高空加密觀測(cè)的實(shí)施及資料的應(yīng)用

劉月新+++楊忠全+++彭勃+++夏明+++易旋翰

摘 要：加密觀測(cè)是在規(guī)范規(guī)定的定時(shí)觀測(cè)以外臨時(shí)增加時(shí)次的觀測(cè)，一般由省或省級(jí)以上氣象部門根據(jù)天氣分析和業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的需要，組織某些地面站、天氣雷達(dá)站、高空站進(jìn)行實(shí)施。目的是為了獲取更詳細(xì)的資料，以研究天氣系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)及其發(fā)生、發(fā)展、消亡的演變過(guò)程，尋求更為有效的預(yù)報(bào)方法和進(jìn)行更為有效的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：高空加密觀測(cè)；高空觀測(cè)資料的應(yīng)用；分析

引言

高空氣象加密觀測(cè)的實(shí)施是一項(xiàng)耗資費(fèi)力的工作，一般牽涉的站點(diǎn)也比較多。根據(jù)《第三次青藏高原大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案》，經(jīng)中國(guó)氣象科學(xué)研究院申請(qǐng)，中國(guó)氣象局綜合觀測(cè)司發(fā)出指令，2015年6月10日至8月31日，青藏高原及下游的37個(gè)探空站進(jìn)行了14時(shí)高空氣象加密觀測(cè)工作。其中就包括了我們長(zhǎng)沙高空氣象探測(cè)站。經(jīng)過(guò)全站人員的努力工作，克服種種困難，圓滿完成了這次為期83天的加密觀測(cè)任務(wù)，所有資料都準(zhǔn)時(shí)、及時(shí)地上傳至國(guó)家氣候中心。

1 長(zhǎng)沙探空站實(shí)施的多次加密觀測(cè)基本情況

長(zhǎng)沙高空探測(cè)站以前進(jìn)行過(guò)多次加密觀測(cè)，如1998、1999年的全國(guó)四大科學(xué)試驗(yàn)“南海季風(fēng)”和“淮河流域能量和水份循環(huán)”兩大試驗(yàn)外場(chǎng)任務(wù)，還有2001、2002年“暴雨”、“酸雨”實(shí)驗(yàn)，2009年承擔(dān)中國(guó)SCHeREX計(jì)劃華中試驗(yàn)區(qū)探空加密觀測(cè)任務(wù)等，2006針對(duì)災(zāi)害性較強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)“格美”、 “桑美”， 2010年針對(duì)臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”，2011年針對(duì)臺(tái)風(fēng)“梅花”等，中國(guó)氣象局監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)司及時(shí)下達(dá)了牽涉全國(guó)30個(gè)高空臺(tái)站的加密觀測(cè)通知，為臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)和跟蹤提供了準(zhǔn)確、及時(shí)的實(shí)時(shí)資料。2014年6月更是進(jìn)行了為期一個(gè)月的汛期加密高空氣象觀測(cè)試驗(yàn)工作。

從長(zhǎng)沙探空站的多次加密觀測(cè)來(lái)看，在每次實(shí)施加密過(guò)程中首先是上級(jí)主管部門要準(zhǔn)確、及時(shí)、規(guī)范地下達(dá)指令，以免出現(xiàn)指令不到位、漏掉站點(diǎn)而影響加密資料及時(shí)性和完整性。

長(zhǎng)沙探空站在接到上級(jí)的加密觀測(cè)指令后馬上組織全站人員，傳達(dá)上級(jí)的指令，取消一切休假，合理的安排值班人員，對(duì)有關(guān)儀器設(shè)備尤其是雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行深入細(xì)致地檢查和維護(hù)，加密期間加強(qiáng)維護(hù)，以避免雷達(dá)長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)盡量少出故障。與裝備中心、氫氣廠家密切聯(lián)系做好消耗器材的供應(yīng)保障工作，對(duì)值班人員要求準(zhǔn)時(shí)到班、按要求規(guī)范操作，下班要求大家注意休息（加密期間下班后減少娛樂(lè)活動(dòng)），站長(zhǎng)副站長(zhǎng)輪流值班，以便出現(xiàn)突發(fā)問(wèn)題時(shí)能及時(shí)解決。我站在這次加密觀測(cè)過(guò)程中克服一切困難、按要求、認(rèn)真地完成了每一次觀測(cè)，由于人員有限，每一班人必須連續(xù)值幾個(gè)班，我們還是按要求及時(shí)校對(duì)、審核了每一份記錄，按時(shí)上傳了每一份資料，加密觀測(cè)資料探空平均高度達(dá)30000米以上，無(wú)重放和遲放球。

