地基微波輻射計(jì)觀測(cè)網(wǎng)建設(shè)方案

陳后財(cái)+任雍

摘 要 QFW-6000型地基微波輻射計(jì)作為大氣觀探測(cè)、天氣監(jiān)測(cè)新型儀器裝備，憑借其高時(shí)空分辨率、高探測(cè)精度、全天候、數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富、直觀、實(shí)時(shí)、連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，成為遙感大氣溫度、濕度、云液態(tài)水廓線的有力工具，在氣象、環(huán)保、航空、測(cè)控等諸多領(lǐng)域廣泛使用。本文提出了地基微波輻射計(jì)組網(wǎng)觀測(cè)方案架構(gòu)，本方案不僅適用于業(yè)務(wù)應(yīng)用中的輻射計(jì)設(shè)備，還適用于觀測(cè)網(wǎng)中其他設(shè)備，甚至對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也具有參考意義。

【關(guān)鍵詞】微波輻射計(jì) 強(qiáng)對(duì)流天氣 組網(wǎng)觀測(cè)

1 引言

按照中國(guó)氣象局的發(fā)展戰(zhàn)略和省市氣象局的部署，以及地區(qū)性的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，氣象工作的重點(diǎn)之一應(yīng)是增強(qiáng)災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警能力，提高中短期天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度，為防災(zāi)減災(zāi)、大氣環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)保障和資源開發(fā)利用，生態(tài)系統(tǒng)平衡等方面提供優(yōu)質(zhì)氣象服務(wù)。

溫度、相對(duì)濕度、液態(tài)水廓線（0～20km高空）是描述大氣熱力狀態(tài)的基本參數(shù)，實(shí)時(shí)探測(cè)溫度、相對(duì)濕度、云液態(tài)水分布及其變化，對(duì)于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和氣候變化研究以及各種氣象保障工作，都是必不可少的。QFW-6000型地基微波輻射計(jì)作為大氣觀探測(cè)、天氣監(jiān)測(cè)新型儀器裝備，憑借其高時(shí)空分辨率、高探測(cè)精度、全天候、數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富、直觀、實(shí)時(shí)、連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，成為遙感大氣溫度、濕度、云液態(tài)水廓線的有力工具，在氣象、環(huán)保、航空、測(cè)控等諸多領(lǐng)域廣泛使用。尤其是診斷分析得到的一系列連續(xù)的大氣熱力學(xué)參數(shù)、預(yù)報(bào)指標(biāo)，對(duì)霧霾的監(jiān)測(cè)治理、人工影響天氣、區(qū)域水資源的評(píng)估、航空氣象保障以及對(duì)雷暴、冰雹、暴雨等強(qiáng)對(duì)流極端天氣的研究有很好的指示作用，為災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警提供數(shù)據(jù)依據(jù)，為相關(guān)決策部門制定防災(zāi)、減災(zāi)預(yù)案提供數(shù)據(jù)支持。

目前，河北地區(qū)計(jì)劃在唐山、廊坊、滄州、衡水、邯鄲等地投入使用有5臺(tái)地基微波輻射計(jì)。為充分發(fā)揮儀器設(shè)備的功效，有效利用其數(shù)據(jù)資源，使河北地區(qū)各市、區(qū)氣象預(yù)報(bào)保障、短時(shí)及臨近預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)警、人工影響天氣、防雷、消雹等氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)及相應(yīng)的決策部門，都能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地利用5臺(tái)地基微波輻射計(jì)的數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享、有效決策，有必要對(duì)現(xiàn)有地基微波輻射計(jì)的安裝運(yùn)行、觀測(cè)分析數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸、共享以及產(chǎn)品信息的發(fā)布等進(jìn)行規(guī)范統(tǒng)一，使其網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。

本文提出了地基微波輻射計(jì)組網(wǎng)觀測(cè)方案架構(gòu)，本方案不僅適用于業(yè)務(wù)應(yīng)用中的輻射計(jì)設(shè)備，還適用于觀測(cè)網(wǎng)中其他設(shè)備，甚至對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也具有參考意義。

