高空气象探测数据对强对流天气的影响

随着全球气候不断变暖，各种气象灾害出现的概率越来越高。中国是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一，每年国家和人民的生命财产安全都会受到恶劣天气带来的不同程度的影响。在灾害性天气监测和预报预警方面，高空气象探测数据起到的作用特别显著。高空气象探测是各级气象部门综合气象观测系统中不可或缺的部分。现阶段，中国各地区均选用L波段雷达探测系统进行高空大气探测。通过该业务的实施，能够采集到从地面到高空30000m的气压、风速、风向、湿度、温度等气象要素数据，为气候变化分析、天气预报预警等业务的开展提供十分关键的参考资料。和田市高空气象探测业务自实施以来，现代化气象探测水平有了很大提升，为气象灾害预报预警的发展提供了更加科学的指导。但受该地区地理环境的影响，和田市经常出现大风、雷电、强降水等强对流天气，特别是夏季出现概率非常大，极有可能对高空气象探测质量造成负面影响。因此，本文主要针对中国高空气象探测业务现状，重点分析探讨了高空气象探测数据受强风、强降雨以及闪电等的影响及相应的解决对策，以不断提升高空气象探测业务水平和探测数据质量。

【资料图】

1中国高空气象探测现状

新中国成立之后便构建了气象高空探测网，并逐步发展成为现阶段全球高空气象资料探测网的重要组成部分之一。1950年以来，中国逐步将59-701探测系统应用于高空气象探测，且起到了十分突出的作用。1998年12月，南京大桥机械厂成功研制出L波段二次测风雷达系统，并通过了国家大气探测中心的相关考核和测试，大大提高了大气气象探测设备的自动化水平和精度。2002年以来，中国气象局对常规高空探测设备进行了更新升级，用新的L波段探测系统代替了原来的59型探空仪和701型二次风雷达系统。无线电探空仪被电子探空仪取代。截至目前，中国120个探空站全部更换为L波段雷达探空系统，完全取代了59-701探测系统。L波段探空站每天在北京时间08：00和20：00进行观测，主要为天气预报提供自从地面到高空30000m的气压、风速、风向、湿度、温度等气象要素数据[1]。

2高空气象探测系统构成

L波段高空探测系统整体上涉及到GFE（L）1型二次风雷达、GTS1数字电子探空仪和数据处理系统。探测系统主要通过氢气球将探测器升空。在气球升空后，将同时进行雷达操作、跟踪以及气象要素数据观测，气球一般可以上升到30000m的高度。在此阶段，其就像CT扫描仪一样，从低空到高空逐层扫描，将不同海拔以及经纬度的温度、气压、空气湿度、风向和风速等数据通过信号传回地面，从而获得关键的气象要素值[2]。L波段高空探测系统主要利用GFE（L）1型二次风雷达来测量携带探空仪的自由移动气球在大气中的位置，从而获得仰角、方位角和倾角数据范围，然后结合携带探空仪随风移动的气球位置的变化，计算每分钟气球的高度、速度、经纬度等信息，结合每分钟气球运动的方向和距离计算得到每分钟的风向和风速。电子探空仪可以同时进行空中的温度、气压和湿度探测任务[3]。

3高空气象探测受到强对流天气的影响

强对流天气作为中国大部分地区出现概率很高的一类灾害性天气，它对气象探测的影响较大。强对流天气为中小尺度天气系统，往往发生于对流云或单个对流云中，它的主要特点为发生非常突然、持续时间比较短、发展较快、破坏性十分大。通常而言，在大风天气出现的过程中开展高空探测业务，极易造成仪器施放的时候和障碍物进行相互碰撞。在强降水发生的时候，探空气球往往会下沉，或接收记录发生异常，影响探测质量；一般出现雷电天气的时候，仪器的信号还会出现突然消失或元件传感器损坏的情况[4]。通常在高空探测业务中发生这些强对流天气时，探测人员应该高度关注，科学谨慎地解决相关问题。假如气球上升高度压强未达到500hPa，且这个时候探测器遭受雷击或发生别的异常问题，那么需要在规定时间内进行重放球操作，确保高空探测数据的质量[5]。

