L波段高空探测中几种丢球现象分析及处理方法.pdf
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1、2023 年 27 期方法创新科技创新与应用Technology Innovation and ApplicationL 波段高空探测中几种丢球现象分析及处理方法马佩强,曹刚,诸彩彬,李斌(广东省河源市气象局,广东 河源 517000)气象同人类生活密切相关,直接影响农业生产活动、航空航天、交通运输等工作的开展。气象观测是将多个学科进行结合的独立性学科,涵盖了基础理论和现代科学知识,有效推动了大气科学发展速度。通过开展气象观测工作可以获取所需的气象要素数据信息,进而为气象服务、天气预报预警、气候评估和科学研究等工作提供有效的数据支撑。高空气象探测主要有常规和非常规性的高空气象探测,前者是将探空
2、仪安装到氢气球上自由升空,并利用直观性探测方式获取地面到高空处的不同参数信息,特点是准确度和时空分辨率高,且应用范围广泛;后者则是借助于火箭或者是飞机向对应高度发射探空仪,在下投后就能获取从高空到地面处的参数信息,主要特点是时空分辨率和准确度高,探测范围广,且在台风观测预警和重大科学实验中进行应用,探测过程中需要投入较高的成本。常规高空气象探测是世界气象组织要求开展的,属于日常高空探测科研型活动,可有效衡量世界范围各个国家的大气探测水平。现阶段,我国共有探空站120 个,从 2010 年开始,高空探测系统全部达到国际先进水平,且是我国自主研发的 L 波段雷达探测系统。由于采集速度快、跟踪能力强
3、和探测精准度高,有效提升了高空探测质量。对于 L 波段探空雷达来说,因较窄的垂直和水平波瓣宽度,在提升测角精准度水平的同时,却不利于雷达定向与自动跟踪,使得高空探测中经常会出现丢球。因此,全面分析 L 波段高空探测常见丢球,并积极采取有针对性的处理办法,可为日后高空气象探测工作顺利开展,增强探测精度,充分发挥出其在人工影响天气、天气第一作者简介:马佩强(1985-),男,工程师。研究方向为高空气象探测和地面气象测报。摘要:高空气象探测是对地球表面到大气层 30 km 高度处的温湿度、风向风速、气压等气象要素数据进行探测,可方便人们对天气内部系统结构、大气垂直稳定度情况进行掌握,还能为天气系统移
4、动规律和未来发展提供对应的数据支撑,是气象观测的重要环节。该文根据高空气象探测系统及工作流程,分析 L 波段高空探测丢球原因,分析 L 波段高空探测中几种丢球现象,并给出有针对性的处理办法,同时得出在高空探测中,需要将施放探空前的准备工作做好,对观测中的雷达工作状态严密监视,一旦发现异常状况及时开展应急处理,这些均是高空探测工作的前提,也是防止和降低丢球频率的重要举措。关键词:L 波段高空探测;雷达;丢球原因;丢球现象;分析处理中图分类号院P412.2文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤27-0112-04Abstract:High-altitude meteorologic
5、al observation is to detect the meteorological elements such as temperature and humidity,wind direction,wind speed and air pressure from the earths surface to the 30 km height of the atmosphere,which can not onlyfacilitatepeopleto graspthe internal structureof theweather systemand atmosphericvertica
6、lstability,butalsoprovidecorresponding data support for the movement law and future development of the weather system.It is an important part ofmeteorological observation.According to the high-altitude meteorological detection system and work flow,this paper analyzes thecauses of ball loss in L-band
7、 high-altitude detection,then analyzes several ball-dropping phenomena in L-band high-altitudedetection,and finally gives targeted treatment methods.At the same time,it has been concluded that in high-altitude exploration,it is necessary to prepare well for sounding,closely monitor the working statu
8、s of the radar during observation,and promptly carryout emergency treatment once abnormal conditions are found.These are all prerequisites for high-altitude exploration work andimportant measures to prevent and reduce the frequency of ball loss.Keywords:L-band high-altitude detection;radar;cause of
9、ball loss;ball loss phenomenon;analysis and processingDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.27.027112-方法创新科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 27 期预报和气候预测中的作用。1高空气象探测系统及工作流程1.1高空气象探测系统L 波段高空气象探测系统主要包括 GFE(L)1 型二次测风雷达、GTS1X 型数字式电子探空仪、数据处理系统。将探空仪安装到氢气球上,并随着氢气球升空,可有效测量从地面到高空 30km 处不同高度的温湿度、风向风
10、速、气压等气象要素数据,而观测到资料信息则会以无线电设备为媒介直接输送到地面接收设备。可将大气垂直结构与变化情况通过该系统第一时间提供给社会大众,方便各级气象部门中短期气象预报和气候分析工作的开展。高空气象探测系统借助于 GFE(L)1 型二次测风雷达测量氢气球与探空仪所处位置,并获取不同高度处的仰角、方位、斜距信息,在风的作用下气球探空仪位置会发生改变,将其与观测到的信息进行结合,可计算出不同时间段气球的经纬度、高度、速度等信息,将气球移动方向与距离信息进行结合,可以获取到对应的风向风速数据。在 GTS1X 型数字式电子探空仪的帮助下可顺利完成空中温湿度和气压的探测,通过异常数据质量控制、数
11、据平滑拟合及温度误差订正等方式,可及时准确地测定台站上空温湿度和气压随高度变化的分布情况,该探测过程中对系统软硬件有较高的要求。1.2系统工作流程1.2.1准备工作实际上,L 波段高空气象探测的准备工作涵盖气球充气、探空仪电池活化、放绳等方面,是整个探测业务工作开展的基础性工作。在携带探空仪的气球未释放前,需要探测人员对应答信号与发射信号进行全面查看,并在地面接收设备的帮助下检验探空仪是否对观测到的数据信息进行正常传输;用温水浸泡探空仪中的电池,使其产生化学反应后放电。电池放电过程中会产生热量,且放电时间和电压的稳定性水平较强。为了确保探空仪在高空-60益的低温环境中仍旧可以持续工作,应将其保
12、温工作做好。1.2.2探空仪基值测定在基值测定工作开展的过程中,应避免阳光直接照射到探空仪基测箱中,始终保持外界环境温度。为确保标准仪表的响应特性与探空观测数据变化特性保持一致,应确保探空仪基测环境中不同种类传感器可以充分感应。若是探空仪观测到的气象要素值和标准仪表的示值不符合规定要求,禁止施放携带氢气球的探空仪。1.2.3地面要素瞬间观测在高空气象观测站施放环境中借助观测仪器设备获取到的观测数据就是施放瞬间的地面要素。若是外界环境温度在-10益以下,湿度瞬间值可选择探空仪观测到的湿度值进行替代。在探空气球施放后,前 5min 内测量探空气球施放瞬间的温湿度、风向风速、气压等气象要素;结合本部
13、门提前设置的参数信息对业务计算机输入的干/湿球温度、气压表读数做好自动器差订正,并计算出地面温度、台站气压、相对湿度等数据。1.2.4开始放球对于定时常规高空气象探测工作来说,应在正点进行,避免探空气球施放时间提前;若是正点后 75min 内不能对探空气球进行施放,应停止该时次的高空探测;高空风计算坐标的原点可以作为探空气球施放瞬间地放球点。在施放探空气球后,后 5min 内做好温湿度、风向风速、天气现象、云状及能见度等的观测。1.2.5探空测风数据接收、显示实时存储施放探空气球前 5min 内的探空与测风数据。将观测原始数据转化成气象要素值后就成为基础数据文件,应将该文件与基值测定、测站基本
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