2 組網(wǎng)運(yùn)行方案及數(shù)據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

河北地區(qū)在唐山、廊坊、滄州、衡水、邯鄲等微波輻射計(jì)觀測(cè)站，除實(shí)時(shí)向本市、區(qū)局提供溫度、相對(duì)濕度、云液態(tài)水廓線探測(cè)數(shù)據(jù)、圖形圖像數(shù)據(jù)、診斷分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)外，應(yīng)通過(guò)河北局內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)向河北市局?jǐn)?shù)據(jù)處理中心計(jì)算機(jī)（服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)）實(shí)時(shí)提供溫度、相對(duì)濕度、云液態(tài)水廓線探測(cè)數(shù)據(jù)、圖形圖像數(shù)據(jù)、診斷分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)。省局中心服務(wù)器對(duì)收集到的各市、區(qū)的微波輻射計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)河北地區(qū)的出現(xiàn)的各類天氣系統(tǒng)進(jìn)行有效跟蹤、監(jiān)視。并依據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)各市、區(qū)氣象預(yù)報(bào)保障、短時(shí)及鄰近預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。對(duì)影響本地區(qū)的災(zāi)害性天氣發(fā)布預(yù)警信息，為人工影響天氣、防災(zāi)等部門提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)、產(chǎn)品傳輸網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

3 診斷產(chǎn)品分析

通過(guò)分配局域網(wǎng)內(nèi)各微波輻射計(jì)控制電腦不同的IP地址，使局域網(wǎng)用戶均可通過(guò)瀏覽器登錄到各微波輻射計(jì)控制終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波輻射計(jì)的遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)產(chǎn)品的瀏覽。同時(shí)利用數(shù)據(jù)文件同步軟件，實(shí)現(xiàn)各微波輻射計(jì)觀測(cè)站點(diǎn)與中心控制電腦（服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)）之間的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的實(shí)時(shí)同步。微波輻射計(jì)具有實(shí)時(shí)輸出溫濕度廓線、積分水汽含量及積分液態(tài)水含量的功能，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了大氣穩(wěn)定度（KI、LI、TTI、AI等）、邊界層高度（BLH）等多種熱力學(xué)參數(shù)及常用參量，通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)的分析得出雷暴、冰雹、霧霾等災(zāi)害性天氣可能發(fā)生的概率，為天氣過(guò)程的監(jiān)測(cè)和預(yù)警提供有效支撐數(shù)據(jù)。

圖2、圖3分別給出了強(qiáng)對(duì)流天氣和霧霾天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

微波輻射計(jì)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)強(qiáng)流天氣的整個(gè)演變過(guò)程。在降水發(fā)生前，空中水汽聚集，積分液態(tài)水含量和積分水汽含量急劇增加，穩(wěn)定度指數(shù)也指示強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)的概率極大，對(duì)降水的臨近預(yù)報(bào)和預(yù)警有明顯的指示作用。

圖3為微波輻射計(jì)監(jiān)測(cè)的大氣溫濕度分布及邊界層高度的變化情況。在典型灰霾過(guò)程中，強(qiáng)逆溫的形成使污染物在近地面層大量積聚，較低的邊界層高度表征污染物的擴(kuò)散能力較差，垂直擴(kuò)散條件差是這次典型灰霾過(guò)程形成的重要原因之一。因此微波輻射計(jì)實(shí)測(cè)的廓線時(shí)空分布及邊界層高度可對(duì)霧霾天氣的監(jiān)測(cè)和預(yù)警提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]李江漫，趙振維，郭立新，林樂(lè)科，程顯海，舒婷婷.地基微波輻射計(jì)分段正交神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法遙感陰天大氣[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào)，2014（06）：1105-1109.

[2]劉建忠，何暉，張薔，不同時(shí)次地基微波輻射計(jì)反演產(chǎn)品評(píng)估[J].氣象科技，2012，40（03）：332-339.

[3]劉紅燕.三年地基微波輻射計(jì)觀測(cè)溫度廓線的精度分析[J].氣象學(xué)報(bào)，2011，69（04）：719-728.

[4]王小蘭，王建凱，李炬.地基多通道微波輻射計(jì)反演大氣溫-濕廓線的試驗(yàn)研究[J].氣象水文海洋儀器，2012（04）：1-6.