地基微波輻射計觀測網(wǎng)建設(shè)方案

陳后財+任雍

摘 要 QFW-6000型地基微波輻射計作為大氣觀探測、天氣監(jiān)測新型儀器裝備，憑借其高時空分辨率、高探測精度、全天候、數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富、直觀、實時、連續(xù)等優(yōu)點，成為遙感大氣溫度、濕度、云液態(tài)水廓線的有力工具，在氣象、環(huán)保、航空、測控等諸多領(lǐng)域廣泛使用。本文提出了地基微波輻射計組網(wǎng)觀測方案架構(gòu)，本方案不僅適用于業(yè)務(wù)應(yīng)用中的輻射計設(shè)備，還適用于觀測網(wǎng)中其他設(shè)備，甚至對整個業(yè)務(wù)觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也具有參考意義。

【關(guān)鍵詞】微波輻射計 強對流天氣 組網(wǎng)觀測

1 引言

按照中國氣象局的發(fā)展戰(zhàn)略和省市氣象局的部署，以及地區(qū)性的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，氣象工作的重點之一應(yīng)是增強災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警能力，提高中短期天氣預(yù)報準(zhǔn)確度，為防災(zāi)減災(zāi)、大氣環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)保障和資源開發(fā)利用，生態(tài)系統(tǒng)平衡等方面提供優(yōu)質(zhì)氣象服務(wù)。

溫度、相對濕度、液態(tài)水廓線（0～20km高空）是描述大氣熱力狀態(tài)的基本參數(shù)，實時探測溫度、相對濕度、云液態(tài)水分布及其變化，對于數(shù)值天氣預(yù)報和氣候變化研究以及各種氣象保障工作，都是必不可少的。QFW-6000型地基微波輻射計作為大氣觀探測、天氣監(jiān)測新型儀器裝備，憑借其高時空分辨率、高探測精度、全天候、數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富、直觀、實時、連續(xù)等優(yōu)點，成為遙感大氣溫度、濕度、云液態(tài)水廓線的有力工具，在氣象、環(huán)保、航空、測控等諸多領(lǐng)域廣泛使用。尤其是診斷分析得到的一系列連續(xù)的大氣熱力學(xué)參數(shù)、預(yù)報指標(biāo)，對霧霾的監(jiān)測治理、人工影響天氣、區(qū)域水資源的評估、航空氣象保障以及對雷暴、冰雹、暴雨等強對流極端天氣的研究有很好的指示作用，為災(zāi)害性天氣預(yù)報、預(yù)警提供數(shù)據(jù)依據(jù)，為相關(guān)決策部門制定防災(zāi)、減災(zāi)預(yù)案提供數(shù)據(jù)支持。

目前，河北地區(qū)計劃在唐山、廊坊、滄州、衡水、邯鄲等地投入使用有5臺地基微波輻射計。為充分發(fā)揮儀器設(shè)備的功效，有效利用其數(shù)據(jù)資源，使河北地區(qū)各市、區(qū)氣象預(yù)報保障、短時及臨近預(yù)報、災(zāi)害性天氣預(yù)警、人工影響天氣、防雷、消雹等氣象預(yù)報業(yè)務(wù)及相應(yīng)的決策部門，都能夠及時、準(zhǔn)確地利用5臺地基微波輻射計的數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享、有效決策，有必要對現(xiàn)有地基微波輻射計的安裝運行、觀測分析數(shù)據(jù)的存儲、傳輸、共享以及產(chǎn)品信息的發(fā)布等進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一，使其網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。

本文提出了地基微波輻射計組網(wǎng)觀測方案架構(gòu)，本方案不僅適用于業(yè)務(wù)應(yīng)用中的輻射計設(shè)備，還適用于觀測網(wǎng)中其他設(shè)備，甚至對整個業(yè)務(wù)觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也具有參考意義。

2 組網(wǎng)運行方案及數(shù)據(jù)產(chǎn)品設(shè)計

河北地區(qū)在唐山、廊坊、滄州、衡水、邯鄲等微波輻射計觀測站，除實時向本市、區(qū)局提供溫度、相對濕度、云液態(tài)水廓線探測數(shù)據(jù)、圖形圖像數(shù)據(jù)、診斷分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)外，應(yīng)通過河北局內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)向河北市局?jǐn)?shù)據(jù)處理中心計算機（服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫）實時提供溫度、相對濕度、云液態(tài)水廓線探測數(shù)據(jù)、圖形圖像數(shù)據(jù)、診斷分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)。省局中心服務(wù)器對收集到的各市、區(qū)的微波輻射計觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以便實現(xiàn)對河北地區(qū)的出現(xiàn)的各類天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效跟蹤、監(jiān)視。并依據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)各市、區(qū)氣象預(yù)報保障、短時及鄰近預(yù)報業(yè)務(wù)。對影響本地區(qū)的災(zāi)害性天氣發(fā)布預(yù)警信息，為人工影響天氣、防災(zāi)等部門提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)、產(chǎn)品傳輸網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

3 診斷產(chǎn)品分析

通過分配局域網(wǎng)內(nèi)各微波輻射計控制電腦不同的IP地址，使局域網(wǎng)用戶均可通過瀏覽器登錄到各微波輻射計控制終端，實現(xiàn)對微波輻射計的遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)產(chǎn)品的瀏覽。同時利用數(shù)據(jù)文件同步軟件，實現(xiàn)各微波輻射計觀測站點與中心控制電腦（服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫）之間的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的實時同步。微波輻射計具有實時輸出溫濕度廓線、積分水汽含量及積分液態(tài)水含量的功能，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了大氣穩(wěn)定度（KI、LI、TTI、AI等）、邊界層高度（BLH）等多種熱力學(xué)參數(shù)及常用參量，通過對這些指標(biāo)的分析得出雷暴、冰雹、霧霾等災(zāi)害性天氣可能發(fā)生的概率，為天氣過程的監(jiān)測和預(yù)警提供有效支撐數(shù)據(jù)。

圖2、圖3分別給出了強對流天氣和霧霾天氣的實時監(jiān)測結(jié)果。

微波輻射計可實時監(jiān)測對強流天氣的整個演變過程。在降水發(fā)生前，空中水汽聚集，積分液態(tài)水含量和積分水汽含量急劇增加，穩(wěn)定度指數(shù)也指示強對流天氣出現(xiàn)的概率極大，對降水的臨近預(yù)報和預(yù)警有明顯的指示作用。

圖3為微波輻射計監(jiān)測的大氣溫濕度分布及邊界層高度的變化情況。在典型灰霾過程中，強逆溫的形成使污染物在近地面層大量積聚，較低的邊界層高度表征污染物的擴散能力較差，垂直擴散條件差是這次典型灰霾過程形成的重要原因之一。因此微波輻射計實測的廓線時空分布及邊界層高度可對霧霾天氣的監(jiān)測和預(yù)警提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

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