4高空气象探测在强对流天气情况下的解决对策

4.1大风天气下探测对策

通常情况下，如果高空探测业务遇到大风强对流天气，探测人员应采取科学有效的对策：①应提前准备好用于高空探测强风的放线装置，并掌握放球装置与探空仪的连接技巧。使用放线器前，应该认真检查染色板是否有裂痕，仪器的挂钩是否和绕线板的放球线连接牢固；减速环安装好之后，应该将仪器放入探空仪盒的铝吊片孔，并将气球口系好。一般来说，缠绕板套上的线孔最好插在开口处。释放探空气球的时候，还应该抓住绕线板以及出球线，防止线脱落。如果收到释放气球的指示，就适时释放它[6]。需要注意的是，握住球充气口的手在大风天气也需要抓住放线器的上端，防止其在风中摆动而受到不同程度的损坏；另一只手需要握住仪器挂钩和探头吊架。探测器收到气球释放指令后，要求双手将气球送上风，然后释放球。夜间作业时，气球与绕线板之间应设置2m左右的球绳，并在绳子的一半区域挂上灯笼，挂灯笼的线条应确保合适。②探空观测的时机需要谨慎把握。一旦探测业务中出现强风，探测人员可以选择风速开始下降时的间隙放球。遇到风速大的强风，不仅要耐心等待时机，还要根据风向选择理想的放球地点，保证放球路线的畅通。释放前，检测人员需要将探头与气球有效连接，同时在充气室等待释放气球的指令。一旦检测到风速下降，就需要立即释放球并沿着风向区域运行，直到气球的角度逐渐上升。当顶部的拉力越来越小时，便可以放球探测[7]。③要认真了解雷达跟踪技术的要点。在强风条件下开展气象探测工作，需要保证雷达的有效跟踪，这就要求放行人员具备良好的操作技能，在放行测空前要认真掌握地面风向风速信息气球，以便更准确地判断之后的初始轨迹；释放气球的地点一般需要布置在天线的下风向。气球放出之后，雷达可以成功自动跟踪，保证高空探测业务的顺利开展[8]。

4.2雷电天气下探测对策

雷电天气经常伴随着雷电以及强降水强对流天气，它的主要特点是电压高、破坏性非常强。闪电天气不但会给地面仪器造成巨大损坏，还会对转发器造成损坏，使无线电探测器没有信号。所以，若雷暴出现在探测上方的高空或即将移动到探测所在的天空，则需要在此处禁止放球探测；即使指定的放球检测时间到了，也需要等待雷电强度减弱，或者闪电在气象站被检测到之前就往与上风相反的方向移动。一般来说，探测人员可以根据积雨云的移动趋势和高空风的具体情况来判断闪电活动的轨迹。例如，如果本气象站有闪电活动，高空有西南风，则西南的积雨云往往会向本站上方移动。探测器需要仔细探测闪电活动，避免气球在发射后进入活动区域并因雷击而重放球。L波段雷达有防雷装置，一般来说，雷击很少损坏探空仪，但应适当考虑探测人员的安全。此外，一旦有雷电活动，由于雷电强电磁力的干扰，探空仪的信号将若隐若现，处于不稳定态势，那么这时探测器需要仔细观察，尽量保证信号处于正常接收状态。如果连续4min没有获得有效数据，则应重新放球。