加密觀測(cè)資料的應(yīng)用首先是及時(shí)上傳，另建議各臺(tái)站對(duì)加密資料統(tǒng)一管理、可作為歷史記錄存檔以備調(diào)用。高空加密主要應(yīng)用于一些突發(fā)性災(zāi)害性天氣或一些科研課題等，研究人員依據(jù)各探空站的加密觀測(cè)資料，分析和評(píng)估資料對(duì)改進(jìn)我國(guó)預(yù)報(bào)水平提供科技支撐。所以對(duì)資料的準(zhǔn)確性要求較高，這就要求各臺(tái)站值班室人員和各級(jí)主管部門認(rèn)真對(duì)待、重視此項(xiàng)工作，在人員不足時(shí)要合理安排，保證加密工作的順利進(jìn)行。使我們的高空加密資料為我國(guó)的防災(zāi)減災(zāi)提供有價(jià)值的依據(jù)，為一些重要科研課題提供幫助，我們也可拓寬領(lǐng)域，如一些大型的活動(dòng)時(shí)開(kāi)展加密觀測(cè)工作提供實(shí)時(shí)資料，這樣我們的高空加密就可做到經(jīng)常性的開(kāi)展，使我們的高空加密探測(cè)資料應(yīng)用于各個(gè)有關(guān)方面。

2 開(kāi)展高空加密觀測(cè)在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)及大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的必要性

高空氣象觀測(cè)，其絕大部分觀測(cè)站的觀測(cè)資料是全球交換的，日常情況下預(yù)報(bào)人員常用到的高空觀測(cè)資料一般07時(shí)19時(shí)高空綜合觀測(cè)的8份高空?qǐng)?bào)文以及部分臺(tái)站的01時(shí)單獨(dú)測(cè)風(fēng)4鳳報(bào)文和記錄月報(bào)和氣候月報(bào)。但隨著氣象預(yù)報(bào)水平的不斷提高，氣象科研層次越來(lái)越高，高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)僅憑報(bào)文所能容納是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，特別是在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)或大氣科學(xué)重大科研項(xiàng)目等實(shí)施時(shí)，不僅需要更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)如：目前使用的L波段雷達(dá)，除觀測(cè)所得數(shù)據(jù)圖形及系統(tǒng)處理后生成的報(bào)文外，還有探空、測(cè)風(fēng)的秒數(shù)據(jù)、觀測(cè)數(shù)據(jù)埃瑪圖、氣球高度變化曲線圖、飛行軌跡圖、高度軌跡圖、升速軌跡圖、探空曲線處理前后對(duì)比圖和球坐標(biāo)曲線處理前后對(duì)比圖等。目前，各級(jí)氣象臺(tái)預(yù)報(bào)員必須應(yīng)用的1000、850、700、500、400、300、250、150、100hPa…的等壓面、特性層的對(duì)流層頂?shù)臏囟取⒙饵c(diǎn)、氣壓，以及300、600、900m和各個(gè)等壓面的風(fēng)向、風(fēng)速、對(duì)流層頂?shù)娘L(fēng)向風(fēng)速等的高空天氣圖，將所有層面的觀測(cè)資料都點(diǎn)繪到高空天氣圖上，再把零度層、對(duì)流層頂、特性層及高空風(fēng)的資料、埃瑪圖、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)等加以利用，并用預(yù)報(bào)處理系統(tǒng)加以分析，形成當(dāng)前以及未來(lái)天氣發(fā)展的模式，在某個(gè)天氣過(guò)程中某個(gè)區(qū)域的天氣狀況和未來(lái)天氣發(fā)展過(guò)程便一目了然。然后再進(jìn)行三維處理，可以形成立體的即時(shí)的高空氣象數(shù)據(jù)模型，從而使預(yù)報(bào)人員的預(yù)報(bào)工具有了可靠詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，使預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)方法等更加豐富，從而提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

