強對流天氣對高空氣象探測的影響及其防御對策

摘要 隨著科技的進步以及氣象事業(yè)的不斷發(fā)展，我國氣象觀測業(yè)務得到極大改變，高空氣象探測業(yè)務作為綜合氣象觀測工作的重要構(gòu)成部分，其觀測的大致內(nèi)容是自地面到30 000 m不同高度層的風向、氣壓、風速、濕度、溫度等相關(guān)氣象信息。L波段雷達探測系統(tǒng)的運用大幅度提升了我國各個地區(qū)高空氣象探測業(yè)務的準確性，為開展天氣預報、氣象服務以及氣候變化研究等氣象業(yè)務提供了更為有價值的指導依據(jù)，在氣候監(jiān)測以及氣象預報中占據(jù)著舉足輕重的地位。主要根據(jù)國內(nèi)外高空氣象探測現(xiàn)狀以及高空氣象探測系統(tǒng)特點，探究了大風、強降雨以及雷電等強對流天氣對高空氣象探測帶來的影響及其防御對策，供同行參考。

關(guān)鍵詞 強對流天氣;高空氣象探測;影響;防御對策

中圖分類號：P412.2 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）01–0037–03

隨著全球氣候日趨變暖，各類氣象災害發(fā)生率愈來愈高。我國地域廣闊，地形地貌復雜多樣，各類氣象災害出現(xiàn)頻率高，且危害性較強，是全球受氣象災害影響最大的國家之一，每年都會因災害性天氣對國家和群眾生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。在災害性天氣預測以及預警方面，高空氣象探測業(yè)務所發(fā)揮的優(yōu)勢十分明顯。高空氣象探測業(yè)務屬于各級氣象部門的一項重要工作內(nèi)容?，F(xiàn)階段，我國各個區(qū)域均選擇L波段雷達探測系統(tǒng)進行高空大氣探測工作。通過此項業(yè)務的開展，主要收集地面至高空30 000 m不同層次的風速、風向、溫度、濕度、大氣氣壓等氣象要素數(shù)據(jù)，為氣候條件分析、天氣預報預警、公共氣象服務等工作的開展帶來特別重要的數(shù)據(jù)資料。

錫林浩特自開展自建立高空氣象探測業(yè)務以來，氣象探測水平得到大幅提高，為氣象災害預報預警工作的開展提供更加完整的指導材料。但是，受該區(qū)域地理環(huán)境的影響，錫林浩特時常會出現(xiàn)大風、強降水、雷電等強對流天氣，尤其是夏季發(fā)生幾率很大，特別容易對高空氣象探測的順利開展帶來負面影響?；诖?，主要根據(jù)國內(nèi)外高空氣象探測現(xiàn)狀以及高空氣象探測系統(tǒng)特點，探究大風、強降雨以及雷電等強對流天氣對高空氣象探測帶來的影響及對應的防御對策，給出幾點提升高空氣象探測質(zhì)量的建議，期望進一步增強高空氣象探測業(yè)務能力，提升探測業(yè)務質(zhì)量。

1 國內(nèi)外高空氣象探測現(xiàn)狀

從20世紀20年代到30年代末，全球高空觀測站網(wǎng)逐漸建立起來，隨著各類無線電技術(shù)的不斷發(fā)展以及日臻成熟，測風雷達和無線電經(jīng)緯儀先后得到成功研究開發(fā)，為高空氣象探測業(yè)務提供了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀40年代，逐漸研發(fā)出了氣象火箭，高空氣象探測高度能夠達到100 km以上。到了20世紀60 年代，氣象衛(wèi)星技術(shù)和科學技術(shù)水平得到大幅提升，發(fā)展越來越快，高空氣象探測網(wǎng)在很大程度上推動了全球性以及全天時的高空數(shù)據(jù)的獲取?，F(xiàn)階段各國以及地區(qū)高空觀測系統(tǒng)的技術(shù)特點是借助于無線電技術(shù)、計算機以及遙感進行數(shù)據(jù)定量控制。從高空測風方式來說，南美、大洋洲、非洲、歐洲的大多數(shù)國家采取的系統(tǒng)均為GPS測風系統(tǒng);加拿大、韓國等采取羅蘭導航系統(tǒng)測風—無線電探空系統(tǒng);中國、俄羅斯等采取二次雷達測風系統(tǒng);美國、日本主要采取無線電經(jīng)緯儀高空測風系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，美國軍方已經(jīng)形成了比較完善的高空氣象探測數(shù)據(jù)獲取體系，充分反映了很長一段時期內(nèi)高空氣象探測裝備的發(fā)展趨勢。