4.3强降雨天气下探测对策

强降雨常伴有闪电和大风，往往影响高空气象探测的正常开展。对于强降雨天气，探测人员需要注意采取下述对策：①强降雨持续时间短，应根据强降雨强度变化确定气球释放时间，尽量不要在强降雨期间展开气球部署，进行气球释放工作。探空观测前要把握降水强度的变化趋势，在雨势逐渐减弱时抓住有利时机进行放球，避免重新探空或数据丢失现象。②一旦发现气球起飞区域的降水量特别大，就要考虑换个地点和时间释放探空气球进行探测。③在降水天气中，还需要控制净升力。在高空天气探测工作中，如果天气晴朗，净升力往往为1.3kg，释放高度很高；如果有小雨或阴天，净升力一般为1.4kg；然而如果遇到强度很大的雨，那么净升力需要控制在1.6kg左右才能顺利放球。

5提升高空气象探测业务质量的建议

5.1精心选择放球点，保证放球的顺利展开

在高空气象探测过程中，气象台人员需要仔细观察和分析地面风向、风速等气象要素，根据观察到的具体情况选择合适的放球点位置。如果遇到恶劣天气，应认真掌握气球释放后的运行情况，以便在自动接球失败后及时选择手动接球方式。放球人员在放球后需要对气球进行跟踪，还需要按照相关操作规范观察探空气球。另外，要及时与放球工作人员认真沟通，保证放球工作的高效开展，将高空气象探测的失误率降到最低，确保探测质量。

5.2加强对高空探测仪器的维护管理

气象台要重视高空探测仪器的维护和管理。日常业务中，探测人员应该掌握L波段雷达的基本原理，并在稳定工作期间记住发射频率、磁控管电流和接收增益等相关参数。如果正常，可以及时发现故障点，保证探空仪、探测雷达、氢气球等设备保持正常工作，使探测仪器能够正确工作，观测风、空气等气象要素以及压力和温度。此外，经过一定的工作时间后，雷达会因污垢、腐蚀、生锈和霉变等原因而失效，并且在长期风吹日晒的复杂环境中，雷达的各个部件都会劣化。因此，除了按照使用说明书正常运行外，还要做好维护管理，确保检测设备正常工作，以获取最真实可靠的气象探测数据。

5.3加强对高空探测业务人员的培训

气象台站要根据高空气象探测的实际情况，加强对高空探测业务人员的培养，重点培训高空探测理论知识，提高人员应急处理能力。与此同时，还需要注重加强高空气象探测实践演练，确保遭遇强对流天气突发情况时可以及时有效处理，降低缺测率，提升高空气象探测业务质量。

6结束语

综上所述，高空气象探测业务是综合气象观测系统不可或缺的组成部分之一，在气象监测、预报以及公共气象服务中发挥着十分关键的作用。但与此同时，高空气象探测业务有时会遇到强风、强降雨以及雷暴等强对流天气，往往会给高空探测工作带来不良影响。所以，气象台工作人员应加强高空气象探测技能的学习，提升突发强对流天气下气象探测应急处置能力，确保高空天气探测工作的平稳、高质量开展，从而为天气预报和气象服务提供更加准确的资料。

参考文献：

［1］李柏，李伟.高空气象探测系统现状分析与未来发展［J］.中国仪器仪表，2009（6）：19-23.

［2］中国气象局.L波段高空气象探测系统业务操作手册［M］.北京：气象出版社，2005.

［3］王博.关于恶劣环境对高空气象探测质量的影响分析［J］.农技服务，2015，32（1）：118.

［4］董福镇，缪集群，钟凯仪.强对流天气对高空气象探测的影响及应对措施［J］.气象水文海洋仪器，2018，35（2）：21-24.

［5］贺美萍.影响高空探测质量主要因素及应对措施［J］.内蒙古农业科技，2015，43（4）：60-61，69.

［6］韦肖林，韦振华，黎洁波.恶劣天气高空探测技术探讨［J］.贵州气象，2013，37（6）：60-62.

［7］刘清芳，乔玉新.特殊天气高空探测应对方法与技巧［J］.气象水文海洋仪器，2017（1）：34-36.

［8］张聪娥.影响高空探测数据质量的因素分析［J］.陕西气象，2014（3）：26-29.

作者：吴静 马进杰 杨小芳 刘晓玲 单位：和田市气象局