L波段高空氣象探測(cè)資料審核要點(diǎn)

戴麗瓊 黃祖輝 吳立新

摘要: 根據(jù)?？诟呖諝庀筇綔y(cè)站L波段雷達(dá)探測(cè)資料的審核實(shí)踐,從基值測(cè)定、瞬間觀測(cè)、探空數(shù)據(jù)、測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)、施放點(diǎn)、終止層確定及特殊記錄處理等方面總結(jié)分析了L波段雷達(dá)探測(cè)資料審核要點(diǎn),以保證出站記錄和報(bào)表合格無(wú)錯(cuò),為氣象預(yù)報(bào)、氣候分析和科學(xué)研究提供準(zhǔn)確可靠的高空氣象情報(bào)和資料。

關(guān)鍵詞:高空探測(cè)資料;數(shù)據(jù)審核;L波段探測(cè)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào) : P413文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 : A文章編號(hào): 1007-5739(2009)20-0306-02

L波段探測(cè)系統(tǒng)于2008年11月在海口站安裝、調(diào)試完成,2009年1月1日正式投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。與59-701 探測(cè)系統(tǒng)相比,L波段探測(cè)系統(tǒng)具有基值測(cè)定方便、自動(dòng)化程度高、探測(cè)數(shù)據(jù)精度高、功能全、操作簡(jiǎn)便、記錄校對(duì)方法多且便捷等優(yōu)點(diǎn),有效地減少了錯(cuò)情率和值班員的工作量[1,2]。其探空資料應(yīng)用于高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào),在氣象防災(zāi)減災(zāi)中起到重要作用[3]。但在實(shí)際工作中,觀測(cè)人員因錯(cuò)誤操作和儀器設(shè)備本身存在的一些不穩(wěn)定性因素,往往會(huì)影響探空資料的準(zhǔn)確性[4-8]。根據(jù)筆者多年的預(yù)審經(jīng)驗(yàn),結(jié)合對(duì)海口探測(cè)站L波段雷達(dá)探測(cè)記錄預(yù)審中出現(xiàn)的問(wèn)題,總結(jié)分析了L波段雷達(dá)探測(cè)資料審核要點(diǎn),以保證出站記錄和報(bào)表合格無(wú)錯(cuò),為氣象預(yù)報(bào)、氣候分析提供準(zhǔn)確可靠的高空氣象情報(bào)和資料[9]。

1地面人工采集的數(shù)據(jù)審核

L波段探測(cè)系統(tǒng)的地面采集數(shù)據(jù)包括基值測(cè)定數(shù)據(jù)和瞬間數(shù)據(jù),雖然該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集(測(cè)風(fēng)1.0s采集1次,探空1.2s采集1次)、自動(dòng)處理功能,但地面基值測(cè)定數(shù)據(jù)和瞬間數(shù)據(jù)仍需人工觀測(cè)、輸入。

1.1L波段探測(cè)系統(tǒng)使用的臺(tái)站常量參數(shù)校對(duì)

臺(tái)站常量參數(shù)包括“本站常用參數(shù)”中的臺(tái)站名稱(chēng)、拔海高度、區(qū)站號(hào)、經(jīng)度、緯度、干濕球器差訂正值、氣壓表器差訂正值、值班人員代碼等;“設(shè)置發(fā)報(bào)參數(shù)”中的站名代號(hào)、報(bào)文標(biāo)志。臺(tái)站常量參數(shù)的設(shè)置正確與否,直接影響到探測(cè)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性,需認(rèn)真仔細(xì)選擇、填寫(xiě)?！皡?shù)”需在第1次運(yùn)行軟件時(shí)輸入1次,以后日常工作中,注意及時(shí)修改變動(dòng)的“參數(shù)”項(xiàng),并經(jīng)常檢查其正確性,同時(shí)嚴(yán)禁使用超檢儀器,否則就會(huì)發(fā)生不可意料的錯(cuò)誤,造成處理后資料不可用的后果。

1.2確定探空儀序列號(hào)

檢查探空儀序列號(hào)是否正確;調(diào)入的探空儀參數(shù)文件與廠家配發(fā)的紙質(zhì)所列參數(shù)是否一致[5],注意校對(duì)dD0～dD5值;T0、R0讀數(shù)是否有誤,尤其是2數(shù)值接近時(shí)有沒(méi)有輸反,R0是不是在合格范圍(正?？墒褂梅秶?8.0kΩ≤R0≤20.0kΩ[10])。