我國在新中國成立初期構(gòu)成了氣象高空探測網(wǎng)，現(xiàn)階段已逐步發(fā)展成全球高空氣象數(shù)據(jù)探測網(wǎng)的關(guān)鍵構(gòu)成之一。自20世紀50年代起，我國逐漸將59-701探測系統(tǒng)應用于高空氣象探測中，并發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用。自1998年12月起，南京大橋機械廠成功研制了L波段二次測風雷達系統(tǒng)，且通過了國家大氣探測中心的相關(guān)考核以及試驗，大幅度提升了高空氣象探測設(shè)備的自動化水平以及精度。自2002起，中國氣象局對常規(guī)高空探測設(shè)備進行更新升級，將以往的59型無線電探空儀以及701二次測風雷達系統(tǒng)替換為新型的 L波段探空系統(tǒng)，將以往的59型機械式無線電探空儀替換為電子探空儀，截至目前，我國120 個探空臺站均換成了L波段雷達探空系統(tǒng)，徹底替代了59-701探測系統(tǒng)。L波段探空系統(tǒng)站距地面30 000 m左右，每日北京時間08：00和 20：00觀測，為天氣預報和氣候監(jiān)測提供地面至30 000 m高度不同高度層的氣壓、風速、風向、濕度、溫度等相關(guān)氣象信息[1]。

2 高空氣象探測系統(tǒng)構(gòu)成

L波段高空探測系統(tǒng)大致包括下列幾個部分： GFE（L）1型二次測風雷達、GTS1型數(shù)字式電子探空儀以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。探測系統(tǒng)主要利用氫氣球?qū)⑻娇諆x升空，探測從地面開始到30 000 m高空內(nèi)不同高度風向、氣壓、風速、濕度、溫度等相關(guān)氣象要素，且憑借無線電將數(shù)據(jù)信息實時傳輸至地面接收系統(tǒng)。

L波段高空探測系統(tǒng)主要借助于 GFE（L）1型二次測風雷達對大氣中攜帶探空儀自由移動的氣球位置進行測定，從而獲取仰角、方位以及斜距數(shù)據(jù)，之后結(jié)合攜帶探空儀隨風移動的氣球位置的變化對氣球在每分鐘的高度、升速以及經(jīng)緯度等信息進行計算，結(jié)合每分鐘氣球移動的方向以及距離，通過計算獲取每分鐘的風向以及風速，同時配合GTS1 型數(shù)字式電子探空儀則能夠同時進行空中的溫度、氣壓、濕度探測任務[2]。

3 強對流天氣對高空氣象探測的影響

強對流天氣屬于我國許多地區(qū)時常出現(xiàn)的一類災害性天氣，往往發(fā)生于對流云或單個對流云中，屬于中小尺度天氣系統(tǒng)。強對流天氣的特點如下：產(chǎn)生比較突然、持續(xù)時間一般較短，發(fā)展較快、破壞性特別大。一般情況下，在大風天氣發(fā)生的時候開展高空探測業(yè)務，極易導致儀器釋放的時候與障礙物相互碰撞。在強降水出現(xiàn)的時候，探空氣球往往會下沉，抑或接收記錄產(chǎn)生異常;出現(xiàn)雷電天氣的時候，儀器的信號還可能會突然消失或者損壞元件傳感器[3]。一旦在高空探測業(yè)務中出現(xiàn)這些強對流天氣，探測人員需要高度重視，科學謹慎地應對。若氣球上升高度未達到500 hPa，同時這個時候探測器遭受雷擊或其他異常，那么應在規(guī)定時間內(nèi)進行重放球操作，應盡可能確保高空探測工作的順利實施。

4 強對流天氣下高空氣象探測相關(guān)條件下的防御對策

4.1 大風天氣下的防御對策

第一，提前準備好大風高空探測放線器，了解清楚放球器以及探空儀的連接技巧[4]。在使用大風放線器之前，需仔細查看染線板有無裂開的現(xiàn)象，儀器掛鉤是否與繞線板放球線線繩連接牢靠;減速環(huán)在安裝之后要把儀器放到探空儀盒的鋁吊片孔上，同時要求將氣球嘴系好，手上握有的環(huán)形繩一般來說越來越適宜，繞線板套上面的線孔最好可以開口套入。在放球的同時還要抓住繞線板以及放球線，避免線發(fā)生散脫現(xiàn)象，收到釋放氣球的指令時放出。大風天氣握住球充氣口的那只手同時還需抓住放線器上端，防止在風中擺動導致放線器受到不同程度的損壞;另外一只手需要抓住儀器掛鉤以及探空儀吊片。接收到氣球釋放指令時，探測人員雙手都要求順風朝上送出，之后放球。夜間操作的時候應在氣球以及繞線板間設(shè)置1根2 m左右的放球繩，在繩的一半?yún)^(qū)域掛上燈籠，掛燈籠的線長度要適宜。

