机。







楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 18:31:00 +0800 CST  
1.拍摄参数
1.1 ISO
一般情况下,拍摄星空所用的ISO为1600,最高不超过ISO 3200。虽然提升ISO能降低读出噪声,但ISO超过1600后对于读出噪声的降低则可以忽略不计。

另外,相机在ISO 800左右,增益就达到了1 ADU/e-,因增益过低产生的色阶断层就会消失,无需使用过高的感光度来消除色戒断层。因为高感光度不是高相机量子效率,提高感光度后相机的入射光子数和光子噪声仍是恒定的,拍摄物体的信噪比本质上没有变化。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 18:32:00 +0800 CST  
1.2 快门速度
最为常见的“500法则”是用500除以焦距,计算出可用的最长曝光时间。
不过,以“500法则”的拍摄的星空照片,在100%放大时还是会有比较明显的拖影,想要追求更锐利星空的可以使用“NPF规则”。

“NPF规则”:(35×N+30×P)÷F=快门速度
其中,N代表光圈,P代表像素间距,F代表焦距
P=相机画幅物理宽度÷图像尺寸宽度x1000μm

以笔者在拍摄中使用的尼康D500为例,
影像传感器尺寸约23.5mm×15.7mm
图像尺寸为5568×3712
P=(23.5÷5568)×1000 ≈4.22
使用24mm的f/2.8的镜头,快门速度约为(35×2.8+30×4.22)÷24≈9秒

1.3 光圈
光圈全开,或使用“NPF规则”计算中所用的光圈值。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 18:33:00 +0800 CST  
2.拍摄前的构图模拟
使用Stellarium软件,能够选择相机型号、画幅、镜头、焦段,模拟拍摄时的构图、天体位置、方向、时间。

软件中镜头的型号不多,但覆盖由14mm-200mm的常用焦段,使用增距镜则可模拟超过300mm的深空拍摄。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 18:34:00 +0800 CST  
3.拍摄前的天气预测
我国实行气象预报统一发布制度,国内任何天气APP的预报来源都指向气象台的官方预报,预报结论是唯一的。另外,中国天气网提供了 8至15 天的天气预报,由计算机计算生成,建议不要用于拍摄时间的决策。

3.1 Meteoblue
3.1.1 天文观测预报
Meteoblue网站提供了针对天文观测的天气预报,包括云量、云密度、风速、视宁度、可见天体等数据。
Clouds栏显示了云量,而Seeing栏的两个Index指数用不同的模型,结合高空大风、高空强气温梯度以及不稳定层等数据,计算并预测在不考虑云量状况下的观测条件,用指数1(差)到指数5(优秀)表示。Ground栏中,气温和湿度提示了有轻雾或雾产生的可能性。
此外,Celestial bodies栏上可查看每个天体的方位角、高度角、赤经和赤纬。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 19:19:00 +0800 CST  
3.1.3 14天预报
14天预报图包括天气类型、气温、降水量和概率,而降水量的偏离以类似箱图的形式表示,主要用来查询拍摄时是否可能有降雨


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 20:59:00 +0800 CST  
3.2 Windy
Windy网站和APP的数据来源是大名鼎鼎的GFS和ECMWF数值预报系统,它提供了数十种天气预报图,甚至包括了难以弄到的降水相态预报、雷暴概率和强度预报、能见度预报等。

其中的“云图层”,能够查询未来10天拍摄地周围的云量分布,并叠加了降水量的预报。另外,使用“高云”、“中云”、“低云”图层则可分别查询拍摄地周围的高云、中云和低云的分布情况。

在个人使用Windy的经验中,只要预报拍摄地处会有云层,则银河很有可能会被云层覆盖,准确率较高。



楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 21:06:00 +0800 CST  
3.3 Tropical Tidbits
想要制定半个月之后的拍摄计划,却不知道天气是否晴好?除了看各类天气预报,也可以自己动手,通过Tropical Tidbits网站提供的ECMWF、GFS数值预报图来进行环流分析,以预测中长期的天气。
但需要提醒的是,这种天气预测只能推断天气发展的趋势,在一定程度上预测是否会有台风、寒潮、梅雨、季风爆发、温带气旋等对拍摄活动极其不利的天气现象,而不能预测雷暴、短时强降雨这类小尺度天气系统。

对于大多数的摄影爱好者而言,气象知识的储备有限,则可以使用GFS提供的IR红外云图模拟。这种图简单易懂,和普通的卫星云图观感相似,能直观了解拍摄地附近未来十多天的云层厚度或高度。一般来说,图上红色区域的云顶温度较低,说明对流发展旺盛,云层较厚,难以看到星空。

另外,在副热带高气压带控制下的地区,有强烈的下沉逆温,使近地面水汽难以抬升,会造成晴空万里的稳定天气,能见度较高,视宁度好,有利于星空摄影。通过ECMWF提供的500hpa位势高度图,寻找红色至深红色的区域(588线),则可了解副高的位置和移动趋势,从而预测接下来十多天内拍摄地天气是否晴好。