1.3基值測(cè)定數(shù)據(jù)

L波段探測(cè)系統(tǒng)的基值測(cè)定是放球前30min在室內(nèi)的基值測(cè)定箱內(nèi)完成,基值測(cè)定前必須做高濕活化、低濕檢測(cè),且讀取T0、R0值[10]。預(yù)審時(shí)一定要認(rèn)真校對(duì)高表-14中所有的原始數(shù)據(jù)。檢查高表-14中基值測(cè)定數(shù)據(jù)比較是否合格(合格條件:-0.4℃≤△T≤0.4℃;-5%≤△U≤5%;-2.0 hpa≤△P≤2.0hpa[10]),只有合格的儀器才能施放。若施放了不合格儀器必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)重放球,否則該時(shí)次的資料不可用,可能造成這次觀測(cè)資料缺失。

1.4瞬間數(shù)據(jù)

瞬間數(shù)據(jù)是在放球前后5 min內(nèi),讀取干、濕球溫度、氣壓、氣壓附溫、云、能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象、風(fēng)等數(shù)據(jù)[4,10]。必須認(rèn)真觀測(cè)、準(zhǔn)確輸入瞬間數(shù)據(jù),否則有可能造成觀測(cè)記錄系統(tǒng)錯(cuò)誤?；禍y(cè)定和瞬間的溫度和濕度相差可能較大,但基值測(cè)定、與瞬間的氣壓和附溫一般不會(huì)相差太大。一般情況下,基值測(cè)定、瞬間觀測(cè)的氣壓差值在0.5hPa以?xún)?nèi),附溫差值在1℃以?xún)?nèi),若氣壓相差大于1hPa,附溫大于2℃,就要查地面的人工、自動(dòng)站記錄,對(duì)比變化趨勢(shì)是否一致,是否是因天氣變化引起的跳變,通過(guò)與地面站記錄比較來(lái)判斷讀數(shù)是否有誤。

地面風(fēng)也是瞬間觀測(cè)的數(shù)據(jù),它包括風(fēng)向和風(fēng)速的觀測(cè),海口站的地面風(fēng)是從地面自動(dòng)站直接讀取,如果地面自動(dòng)站儀器出現(xiàn)故障,就可能引起地面風(fēng)讀數(shù)錯(cuò)誤[11-13],而地面的風(fēng)向、風(fēng)速與0.5 min量得風(fēng)層的風(fēng)向、風(fēng)速比較接近,審預(yù)時(shí)可通過(guò)比較地面風(fēng)與0.5 min量得風(fēng)層的風(fēng)來(lái)判定數(shù)據(jù)是否正確。

2施放點(diǎn)的審核

L波段雷達(dá)測(cè)角波瓣窄,自動(dòng)跟蹤的角速度受到一定限制(方位角≤25°/s,仰角≤18°/s),為避免近距離氣球過(guò)頂丟球,放球時(shí)應(yīng)盡量選擇雷達(dá)便于自動(dòng)跟蹤的下風(fēng)方向[14-17]。一般臺(tái)站都有2～3個(gè)放球點(diǎn),若不在默認(rèn)的施放點(diǎn)放球時(shí),須在“空中風(fēng)記錄中”修改放球點(diǎn)參數(shù),假如忘了修改,就可能影響0.5min的量得風(fēng)層的風(fēng),從而導(dǎo)致近地面的規(guī)定等壓面或規(guī)定高度上的風(fēng)錯(cuò)誤。預(yù)審時(shí)可通過(guò)查看每秒球坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)判斷值班員是否作了修改。一般情況下,00s與01s方位相差在10°以下,若差值在10°以上則要看是否因地面風(fēng)速大于6m/s,施放瞬間采用近地面手動(dòng)抓球,如果不是手動(dòng)跟蹤,則可判斷值班員未作放球點(diǎn)訂正[18]。

3施放后數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

3.1放球時(shí)間的校對(duì)

