高空加密觀測的實施及資料的應用

劉月新+++楊忠全+++彭勃+++夏明+++易旋翰

摘 要：加密觀測是在規范規定的定時觀測以外臨時增加時次的觀測，一般由省或省級以上氣象部門根據天氣分析和業務預報的需要，組織某些地面站、天氣雷達站、高空站進行實施。目的是為了獲取更詳細的資料，以研究天氣系統的詳細結構及其發生、發展、消亡的演變過程，尋求更為有效的預報方法和進行更為有效的服務。

關鍵詞：高空加密觀測；高空觀測資料的應用；分析

引言

高空氣象加密觀測的實施是一項耗資費力的工作，一般牽涉的站點也比較多。根據《第三次青藏高原大氣科學實驗實施方案》，經中國氣象科學研究院申請，中國氣象局綜合觀測司發出指令，2015年6月10日至8月31日，青藏高原及下游的37個探空站進行了14時高空氣象加密觀測工作。其中就包括了我們長沙高空氣象探測站。經過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天的加密觀測任務，所有資料都準時、及時地上傳至國家氣候中心。

1 長沙探空站實施的多次加密觀測基本情況

長沙高空探測站以前進行過多次加密觀測，如1998、1999年的全國四大科學試驗“南海季風”和“淮河流域能量和水份循環”兩大試驗外場任務，還有2001、2002年“暴雨”、“酸雨”實驗，2009年承擔中國SCHeREX計劃華中試驗區探空加密觀測任務等，2006針對災害性較強的臺風“格美”、 “桑美”， 2010年針對臺風“鲇魚”，2011年針對臺風“梅花”等，中國氣象局監測網絡司及時下達了牽涉全國30個高空臺站的加密觀測通知，為臺風的預報和跟蹤提供了準確、及時的實時資料。2014年6月更是進行了為期一個月的汛期加密高空氣象觀測試驗工作。

從長沙探空站的多次加密觀測來看，在每次實施加密過程中首先是上級主管部門要準確、及時、規范地下達指令，以免出現指令不到位、漏掉站點而影響加密資料及時性和完整性。

長沙探空站在接到上級的加密觀測指令后馬上組織全站人員，傳達上級的指令，取消一切休假，合理的安排值班人員，對有關儀器設備尤其是雷達設備進行深入細致地檢查和維護，加密期間加強維護，以避免雷達長時間工作時盡量少出故障。與裝備中心、氫氣廠家密切聯系做好消耗器材的供應保障工作，對值班人員要求準時到班、按要求規范操作，下班要求大家注意休息（加密期間下班后減少娛樂活動），站長副站長輪流值班，以便出現突發問題時能及時解決。我站在這次加密觀測過程中克服一切困難、按要求、認真地完成了每一次觀測，由于人員有限，每一班人必須連續值幾個班，我們還是按要求及時校對、審核了每一份記錄，按時上傳了每一份資料，加密觀測資料探空平均高度達30000米以上，無重放和遲放球。

加密觀測資料的應用首先是及時上傳，另建議各臺站對加密資料統一管理、可作為歷史記錄存檔以備調用。高空加密主要應用于一些突發性災害性天氣或一些科研課題等，研究人員依據各探空站的加密觀測資料，分析和評估資料對改進我國預報水平提供科技支撐。所以對資料的準確性要求較高，這就要求各臺站值班室人員和各級主管部門認真對待、重視此項工作，在人員不足時要合理安排，保證加密工作的順利進行。使我們的高空加密資料為我國的防災減災提供有價值的依據，為一些重要科研課題提供幫助，我們也可拓寬領域，如一些大型的活動時開展加密觀測工作提供實時資料，這樣我們的高空加密就可做到經常性的開展，使我們的高空加密探測資料應用于各個有關方面。

2 開展高空加密觀測在災害性天氣預報及大氣科學實驗中的必要性

高空氣象觀測，其絕大部分觀測站的觀測資料是全球交換的，日常情況下預報人員常用到的高空觀測資料一般07時19時高空綜合觀測的8份高空報文以及部分臺站的01時單獨測風4鳳報文和記錄月報和氣候月報。但隨著氣象預報水平的不斷提高，氣象科研層次越來越高，高空氣象探測數據僅憑報文所能容納是遠遠不夠的，特別是在災害性天氣預報或大氣科學重大科研項目等實施時，不僅需要更多的觀測數據如：目前使用的L波段雷達，除觀測所得數據圖形及系統處理后生成的報文外，還有探空、測風的秒數據、觀測數據?，攬D、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比圖和球坐標曲線處理前后對比圖等。目前，各級氣象臺預報員必須應用的1000、850、700、500、400、300、250、150、100hPa…的等壓面、特性層的對流層頂的溫度、露點、氣壓，以及300、600、900m和各個等壓面的風向、風速、對流層頂的風向風速等的高空天氣圖，將所有層面的觀測資料都點繪到高空天氣圖上，再把零度層、對流層頂、特性層及高空風的資料、埃瑪圖、經緯度數據等加以利用，并用預報處理系統加以分析，形成當前以及未來天氣發展的模式，在某個天氣過程中某個區域的天氣狀況和未來天氣發展過程便一目了然。然后再進行三維處理，可以形成立體的即時的高空氣象數據模型，從而使預報人員的預報工具有了可靠詳實的數據支撐，使預報員的預報方法等更加豐富，從而提高預報準確率。

