鄭州應組建多元化氣象垂直探測技術體系的建議

崔 燦

（鄭州市氣象局，河南 鄭州 450005）

0　引言

隨著氣象業務現代化建設持續深入推進，以衛星通信、移動通信、雷達、計算機應用技術為主要內容的各類現代化信息化技術探測手段已經或正在滲透到氣象建設的方方面面，科學合理組建鄭州多元化垂直探測技術體系談幾點看法。

根據河南省人民政府和中國氣象局聯合制定的河南省“十三五”氣象事業發展規劃，中國氣象局制定的“綜合氣象觀測發展規劃 （2016-2025）”、2018年全國氣象局長會議工作報告、2018年全省氣象工作會議暨省政府氣象災害防御暨人工影響天氣指揮部工作會議精神，結合河南省和全國高空氣象的實際，為落實國家 “一帶一路”戰略，圍繞鄭州國家中心城市建設戰略，提出相關建議。

1　主要問題

我國的氣象信息系統主要由地基、空基和天基系統構成。其中常規高空氣象數據系統為基礎的垂直氣象信息系統。常規高空氣象主要探測距地1～30km高空溫度、氣壓、濕度、風向風速等基礎氣象數據。經歷60多年投入數百億資金積累的高空氣象數據系統，是無法用金額度量的。他為氣象、航空航天、國防、環境及其它國民經濟起著基礎的支撐作用。在“攻堅克難，守護碧水藍天”中，高空氣象數據不可缺少。

基于社會發展需要和氣象、航空航天、環境及其它國民經濟行業的需求，我國常規高空氣象存在明顯的薄弱環節。

一是垂直氣象探測數據不能滿足社會發展需求。面對變化復雜的天氣變化，網格300km的高空氣象監測站網每天進行07、19時兩個時次的常規氣象探測，捕獲天氣過程能力較低；對數十公里、甚至數公里范圍的天氣事件，如龍卷風、冰雹過程，雖能個別指標有所反映，但其精細監測化能力更顯不足。現行垂直氣象探測主要集中在距地30km以內，30km以上的中空甚至高空，以科研項目試驗的部分數據為主，缺乏系統性探測數據。與大氣現象密切的云雨層表示數據、邊界層數據、對流層頂數據不能滿足需求。新型探測系統數據系統的完整性、可靠性存在許多技術難題。

三是氣球探測空域存在安全隱患。高空氣象監測初期，我國的民航運輸幾乎為零，隨著航空行業的發展，特別是商業航空的發展，常規高空氣象探測空域資源日趨緊張。飛行空域又離不開常規高空氣象信息服務保障，存在空域資源與保障需求的相互矛盾狀態。存在探測空域的“相撞”隱患。

常規高空氣象探測降落點信息不明。我國現行高空氣象探測，遇到信號消失或得到球炸的信息，就終止高空氣象觀測，降落點信息不明，存在安全隱患。降落過程中是否對人員和財產造成損失，如何避免損失?對造成的損失如何彌補等對策缺失。

四是濕度傳感低溫失效問題。我國現行高空氣象所用濕度傳感器到達-50℃，感應性能下降，-60℃，得到的數據失效，制約常規高空氣象的完整性、準確性、代表性。

五是觀測信號干擾問題。鄭州01時高空氣象探測本來是為軍航、民航提供數據服務的，而機場在02時再次進行探測，不但造成資源浪費，而且形成同頻信號干擾，影響既定探測業務。

六是現行高空氣象數據處理軟件滯后科研、業務需求，與氣象“十三五”規劃存在脫節之處。制約相關氣象預測預警、人工影響天氣、環境氣象等業務的發展，常規高空氣象數據與新型多元化垂直探測系統同步性問題逐漸清晰化，亟待解決。

七是垂直氣象數據融合度偏低。垂直氣象“數據孤島”問題較明顯，常規高空氣象數據、氣象衛星數據、天氣雷達、風廓線雷達數據、氣溶膠雷達數據、微波輻射計數據關聯性低，缺少統一的基礎數據處理平臺，影響數據產品的應用。天氣過程監測所需數據產品單一，數據表示的直觀性不足，場景化處理（圖形圖像處理）支撐數據不足。