第二，仔細把控好探空觀測時機。一旦在探測中有大風天氣發(fā)生，探測人員可以選擇風速開始變小的間隙去放球。一旦碰到風速較大的大風天氣，不僅應認真等待時機，還應結(jié)合風向選擇理想的放球地點，保障放球路線的通暢性。在正點之前，探測人員要有效連接探空儀及氣球，同時在充氣室等待氣球釋放指令，一旦監(jiān)測到風速變小，需要立即放球，并且沿風向區(qū)奔跑，等到氣球的角度逐漸上升，手上的拉力越來越小時松手放球。

第三，認真掌握雷達跟蹤技術(shù)要點。在大風狀況下進行氣象探測工作，需保證雷達有效跟蹤，這就需要放球人員具備良好的操作技能，并且在釋放探空氣球之前仔細掌握地面風向、風速信息，準備充分才能對釋放之后的初始運動軌跡進行更加精準地判斷;放球點一般布設(shè)在天線的下風向，釋放氣球之后雷達才可以成功自動跟蹤，確保探測業(yè)務的順利實施[5]。

4.2 強降雨天氣下的防御對策

強降雨天氣還時常伴隨雷電、大風天氣過程，經(jīng)常會影響到高空氣象探測的有序開展利。針對強降雨天氣，需要注意以下防御對策。

首先，若強降雨天氣持續(xù)時間較短，應根據(jù)強降雨雨勢的強度變化情況來確定氣球釋放時間，盡可能不要在雨勢較大的時間段進行氣球釋放工作。在探空觀測之前需要掌握降水強度的變化趨勢，抓住雨勢漸漸變?nèi)醯挠欣麜r機進行防球，避免再次探空或出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺測現(xiàn)象。

其次，一旦發(fā)現(xiàn)氣球升空區(qū)域的降水量特別大，需考慮另外的選取地點以及時間來放球探測。

最后，降水天氣放球還需掌控凈舉力。在高空氣象探測工作中，若天氣晴好，凈舉力一般為1.3 kg，釋放高度很高;若出現(xiàn)小雨或陰天，凈舉力通常為1.4 kg;若遭遇強降雨，則凈舉力需要控制在1.6 kg左右，以便順利放球[6]。

4.3 雷電天氣下的防御對策

雷電天氣時常伴隨著閃電、強降水天氣，其主要特點是電壓高、破壞性較強。雷電天氣不僅會給地面儀器造成極大損害，還會導致應答器遭受損壞，使無線電探測器無信號。假如在探測上方高空發(fā)生雷暴或即將移動至探測器所處地方的上空時，需禁止在此處進行放球探測;即使已經(jīng)到了指定放球探測時間，也要等待雷電強度變?nèi)趸蚶纂娨苿拥綒庀鬁y站高空風的相反方向上，然后才能進行探測。

一般來說，探測人員能夠憑借對積雨云的移動趨勢以及高空風的具體情況來判斷雷電活動軌跡。例如，若本氣象臺站有雷電活動，高空存在西南風，西南部的積雨云往往會移到本測站上方區(qū)。探測人員要認真探測雷電活動，避免氣球釋放后進入活動區(qū)因雷擊導致重新放球。當然，L波段雷達都有避雷裝置。雷電很少會損壞無線電探空儀，應充分考慮探測人員的安全性。一旦出現(xiàn)雷電活動，受閃電強電磁帶來的干擾，無線電探空儀的信號會若隱若現(xiàn)，呈不穩(wěn)定性，這時探測人員要仔細觀察，盡量確保信號處于正常接收狀態(tài)，若連續(xù)4 min仍未獲得有效數(shù)據(jù)，應重新放球[7]。

5 提升高空氣象探測業(yè)務質(zhì)量的建議

5.1 認真選取放球點，確保放球順利開展

在高空氣象探測過程中，氣象臺站需要仔細觀測、剖析地面風向及風速等氣象要素，根據(jù)觀測到的具體情況挑選適宜的放球點位置[8]。一旦遭遇惡劣天氣，應仔細掌握氣球釋放后的運行狀況，以便于在自動抓球失敗后可以及時選擇手動的方式進行抓球。釋放人員放球后要對氣球保持跟蹤狀態(tài)，依據(jù)操作規(guī)范觀察探空氣球。放球時還需及時與放球工作人員進行仔細溝通，保證放球工作的高效開展，最大程度地降低高空氣象探測錯誤率[9]。

5.2 加強高素質(zhì)探測人才的培養(yǎng)