目前利用L波段雷達的觀測和系統對數據處理的精準度較以前的701雷達已經有了極大的提高，氣球施放高度從原來的平均25000m提高到了30000m以上，可連續觀測高空的風向風速，在探空氣球施放升空后，隨著氣球在上升過程中隨著高空氣流的流動不斷變換空間位置，氣球升空直至球炸通過探空觀測的溫度、氣壓、濕度的秒數據和測風觀測的風向、風速的秒數據，氣球運動每時每刻所在的位置都能一目了然，可以獲得探測范圍內任意高度的實時數據，即秒數據，如果使用這些秒數據做成測站的溫度梯度圖，相當于全國有120個高空氣象觀測站，就有120個高度在30000m左右的溫度梯度斜塔，這些斜塔對于預報員來說這樣的資料用起來更加方便。將氣球假視為空中移動觀測站，通過L波段雷達的觀測數據，處理系統形成的風廓線圖及?，攬D，可以直接分析大氣層結的穩定程度和氣流的變化動向。有了秒數據和時偏、經偏、緯偏及壓溫濕風的數據，可以建立起適當的預報方法或模型去分析研究空中的強對流情況，然后分析氣球運動的軌跡及其氣象要素，氣球運動過的區域或即將運動到的區域的天氣情況就可以分析出來。由于探空氣球的平均升速一般掌握在350米/分左右，在某一個等壓面、某一個位置，氣球的水平位移或垂直位移超過了正常值，那么再與氣壓、溫度、濕度要素進行綜合考慮，就可以判斷出該層次是否出現了強對流，進而可以對特殊天氣做出定性的預報。

對災害性天氣預報及大氣科學實驗而言，地球大氣層分為（由下向上）對流層、平流層、中 間 層 和 熱層 盡管相地球半徑（6371km僅僅是一個薄層140km）但對我們人類生活影響最直接的是對流層、平流層。因此，對高空觀測提出了以下要求：一是需要一個密度較高的長期、一致性的可確定是真實的大氣變化的觀測記錄；二是較高的分辨率可區分溫度、水汽、臭氧層的垂直結構和對流層頂的變化，這是氣候系統中由于人為和自然應力帶來的氣候特征；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和區域氣候模式；四是探測精度要比大氣的垂直變化的精度要細，這樣可以清楚地確認氣候的變率和變化，由于觀測的不確定已超過大氣的變率，因此對于對流層以上的平流層增加密度的觀測很有必要。

因此，在每年的5-9月份暴雨、臺風等災害性天氣多發時段，全國大部分探空站均要根據中國氣象局觀測司的指令開展加密觀測業務，在不定時期部分探空站還要根據區域中心的要求開展氣候調查、臺風追蹤。以及區域氣候因素對環境保護的影響因素（如利用長沙高空氣象探測站L波段雷達正式運行起到現在的探空資料，分析了距海平面500米的低空風趨勢，低空風對城市建設、環境監測、污染控制）的重大課題的實驗開展加密觀測活動等。加密觀測時次根據要求不同增加觀測時段（如災害性天氣增加13時和01時的綜合高空探測，大氣科學實驗的加密觀測根據實驗范圍增加2-4次觀測）。

高空氣象加密觀測是氣象觀測的一個重要組成部分，在一定程度上滿足了各級氣象臺預報人員和氣象科研工作者在預報和科研時對的各種觀測數據的不同要求，而且還擴大了氣象觀測數據儲備，彌補了在非固定時段天氣變化的數據缺失。完善了氣象技術體系和氣象服務管理系統，增強氣象防災減災系統的建設，其目的是利用先進的現代高空觀測技術、可靠的氣象專業知識和優良的服務質量，最大限度地發揮氣象信息服務的優勢，具有高附加值的氣象信息服務。

參考文獻

[1]中國氣象局監測網絡司.常規高空氣象探測規范（試行）.

[2]奉超.淺談L波段探空系統資料在預報中的應用[J].廣西氣象，2007（2）：84-87.