八是數據質量控制技術薄弱。系統可靠性依據廠商報告，缺少第三方技術報告。系統部署后，實際與廠商報告往往存在差異。數據質量控制手段單一，新型探測系統數據處理流程的存在不透明處。有的探測系統數據質量控制環節考評樣本偏少，導致質量降低。

2　分析

2.1　與探測體制形成、發展有關

我國垂直氣象探測起步于建國初期，以高空氣象探測為代表。經歷從無到有、從原始落后到科學的發展歷程。高空氣象按照傳感器的發展，主要經歷機械傳感器和電子傳感器兩個時代。按照高空氣象數據處理方式，經歷人工處理、計算器具輔助處理、計算機輔助處理、軟件系統處理等主要階段。我國常規高空氣象探測系統是基于世界氣象組織的業務技術指南設計的。氣象數據標準是經過世界氣象組織確認的。常規高空氣象為我國在該領域直接探測的數據數據系統，為目前該空域代表性、比較性、準確性最好的氣象數據系統。

我國的常規高空氣象有120個高空氣象站 （簡稱高空站），基本上按照300km左右網格距部署。大部分高空站每天進行07、19時兩個時次的探測。全國有30多個一級高空站，除每天進行07、19時兩個時次的探測外，還要承擔01時的高空氣象探測。我省有3個高空站，其中鄭州為一級高空站，盧氏為雷達單獨測風站。

我國垂直氣象探測業務的現實是基于社會、科技發展實際所決定，由財政投入所形成的。

這些問題的暴露是隨著社會的進步、科技的發展、社會需求、業務需求的變化逐步被從事相關領域技術人員意識到的。有的問題在一定區域一定情況下表現比較突出。如空域資源緊張問題，在人口密度較大、航空業務發達的區域，安全隱患問題可能會表現更突出。

2.2　科技進步是解決問題的關鍵

為解決高空氣象數據時空分辨率問題，20世紀90年代，科技專家提出“無球探空”的構想。幾十年過去了，“無球探空”仍路途遙遠。值得欣慰的是，常規高空氣象相聯系的衛星監測數據、飛機觀測數據、風廓線雷達（聲雷達）數據、微波輻射數據、激光雷達數據先后出現，讓我們看到了希望。飛機觀測數據為直接觀測數據，但受飛行路線、飛行高度、飛行時間、數據采集環境、數據處理方式的制約，觀測數據存在較大的不確定性。衛星反演數據、風廓線雷達、微波輻射計為現代新型的遙感遙測數據，為間接觀測數據，受資料同化技術、氣象條件、地基設備、數據處理軟件等制約，其數據系統適應性、完整性存在一定的不足和不確定因素。無云情況下，衛星反演的高空氣象數據完整性、系統性制約條件更多。現實情況下，衛星監測數據、飛機觀測數據、風廓線雷達、微波輻射計以及激光雷達的同類型數據，均需以常規高空氣象為基礎參照數據進行校標。要完全替代現有探測方式，需要進行系統的數據積累、科學的數據分析，兼容性地繼承已有高空數據系統。在遙感遙測數據系統融合良好的情況下，替代現行常規高空氣象探測系統，實現“無球探空”的跨時代目標。從全球氣象數據均一化的角度，估計今后三十年甚至更長時間，常規氣象探測與新型遙感式數據并存的現狀將成為常態。

2.3　改革開放是解決問題重要手段

科學技術問題涉及許多具體環節、關鍵技術，需要進行科學實驗，其解決過程依據其技術難度、知識水平、科學決策的實際而定，應該打破行業部門、區域界限，以創新的理念、辯證思維、改革開放的觀念、實事求是觀點科學面對。

根據我省進行“三個高地”的建設以及鄭州國家中心城市發展戰略、國際航空港的發展的有利環境，依托鄭州的資源優勢，引進國內外優秀科技成果，推動鄭州高空氣象技術進入世界先進行列。

3　對策與建議

基于上述認識，在國內尚未設立多元化垂直氣象探測技術基地，缺少多元化垂直氣象探測技術發展平臺情況下，建議在鄭州設立 “多元化垂直氣象探測發展基地”，解決現有垂直氣象技術中存在的問題。