天气预测对于星空拍摄非常重要,更深入的天气知识和环流分析也可参看电子书《白话气象》。




楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 21:16:00 +0800 CST  
4.拍摄时的天气
拍摄期间,低云的云量少于30%对于拍摄的影响不大,但要找准低云较为稀少的时间窗口,以免银河被云层遮挡。

使用Windy提供的“INFRA+”红外卫星云图,可以清楚看到是否有云正在移向拍摄点。
在色调强化红外云图中,黑色越深,则天气越晴好;白色表示温度很低,云系厚密;而黄色至红色则表明可能会有对流天气。

拍摄时即使万里无云,也可能会有云系正飘向拍摄地。留意红外云图,才能抓住拍摄时机。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 21:26:00 +0800 CST  
另外,也可使用Meteoblue的APP观看实时的卫星云图。
它提供的卫星云图中陆地是绿色,海洋是蓝色,云是白色,比Windy的红外卫星云图更符合人的视觉习惯,更加直观易懂。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 21:35:00 +0800 CST  
5.拍摄后的叠加处理
使用Deep Sky Stacker和Sequator软件,可以叠加同一天体的多张RAW文件进行降噪,同时能加强星点,降低光污染。网络上的这些软件的教程较为详细,不再赘述。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 21:58:00 +0800 CST  
6.其他
6.1台风前的拍摄
在台风临近前的数天,受其外围下沉气流影响的地区会有极好的能见度。
但是,请尽量不要在此时登山拍摄星空!

因台风倒槽附近东风、东南风较大,吸引大量水汽快速进入内陆,往往会造成特大暴雨,雨量和雨强甚至可能高过台风本体,且因为影响范围更为深入,更容易造成地质灾害。

另外,在台风前进方向上出现的台前飑线也可能会在台风登陆的前一天就登岸,带来短时强降雨、雷电、冰雹和龙卷风等剧烈天气。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-12 22:45:00 +0800 CST  
6.2 拍摄地的地形
即使天气晴好,能见度高,拍摄地的拍摄条件也可能因为地形的影响而得极差。在海边的山上拍摄星空时,需尤其注重地形的影响。

当近海有山峰阻挡时,在露点温度较低时,海洋的暖湿空气爬越时会冷却凝结形成海雾,使能见度急剧下降,且厚度通常达到数百米。同时,也会不断有新的海雾从海上补充,有时会使海雾持续几天。

年初,笔者在前往台山隆文风车山拍摄时就碰上了持续数天的海雾。在海雾最浓时,甚至连2米外的风电机都难以看见,更别说拍摄星空了...



楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-13 22:09:00 +0800 CST  
6.3 夜间雷暴
夏季夜间,因云顶温度下降,使温度层结不稳定,容易导致夜雷暴的发生。
在野外拍摄星空时,如果在Windy的“INFRA+”红外卫星云图上发现有红色至深红色的对流云(如图一)正在移向拍摄地,最好到“中央气象台”官网的“天气实况”栏中查询 全国地闪实况监测图(地闪是指打到地面的闪电),确定移向拍摄地的对流云中是否存在地闪。
(虽然Windy中也有闪电实况监测,但数据并不完整,不如中央气象台准确)

因拍摄中使用的三脚架一般为碳纤维或铝合金材质,具有一定的导电性,也可能存在尖端放电现象,若发现存在地闪,尽量前往室内或低凹处躲避,谨防触电发生危险!




楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-17 21:14:00 +0800 CST  
7. 其它的天气预报源
7.1 初阶预报
7.1.1 Weather.com
Weather.com提供的预报清晰、简洁、易懂,15 天预报的准确率较好。

7.1.2 Accuweather
这个网站的预报产品包括了风向、风速、紫外线、雷暴概率、降水量、降雪量和降水时间,也提供了逐小时预报。

7.1.3 The Weather Channel
由IBM开发的天气APP,提供所有常用的天气数据。此外,它也会根据实时的雷达云图进行更新,提前预告降雨。

7.2 进阶预报
这些网站提供的预报会比现成的天气预报更为复杂,需要掌握一定的气象知识,才能读出更多的信息。
7.2.1 weather.us
这个网站集合了全世界主流的计算机数值预报、雷达云图、闪电监测、卫星图像和气候分析。几乎拥有星空摄影,乃至于风光摄影所需的所有天气数据。

7.2.2 GRAPES
国产的数值预报系统,产品较为丰富,更新速度快,准确率也较好。比如在预报台风“海高斯”的登陆地时,GRAPES的预告误差只有50km。







楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-19 21:57:00 +0800 CST  
相互对比上述网站提供的预报,加以个人的经验和直觉推断,准确预测拍摄时的天气并不是难事。事实上,在气象爱好者中,使用同样的天气数据进行预测,准确率超过气象台往往是轻轻松松的事情。
笔者运用这些网站提供的预报,除了进行星空摄影外,有时也会追逐拍摄台风和雷暴单体。例如在追逐1804台风艾云尼时,就利用了ECMWF的数值预测了LLCC(底层环流中心)的过境,并进行拦截拍摄 。
当然,拍摄时要做好安全措施并在遮蔽物内,且永远不要追逐拍摄超级台风和高降水超级单体雷暴!




楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-08-19 22:24:00 +0800 CST  
8. 增订
时隔近5个月,应吧友@ok赞普的建议,笔者决定在该帖增添一些关于 Windy气象产品 的使用指南,以帮助吧友更轻松地利用Windy获取气象咨讯。

在本贴自8月发布后的数个月中,笔者注意到部分吧友认为教程内容过于“复杂” “太难看懂” “专业”,在此为之前使用了部分的专业术语导致阅读体验不佳而感到抱歉。因为我想我们之中的大多数人对气象理论了解得并不多,若要真正地把气象预测的技能普及到摄影中,就一定不能堆砌专业知识,不能铸起知识性的门槛。

本次的增订,参考并总结了笔者使用 Windy气象产品 进行天气预测、摄影外拍、追逐强雷暴和台风、旅游出行的经验,也会以更为通俗、易懂的语言讲解Windy的使用。

同时,适用范围上也不再只局限于星空摄影,而是包括了日常生活、旅行、风光摄影等与天气相关的活动。了解Windy的重要作用,就如同《白话气象》作者所言:“释用数值预报,我认为是每个人都能用得上的基础技能,就像做饭、驾车一样。”

由于水平所限,本帖内容难免会出现疏漏和不足,敬请吧友们批评指正。


楼主 海豹突击队六队  发布于 2020-12-27 12:38:00 +0800 CST  
8.1 单位的设置
Windy是一个简单易用的软件,只需要观察地图中的颜色,然后对比图例的颜色,就可以得出所需要的气象信息(比如温度、风速、降雨量、云量……)。
但是,要读懂Windy天气预报的前提之一,就是描述气象信息的单位必须是你所熟悉的,是日常习惯使用的单位。
在Windy的设置中,就可以方便、快捷地选择适合自已使用,易于理解的单位;

下面就以一套适宜摄影爱好者使用的单位组合作为例子;

风:可以选择bft或者m/s;bft的意思就是我们生活中常说的蒲福风级(Beaufort scale),比如气象台预报中所说的“5-7级大风,沿海出现7级以上大风”就是以此为基础。
要注意的是,除非你对蒲福风级的风力表现有很明确的认识(比如知道7级风能让树木摇动,8级风使树枝折断,9级风吹损屋瓦……),否则使用蒲福风级可能是很笼统的,并不能对风速有个具体的认知。

温度:℃
雨:mm;只要大概知道小雨的24小时降雨量小于10mm,而超过25mm的大雨往往都会对摄影造成很大影响。
海浪:m
雪:cm
气压:hpa,标准大气压1atm=1013hpa
海拔:m
距离:km

卫星云图:℃
我们都知道“高处不胜寒”,气温是随着高度增加而降低。
当一块云的温度越低,我们就可大概认为它的高度越高,这可能代表着云会很厚,导致阴天或雨天;
我们来举一个例子:
在Windy的同一张卫星云图上,点击“广州”的位置,它显示温度是14℃;然后点击菲律宾某地的云层,显示温度是零下80℃

为什么更接近赤道的菲律宾温度反而更低?
因为广州此时几乎没有云,卫星云图的温度就接近地面温度
但菲律宾此时却有对流,云遮盖地面,而且云层很高很厚,导致卫星云图上的温度更低。
所以,不考虑纬度和海拔时,云图上有云的地方,温度越低,云的高度越高,云就可能更厚




楼主 海豹突击队六队  发布于 2021-01-18 18:18:00 +0800 CST  
8.2 天气模型的选择
Windy是一个基于数值预报的网站。也就是说,Windy上提供的天气预报是超级计算机根据天气模型运算出来的,往往没有经过人工修正。
所以,天气模型的选择对于预测的准确性十分重要。

Windy主要使用ECMWF(欧洲数值)和GFS(美国数值)
气象圈中流行着“夏季ECMWF,冬季GFS”“中低纬ECMWF,高纬GFS”的经验总结,在实际使用时可以相互参照对比两个模型

因为天气是不断变化的,所以在使用时也要注意数据的更新时间
点击“关于这些数据”就可以查看更新时间

ECMWF的更新间隔是12个小时(使用6小时更新的ECMWF是需要付费的),而GFS更新间隔则是6小时,完全免费

在时间尺度上,ECMWF是3小时预报(不付费前提下),GFS是1小时预报。
也就是说,ECMWF预报的云图看起来可能是跳动的,像是掉帧的感觉。因此,在一些极端情况下,使用未付费的ECMWF可能会错过一些生命周期比较短的天气系统,比如夏季3小时内的雷暴。

空间尺度上,ECMWF分辨率是9km,GFS分辨率是22km。这可以近似理解成对天气系统大小的预报精度。
想象一座在雷暴边缘的城市,ECMWF因为分辨率高,它能预报出一半的城区下雨,一半出太阳,而GFS只能预报出整座城市都在下雨


楼主 海豹突击队六队  发布于 2021-01-18 18:19:00 +0800 CST  

楼主:海豹突击队六队

字数:5531

发表时间:2020-08-13 02:31:00 +0800 CST

更新时间:2021-03-10 15:08:42 +0800 CST

评论数:96条评论

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