簡述呼和浩特市氣象站自動放球系統

◆王 楓 武玉龍 呂玥玥

?

簡述呼和浩特市氣象站自動放球系統

◆王 楓1武玉龍2呂玥玥1

(1.中國氣象局上海物資管理處 上海 200050；2.呼和浩特市氣象局 內蒙古 010051)

隨著氣象現代化事業的不斷發展，氣象觀測設備的數量和類型日益增多，現代氣象業務對氣象觀測設備智能化的期望也越來越高。高空氣象探測存在大量偶然性和不確定性，特別是遇到雷暴、強降水、大風等惡劣天氣時常會導致遲放重放，甚至缺測。自動放球系統使用智能化的氣球充氣及探空儀施放，解決了在惡劣天氣條件下、放球難的問題，提高探測質量，為天氣預報服務提供更穩定的參考依據。

自動放球；安裝流程；大風放球

1 自動放球系統概述

1.1 主要功能與性能

自動放球系統是常規高空氣象觀測系統的輔助系統，具有探空氣球自動充灌、自動施放等功能。該系統通過計算機控制一套機械裝置代替復雜的人工操作，實現從探空氣球充氣到探空氣球攜帶探空儀施放全過程的自動化，以保障在雷暴、大風、強降雨等惡劣天氣條件下，高空探測工作的正常進行。

1.2 自動放球系統結構

自動放球系統由自動放球方艙、氫氣源及氫氣輸送管道、探空工作室、超聲波測風儀等配套設施組成。見圖1自動放球系統結構圖。其中自動放球方艙由氣體控制室、電氣控制室、氣球施放室三部分組成。氣體控制室由匯流集裝置、氫氣泄漏檢測儀、氣體輸送高壓軟管等構成；電氣控制室由配電分機、控制分機、監控分機、串口分機、交換機、伺服控制箱、電機減速器、網絡交換機、空調、UPS電源等構成；氣球施放室由充氣施放裝置、放球筒、擋風頂蓋、光柵、監控攝像機、氫氣泄漏檢測儀、防爆照明燈等構成。配套設施由配電系統、無線網橋、避雷針、安防設施、PC計算機等等組成。

圖1 自動放球系統結構

2 呼和浩特市氣象站建設內容

2.1 選址要求

自動放球方艙安裝場地應平坦堅實、四周開闊，半徑50米范圍內無架空電線、建筑、林木等障礙物，并遠離排水不暢的低洼地。同時，安裝場地還應滿足10噸起重機作業的需要，運輸道路爬坡度不大于15°，最小轉彎半徑不小于9米，凈高不小于4.5米，以便于運輸車輛進入、起重機吊裝及各種設備移動、存放[1]。自動放球方艙與L波段雷達配合使用，兩者的相對位置關系在選址時也需要考慮在內。

（1）相對距離。自動放球方艙相對L波段雷達天線的直線距離應大于60米，且不能處于L波段雷達天線與原有人工放球點的連線上。

（2）相對高度。L波段雷達仰角存在下限，因此自動放球方艙與L波段雷達天線的相對高度，應使雷達跟蹤方艙裝載平臺（距地面高度850mm）上待釋放的探空儀時，L波段雷達天線仰角指示不低于-3°。

（3）相對方位。自動放球方艙應處于相對于L波段雷達天線地面盛行風的下風方向，且自動放球方艙軸線與起始放球時L波段雷達天線光電軸指向應盡可能相互垂直，以避免探空儀升空后出現過頂跟蹤丟球的情況。

2.2 基礎建設

在架設安裝自動放球系統前，架設臺站需要預先修建施工架設場地的道路、建好方艙基礎平臺和管道敷設地溝等，保證其他建設工作順利進行，縮短方艙建設時間。

2.3 自動放球方艙

將自動放球方艙用12噸的吊車，吊裝到先前建設好的方艙基礎平臺上。設備吊裝完成后，進行方艙水平基準標定和方艙方位零度標定。標定完成后，放置地腳螺栓，澆筑混凝土，將方艙固定在方艙基礎平臺上。

2.4 超聲波測風儀

首先將超聲波測風儀、無線網橋和安裝桿組裝起來，然后將超聲波測風儀頂端的“N”標志與正北方向對齊，最后將其固定在先前建設好的超聲波測風儀安裝桿基礎平臺上。

2.5 氫氣輸送管道焊接

呼和浩特市氣象站高空氣象觀測站采用電解水制氫。在制氫房的灌球室出氣口處增加1個三通，通過三通引出兩路管路，其中一路保留人工充氣功能，另一路經氫氣管道連接至自動放球方艙。

2.6 探空值班室

安裝有自動放球系統軟件的計算機安裝在高空氣象站探空工作室內，通過無線網橋與自動放球方艙聯接。自動放球系統控制計算機與高空氣象站探空雷達終端協同工作，實現氣球施放的聯動[2]。探空工作室可遠程管理監控自動放球方艙內設備運行，并通過自動放球方艙內外安裝的攝像頭進行遠程視頻監控。

2.7 配套設施

配套設施主要包括自動放球系統建設的供配電系統、通信系統、防雷設施、安防設施等。

（1）供配電系統

在自動放球方艙5米范圍內安裝室外配電箱，并通過電纜線將室外配電箱與高空氣象觀測站供電端連接。其中電源電壓為AC220V，電源頻率為50Hz，電源負荷不小于10kW。

（2）通信系統

自動放球方艙與探空工作室之間采用無線網橋通信方式。

（3）防雷設施

由于高空氣象觀測站現有的防雷設施能夠覆蓋自動放球系統，按照規定沒有增設防雷設施，但在進出自動放球方艙和探空工作室的電源電纜、網線等我們加裝金屬套管并與高空氣象觀測站現有地網進行了等電位連接。

（4）安防設施

在距自動放球方艙四周外圍5米處，建設隔離柵欄，并在其顯著位置設置“氫氣危險嚴禁煙火”的警示標志。

3 總結

呼和浩特市氣象站自動放球系統的使用，將結束一直以來探空氣球只能由人工釋放的歷史。通過了解自動放球系統基本功能與結構，對于高空觀測人員，提高了工作效率以及放球時間與氣球釋放的實際性與同步性。不僅減輕了高空氣象站業務人員的工作量，更解決了業務人員惡劣天氣下放球難的問題。

[1]李偉，張春暉，孟昭林等.L波段氣象探測網運行監控系統設計[J].應用氣象學報，2010.

[2]郭啟云，李偉，劉鳳琴.L波段雷達探空系統定位高度應用于位勢高度的研究分析[J].儀器儀表學報（增刊），2011.