“多元化垂直氣象發展基地”的基本目標是，按照“公共氣象、安全氣象、資源氣象、生態環境氣象”發展需要，通過基地建設解決現行高空氣象系統中的問題，推動我國多元化垂直氣象技術的發展；通過建設“多元化垂直氣象發展基地”落實“三個高地”的“中西部地區科技創新高地、基本形成內陸開放高地”建設和加快鄭州國家中心城市發展戰略，推動“智慧城市”進程；通過構建國內外科學技術平臺促進 “鄭州國際硅谷”建設，促進我市信息產業、制造業進入新的時代，增強我市在“一帶一路”區位優勢，帶動我市科技、教育、經濟的發展。

多元化垂直氣象探測觀測站在相關部門領導下，按照中國氣象局和河南省人民政府的部署，履行主要職責有：

（1）開展多元化垂直氣象探測技術調研活動，掌握國內外多元化垂直氣象技術發展動態；收集、整理、翻譯國內外有關垂直氣象信息技術文獻，收集、整理、研究國內外歷史垂直氣象數據及處理方法，為相關技術部門基礎數據支撐。

（2）協助主管部門舉辦國內外有關多元化垂直氣象技術發展的國內外氣象組織、高等院校、科研機構、高新技術企業的學術交流和技術合作；參加國內外有關多元化垂直氣象科技交流活動。

（3）深度參與國際多元化垂直氣象儀器及其數據處理系統對比、測試、質量跟蹤活動。

（4）組織科研攻關團隊，研究多元化垂直氣象探測科研課題；協助主管部門進行多元化垂直氣象探測科研成果的現場化試驗。

（5）構建國內外新型、高性能雷達研制、測試、試驗、終端處理技術科研平臺。建立新型、高性能雷達數據評估系統。

（6）研制基于 L波段雷達高空氣象探測、GPS衛星高空氣象探測、北斗衛星高空氣象探測、新型自動探空系統優化的常規高空氣象數據服務系統；通過技術攻關，研制國內領先、國際一流的常規氣象實時信息系統，填補國內外多元化垂直氣象探測數據系統在此領域的空白。

（7）主動征求氣象數據處理分析部門、高空氣象臺站、氣象雷達站、氣象預報預警、人工影響天氣、環境氣象、航空部門的意見建議，研究改進現有現有垂直氣象探測系統，并對垂直氣象數據實時處理軟件進行系統化、產品化處理，推廣應用國內外先進垂直氣象科學技術成果，促進垂直氣象技術升級換代，構建符合本地實際的國內新一代多元化垂直氣象探測服務系統。

（8）配合中國氣象局相關科技部門、中科院、高等院校等單位相關部門，采用合作的方式，通過科學研究、科技實驗，逐步解決常規高空氣象中存在關鍵技術難點。

（9）結合鄭州國際航空港建設，構建常規高空氣象與探測空域飛行業務間友好相遇的握手機制解決探測空域安全隱患問題；研制雙程高空氣象業務系統解決常規高空氣象探測球炸后造成氣球降落信息不明的安全隱患。

（10）主動參加國內外現代測試（分硬件系統測試和數據處理系統測試）技術交流；研究基于現代測試技術多元化垂直氣象探測數據質量控制技術，構建基于現代互聯網技術的多元化垂直氣象探測數據質量控制平臺。

（11）加強多元化氣象探測數據系統的梯型風能、太陽能資源評估與利用，研制多元化垂直氣象探測數據系統的梯型風能、太陽能資源信息服務系統。

（12）進行多元化垂直氣象探測數據融合技術交流和合作，研制、推廣新型多元化垂直氣象探測數據融合平臺。研制三維氣象數據場景化信息系統。

4　結語

隨著氣象現代化探測設備業務化運行，鄭州局垂直氣象探測設備單一，收集的氣象情報資料不能滿足公共氣象、安全氣象、資源氣象等氣象精細化、個性化的預測預警需要，組建和完善鄭州多元化垂直氣象探測觀測體系，才能充分發揮精細化和個性化的預測預警能力，使其能更好的為國民經濟服務。

【參考文獻】

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