(1)常規(guī)定時(shí)高空氣象探測(cè)應(yīng)在正點(diǎn)時(shí)間開(kāi)始。正點(diǎn)施放時(shí)間分別為北京時(shí)1時(shí)15分、7時(shí)15分、13時(shí)15分、19時(shí)15分,任何情況下都不得提前施放[4,10]。遇有惡劣天氣或其他原因,不能正點(diǎn)施放時(shí),可延時(shí)放球,但不能超過(guò)正點(diǎn)后75min。所以預(yù)審時(shí)一定要仔細(xì)校對(duì)高表-14或高表-13的放球時(shí)間。

(2)若施放氣球時(shí),早按或遲按了放球“確定”鍵,必須要進(jìn)行放球時(shí)間訂正。預(yù)審時(shí)打開(kāi)數(shù)據(jù)處理軟件中的探空秒數(shù)據(jù)查詢(xún),比較00s與01s的氣壓值,由此氣壓差值來(lái)確定早按或遲按了“放球鍵”的時(shí)間[10]。早按了“放球鍵”的時(shí)間很容易確定,由于氣球未放,探空儀仍在地面,其氣壓值不變,所以氣壓值不變的時(shí)間就是早放的時(shí)間;遲按了“放球鍵”,要根據(jù)氣球升速在350～400m/min,計(jì)算氣壓在近地面每秒變化0.6～0.8hPa左右,若00s與01s的氣壓值>1.5hPa,則可判斷值班員未做放球時(shí)間訂正。

3.2探空數(shù)據(jù)

(1)刪除飛點(diǎn)。探空儀施放后,由于頻率漂移、外來(lái)信號(hào)干擾、雷達(dá)跟蹤異常或天氣狀況異常等原因,可能會(huì)造成信號(hào)弱,飛點(diǎn)多。若飛點(diǎn)刪除不盡會(huì)引起高度、溫度、濕度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,特性層選取混亂。審核時(shí)可利用自動(dòng)控制或手動(dòng)修改探空曲線。在放大10倍的狀態(tài)下查看有無(wú)飛點(diǎn),再利用氣球高度飛行軌跡看看有無(wú)毛刺現(xiàn)象。

(2)超升速處理。檢查氣球升速的軌跡圖,看看是否超升速。超升速是指從某一等壓面內(nèi)開(kāi)始至觀測(cè)終止氣球的平均升速是否<150m/min或>600m/min,若發(fā)現(xiàn)升速異常,則應(yīng)從終止層逐點(diǎn)往下移,直到升速在規(guī)定范圍內(nèi)(150～600m/min之間)。

3.3測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)

(1)量得風(fēng)層的風(fēng)向和風(fēng)速變化是否有規(guī)律。L波段雷達(dá)的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)是由每個(gè)整分鐘點(diǎn)及其前后2s的數(shù)據(jù)平均而得到的,即58s、59s、10s、91s、92s記錄的平均值[10]。在審核測(cè)風(fēng)記錄時(shí),首先要看各分鐘的仰角、方位、斜距變化是否有規(guī)律,各分鐘參與計(jì)算的5s內(nèi)記錄有無(wú)突變,再利用L波段數(shù)據(jù)處理軟件中提供的圖形功能,如“風(fēng)隨高度變化曲線”、“球坐標(biāo)曲線”、“處理前后球坐標(biāo)對(duì)比圖”等,檢查各量得風(fēng)層的風(fēng)計(jì)算是否有誤,是否按規(guī)范要求將突變數(shù)據(jù)做了刪除處理。

(2)測(cè)風(fēng)秒數(shù)據(jù)的合理處理。下面以?？谡疽环莘轿惶兊挠涗洖槔f(shuō)明數(shù)據(jù)的合理性。

L波段雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)操作手冊(cè)規(guī)定:參與量得風(fēng)層風(fēng)向、風(fēng)速計(jì)算的球坐標(biāo)仰角、方位角、斜距計(jì)算分鐘數(shù)據(jù)分別是該分鐘及其上下各2s的仰角或方位角或斜距數(shù)據(jù)之和的平均值[5]。如表1中的第16分鐘計(jì)算分鐘數(shù)據(jù)由15′58″、15′59″、16′00″、16′01″、16′02″5組秒數(shù)據(jù)相加后求平均值而得來(lái)的。由此得出表1中第16分鐘的方位為127.03,很顯然16′01″的方位跳變,此秒采集的數(shù)據(jù)不可信,應(yīng)該剔除,準(zhǔn)確而又合理的處理應(yīng)是將其余的4組合理的秒數(shù)據(jù)相加求平均值得到第16min的方位,即158.79°,比上者更為合理些。當(dāng)然,數(shù)據(jù)處理軟件是不可能做出這種特殊處理的,只能人工計(jì)算出正確讀數(shù),再在處理軟件中運(yùn)用手動(dòng)修改球坐標(biāo)曲線中的“修改球坐標(biāo)數(shù)據(jù)”將正確的數(shù)據(jù)人工輸入進(jìn)去。這樣計(jì)算出來(lái)的量得風(fēng)層的風(fēng)向、風(fēng)速才是準(zhǔn)確可靠的。