目前利用L波段雷達(dá)的觀測(cè)和系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)度較以前的701雷達(dá)已經(jīng)有了極大的提高，氣球施放高度從原來(lái)的平均25000m提高到了30000m以上，可連續(xù)觀測(cè)高空的風(fēng)向風(fēng)速，在探空氣球施放升空后，隨著氣球在上升過(guò)程中隨著高空氣流的流動(dòng)不斷變換空間位置，氣球升空直至球炸通過(guò)探空觀測(cè)的溫度、氣壓、濕度的秒數(shù)據(jù)和測(cè)風(fēng)觀測(cè)的風(fēng)向、風(fēng)速的秒數(shù)據(jù)，氣球運(yùn)動(dòng)每時(shí)每刻所在的位置都能一目了然，可以獲得探測(cè)范圍內(nèi)任意高度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，即秒數(shù)據(jù)，如果使用這些秒數(shù)據(jù)做成測(cè)站的溫度梯度圖，相當(dāng)于全國(guó)有120個(gè)高空氣象觀測(cè)站，就有120個(gè)高度在30000m左右的溫度梯度斜塔，這些斜塔對(duì)于預(yù)報(bào)員來(lái)說(shuō)這樣的資料用起來(lái)更加方便。將氣球假視為空中移動(dòng)觀測(cè)站，通過(guò)L波段雷達(dá)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，處理系統(tǒng)形成的風(fēng)廓線圖及埃瑪圖，可以直接分析大氣層結(jié)的穩(wěn)定程度和氣流的變化動(dòng)向。有了秒數(shù)據(jù)和時(shí)偏、經(jīng)偏、緯偏及壓溫濕風(fēng)的數(shù)據(jù)，可以建立起適當(dāng)?shù)念A(yù)報(bào)方法或模型去分析研究空中的強(qiáng)對(duì)流情況，然后分析氣球運(yùn)動(dòng)的軌跡及其氣象要素，氣球運(yùn)動(dòng)過(guò)的區(qū)域或即將運(yùn)動(dòng)到的區(qū)域的天氣情況就可以分析出來(lái)。由于探空氣球的平均升速一般掌握在350米/分左右，在某一個(gè)等壓面、某一個(gè)位置，氣球的水平位移或垂直位移超過(guò)了正常值，那么再與氣壓、溫度、濕度要素進(jìn)行綜合考慮，就可以判斷出該層次是否出現(xiàn)了強(qiáng)對(duì)流，進(jìn)而可以對(duì)特殊天氣做出定性的預(yù)報(bào)。

對(duì)災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)及大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)而言，地球大氣層分為（由下向上）對(duì)流層、平流層、中 間 層 和 熱層 盡管相地球半徑（6371km僅僅是一個(gè)薄層140km）但對(duì)我們?nèi)祟惿钣绊懽钪苯拥氖菍?duì)流層、平流層。因此，對(duì)高空觀測(cè)提出了以下要求：一是需要一個(gè)密度較高的長(zhǎng)期、一致性的可確定是真實(shí)的大氣變化的觀測(cè)記錄；二是較高的分辨率可區(qū)分溫度、水汽、臭氧層的垂直結(jié)構(gòu)和對(duì)流層頂?shù)淖兓@是氣候系統(tǒng)中由于人為和自然應(yīng)力帶來(lái)的氣候特征；三是足夠的地表覆蓋率和分辨率可以決定可靠的全球趨勢(shì)和區(qū)域氣候模式；四是探測(cè)精度要比大氣的垂直變化的精度要細(xì)，這樣可以清楚地確認(rèn)氣候的變率和變化，由于觀測(cè)的不確定已超過(guò)大氣的變率，因此對(duì)于對(duì)流層以上的平流層增加密度的觀測(cè)很有必要。

因此，在每年的5-9月份暴雨、臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣多發(fā)時(shí)段，全國(guó)大部分探空站均要根據(jù)中國(guó)氣象局觀測(cè)司的指令開(kāi)展加密觀測(cè)業(yè)務(wù)，在不定時(shí)期部分探空站還要根據(jù)區(qū)域中心的要求開(kāi)展氣候調(diào)查、臺(tái)風(fēng)追蹤。以及區(qū)域氣候因素對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響因素（如利用長(zhǎng)沙高空氣象探測(cè)站L波段雷達(dá)正式運(yùn)行起到現(xiàn)在的探空資料，分析了距海平面500米的低空風(fēng)趨勢(shì)，低空風(fēng)對(duì)城市建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染控制）的重大課題的實(shí)驗(yàn)開(kāi)展加密觀測(cè)活動(dòng)等。加密觀測(cè)時(shí)次根據(jù)要求不同增加觀測(cè)時(shí)段（如災(zāi)害性天氣增加13時(shí)和01時(shí)的綜合高空探測(cè)，大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)的加密觀測(cè)根據(jù)實(shí)驗(yàn)范圍增加2-4次觀測(cè)）。

高空氣象加密觀測(cè)是氣象觀測(cè)的一個(gè)重要組成部分，在一定程度上滿足了各級(jí)氣象臺(tái)預(yù)報(bào)人員和氣象科研工作者在預(yù)報(bào)和科研時(shí)對(duì)的各種觀測(cè)數(shù)據(jù)的不同要求，而且還擴(kuò)大了氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)儲(chǔ)備，彌補(bǔ)了在非固定時(shí)段天氣變化的數(shù)據(jù)缺失。完善了氣象技術(shù)體系和氣象服務(wù)管理系統(tǒng)，增強(qiáng)氣象防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)，其目的是利用先進(jìn)的現(xiàn)代高空觀測(cè)技術(shù)、可靠的氣象專業(yè)知識(shí)和優(yōu)良的服務(wù)質(zhì)量，最大限度地發(fā)揮氣象信息服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，具有高附加值的氣象信息服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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