氣象臺站應當根據(jù)高空氣象探測業(yè)務實際，強化高素質(zhì)探測人才的培養(yǎng)。要求探測人員認真學習地面以及高空探測理論知識的學習，熟練掌握地面以及高空觀測知識，加強高空氣象探測實踐演練，增強應急處置能力，以便在強對流天氣下及時采取有效措施進行應對，確保高空氣象業(yè)務質(zhì)量。

5.3 加強高空探測儀器的維護管理

氣象臺站應注重高空探測儀器的維護管理，相關(guān)人員要掌握L波段雷達的基本原理，熟練記住其在穩(wěn)定運行時的發(fā)射機頻率、磁控管電流與接收機增益等相關(guān)參數(shù)，若某些參數(shù)不正常，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障點，確保探空儀、探測雷達以及氫氣球等設(shè)備保持正常運行狀態(tài)，正確操作探測儀器，對風、氣壓、溫度等氣象要素進行觀測。

此外，經(jīng)過一定工作時間的使用后，雷達會因為污垢、腐蝕、生銹和霉變等原因造成故障，雷達的各種元器件在長期的風吹日曬雨淋下也會變質(zhì)，操作人員除了按使用說明書正常操作外，還必須對其進行良好的維護管理，確保探測設(shè)備正常工作，獲取最真實可靠的氣象數(shù)據(jù)[10]。

6 結(jié)束語

高空氣象探測屬于綜合氣象觀測系統(tǒng)的重要組成部分，在氣象預報預測、公共氣象服務等方面具有重要的作用。在高空氣象探測時經(jīng)常會碰上大風、強降雨、雷暴等強對流天氣，給高空探測工作帶來負面影響。氣象觀測站的工作人員要加強對高空氣象探測技 術(shù)的學習，總結(jié)工作中遇到的難題，及時解決問題，提升對突發(fā)災害性天氣的應急處置能力，確保高空氣象探測工作的高效、高質(zhì)量開展。

參考文獻

[1] 王柳.高空氣象探測系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與未來發(fā)展[J].農(nóng)村經(jīng)濟與科技，2018，29（4）： 20.

[2] 中國氣象局.L波段高空氣象探測系統(tǒng)業(yè)務操作手冊[M].北京：氣象出版社，2005： 10.

[3] 王博.關(guān)于惡劣環(huán)境對高空氣象探測質(zhì)量的影響分析[J].農(nóng)技服務，2015，32 （1）：118.

[4] 董福鎮(zhèn)，繆集群，鐘凱儀.強對流天氣對高空氣象探測的影響及應對措施[J].氣象水文海洋儀器，2018，35（2）：21-24.

[5] 賀美萍.影響高空探測質(zhì)量主要因素及應對措施[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2015，43 （4）：60-61，69.

[6] 韋肖林，韋振華，黎潔波.惡劣天氣高空探測技術(shù)探討[J].貴州氣象，2013，37 （6）：60-62.

[7] 劉清芳，喬玉新.特殊天氣高空探測應對方法與技巧[J].氣象水文海洋儀器， 2017（1）：34-36.

[8] 趙宏毅.淺析L波段高空氣象探測資料常見問題及措施[J].時代農(nóng)機，2018，45 （11）：202.

[9] 劉興瑞，王芳.L波段高空氣象探測業(yè)務常見問題的應急處理[J].科技風，2015 （6）：44.

[10] 趙建軍.高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響因素及控制對策[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， 2017（3）：199，201.

責任編輯：黃艷飛

The Influence of Severe Convective Weather on the Detection of High Altitude Phenomenon and Countermeasures

DAOREN Tuya （Xilinhot National Climate Observatory， Xilingol League， Inner Mongolia? 026000）

Abstract With the advancement of science and technology and the continuous development of meteorological undertakings， my country's meteorological observation business has been greatly changed. As an important part of comprehensive meteorological observation work， the upper-air meteorological detection business generally covers observations from the ground to 30 000 m at different altitudes. Wind direction， air pressure， wind speed， humidity， temperature and other related meteorological information. The application of the L-band radar detection system has greatly improved the accuracy of high-altitude meteorological detection services in various regions of my country， and provided more valuable guidance for meteorological services such as weather forecasting， meteorological services， and climate change research. The weather forecast occupies a pivotal position. Based on the current situation of high-altitude meteorological detection at home and abroad and the characteristics of high-altitude meteorological detection and detection systems， This study explores the impact of strong convective weather such as strong winds， heavy rainfall， and lightning on high-altitude meteorological detection and its defense countermeasures， for reference by peers.

Key words Severe convective weather; High-altitude weather detection; Impact; Defense countermeasures

作者簡介 道仁圖婭（1987—），女，內(nèi)蒙古通遼人，本科，助理工程師，主要從事綜合觀測工作。

收稿日期 2021-11-10