4終止層的確定

打開(kāi)“探空數(shù)據(jù)查詢(xún)”,檢查終止層是否選在氣壓值最小的點(diǎn)上。由于L波段探空系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集密度大,1min采集近60個(gè)點(diǎn),最后經(jīng)常出現(xiàn)氣壓值不變的情況,所以終止層除了根據(jù)氣壓、溫度、濕度點(diǎn)的變化作出綜合判斷外,還應(yīng)再結(jié)合測(cè)風(fēng)秒數(shù)據(jù)的高度變化來(lái)作出準(zhǔn)確的判斷。一般情況下,測(cè)風(fēng)秒數(shù)據(jù)高度開(kāi)始持續(xù)下降,氣壓值最小點(diǎn)處,溫度、濕度無(wú)明顯突變的時(shí)間,就是探測(cè)的終止時(shí)間[18-20]。

5特殊記錄處理

(1)下沉記錄處理。當(dāng)遇有惡劣天氣如大到暴雨或球入Cb云,探空氣球下沉后又上升的記錄,稱(chēng)為下沉記錄。下沉記錄由人工確定氣球下沉的起始時(shí)間和終止時(shí)間,“終止時(shí)間”是指氣球回升到氣壓符號(hào)開(kāi)始大于氣球下沉起始時(shí)的氣壓符號(hào)的時(shí)間。當(dāng)遇有下沉記錄時(shí),審核時(shí)首先要看是否做了下沉記錄處理,再檢查下沉的起始時(shí)間和終止時(shí)間確定是否準(zhǔn)確。

(2)仰角低于測(cè)站“雷達(dá)仰角確定值”的處理。當(dāng)仰角從某分鐘開(kāi)始低于 “雷達(dá)仰角確定值”,而后又回升到其值以上,測(cè)風(fēng)記錄照常處理;當(dāng)仰角從某分鐘開(kāi)始低于“雷達(dá)仰角確定值”直至球炸分鐘,測(cè)風(fēng)記錄則只處理到等于或大于“雷達(dá)仰角確定值”之處。

(3)氣球過(guò)頂,仰角大于90°處理[10]。在探測(cè)中,有時(shí)會(huì)遇到正好在整分鐘氣球過(guò)頂?shù)那闆r,當(dāng)測(cè)風(fēng)整分鐘的仰角讀數(shù)大于90°時(shí):仰角=180°-仰角讀數(shù),方位角=方位角讀數(shù)±180°(方位角讀數(shù)大于180°時(shí),用“-”號(hào);小于180°時(shí),用“+”號(hào))。

6結(jié)語(yǔ)

L波雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)雖然實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集和自動(dòng)處理,但在運(yùn)行中仍然需要值班人員、預(yù)審人員認(rèn)真細(xì)致地工作,預(yù)審人員要把好出站記錄的最后一道質(zhì)量關(guān)。審核中既要面面俱到,又要重點(diǎn)突出。定期檢查“本站常用參數(shù)”的設(shè)置,重點(diǎn)審核探空儀序列號(hào)、基值數(shù)據(jù)、瞬間數(shù)據(jù)、放球時(shí)間、探空、測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理、終止層確定及特殊記錄處理是否準(zhǔn)確,在探測(cè)過(guò)程中自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)確定有跳變現(xiàn)象時(shí),應(yīng)按規(guī)范要求適當(dāng)?shù)丶右匀斯じ深A(yù),保證出站記錄和報(bào)表合格,為天氣預(yù)報(bào)和歷史資料提供準(zhǔn)確的高空氣象探測(cè)資料。

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