高空觀測質(zhì)量控制方法總結(jié)

柴巖紅 苗運玲 沙曼曼

(烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊 830006)

隨著我國氣象現(xiàn)代化的快速推進，2010年我國自主研發(fā)的L波段新一代高空氣象探測系統(tǒng)在全國正式投入高空氣象探測業(yè)務運行，使探空觀測數(shù)據(jù)更加精確、系統(tǒng)操作更加簡便，大幅提升了高空觀測質(zhì)量。為進一步適應氣象觀測業(yè)務改革發(fā)展，推進氣象觀測質(zhì)量管理體系建設，中國氣象局觀測司2015年對高空探測質(zhì)量考核內(nèi)容和方法進行了調(diào)整，使觀測業(yè)務質(zhì)量考核做到全面、客觀、準確。目前高空觀測質(zhì)量考核的內(nèi)容涉及設備穩(wěn)定運行率、探測平均高度、業(yè)務工作過程3個方面。其中，業(yè)務工作過程考核主要針對人工操作環(huán)節(jié)進行量化和規(guī)范化，主要考核是否存在重放球、早測、遲測以及施放不合格儀器和任意終止觀測等。臺站強化業(yè)務質(zhì)量管理，因地制宜地總結(jié)高空觀測控制質(zhì)量的方法變得極為重要。

1 保障探測環(huán)境及設備工作狀態(tài)良好

高空探測環(huán)境和設備的工作狀態(tài)直接決定觀測質(zhì)量，為保證設備穩(wěn)定運行，減少故障率，應從保護探測環(huán)境、合理設置放球點、定期維護系統(tǒng)設備入手。

1.1 保護探測環(huán)境，合理設置放球點

雷達及氣球施放點周圍的探測環(huán)境對高空探測質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用，故環(huán)境保護應受到高度重視，以保證獲取具有完整性和連續(xù)性的觀測資料。雷達周圍的探測環(huán)境應符合觀測要求，尤其在臺站盛行風下風方向必須具備平坦空曠的氣球施放地，且與放球點距離大于30m。

放球點的選取是確保探測初始狀態(tài)時，雷達能夠成功自動跟蹤目標進行觀測的關(guān)鍵。一般應根據(jù)具體情況合理選取2～4個，滿足位于雷達下風方向,確保起始位置雷達自動跟蹤，短時間內(nèi)不過頂?shù)臈l件。烏魯木齊站由于場地限制，設置了3個放球點，基本滿足放球需求。

1.2 定期維護系統(tǒng)設備

減少儀器故障發(fā)生率，是保證探測過程穩(wěn)定和資料質(zhì)量的前提。目前，臺站人員需要定期做好設備的日常維護工作，內(nèi)容包括雷達軟硬件及其它附屬設備。嚴格按照高空觀測系統(tǒng)維護規(guī)定定期對設備進行標定、檢查、維護和保養(yǎng)工作，使觀測系統(tǒng)處于良好的工作狀態(tài)。每年需測定1次雷達最低工作仰角。應在固定月份晴天狀況下，用經(jīng)緯儀和L波段雷達進行方位、仰角的對比觀測，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2 特殊天氣應對措施

高空氣象探測過程中，特殊天氣的發(fā)生對探測質(zhì)量造成明顯不利影響，制定相應的應對措施極為重要。這里的特殊天氣主要指強降水、雷暴、大風(14m/s以上)、臺風、沙塵暴、濃霧等[1]。在臺站的日常管理中，應有針對特殊天氣的應急措施，提前做好相關(guān)的準備工作，使特殊天氣對觀測質(zhì)量的影響降到最低。現(xiàn)以常見的強降水天氣、大風、視程障礙現(xiàn)象為例, 列舉避免影響質(zhì)量的應對措施。

2.1 強降水天氣

當探測過程前視區(qū)范圍內(nèi)將出現(xiàn)或已出現(xiàn)強降水天氣，要適當增加氣球的凈舉力，使氣球攜帶的探空設備能夠快速穿過降水云層；需要觀察降水強度的變化，避開雨強最大時段，抓住雨勢減小的時機進行氣球施放，防止發(fā)生下沉氣流影響探測過程，避免出現(xiàn)下沉記錄或重放球。

若遇中空強風暴使氣球被下沉氣流壓下時，需密切觀察氣壓數(shù)據(jù)變化速度，數(shù)據(jù)接收正常時等待其上升，下沉記錄后期進行處理，期間做好重放球的各種準備工作，值得注意的是，只有當信號突失或數(shù)據(jù)接收異常發(fā)生5min以上，判定設備損壞時才需重新探測。

2015-05-18T01∶00記錄是下沉氣流導致儀器信號突失，造成重新探測的典型事例,若適當推遲觀測時間，則可避免此次事件發(fā)生。

2.2 大風天氣

大風天氣是造成重、遲放球的重要影響因素，因此做好大風放球準備工作十分重要。王江[2]指出烏魯木齊的最大風出現(xiàn)在春季和冬季，占大風總次數(shù)60%以上，最大風速的最多風向以SE、SSE、ESE居多。這種風向下，烏魯木齊站應選擇第3放球點(西北方向)，但因場地受限，該點在風速>14m/s時氣球不易施放，發(fā)生重、遲放球等影響探測質(zhì)量問題多出現(xiàn)在這種情況下。

為了減少大風天放球?qū)μ娇召|(zhì)量的影響，值班員在預判放球前風速將超過5～6m/s，除了增加輔助放球人員外，需果斷使用放線器。此時放球時機的選擇和放線器的使用技巧直接決定氣球施放成功與否。使用放線器時應仔細檢查各部分連接線繩是否牢固可靠，繞線板有無損壞等異常情況。臨近放球前，由輔助人員在室外觀察風速變化，放球人員在灌球室內(nèi)聽從輔助人員的指揮，把握風速減小的間隙，沖出室外后順著風向跑動，隨著氣球角度不斷升高，2只手順勢將氣球和探空儀向上方送出[3]。

2014-04-03T19∶00記錄就是探測過程中放線器與探空儀間的線繩未連接牢固而斷開，出現(xiàn)氣球飛升，儀器墜落損壞，造成遲放的典型事例。

2.3 視程障礙天氣

大霧及沙塵暴等影響探測視野時，應注意在施放前使用雷達對準儀器，尤其是能見度極低的情況下，可以在探空儀下端約50cm處加放電子燈籠，以便在放球時判斷雷達是否正常跟蹤，防止放球初始狀態(tài)發(fā)生雷達跟蹤異常，即旁瓣(假定向)。旁瓣具有以下特征：高差緩慢變大，軟件高差指示燈一直報警；增益突增，增益由100dB左右增至150～160dB；探測信號逐漸減弱，雷達的探測距離明顯縮短，威力大幅下降。觀測過程中發(fā)現(xiàn)以上情況之一，應快速反應，力求在最短時間內(nèi)(2min)處理完畢，使雷達跟蹤恢復正常。假定向的處理方法不做贅述。

3 提高探測能力及規(guī)范工作流程

隨著高空氣象業(yè)務現(xiàn)代化的不斷推進，自動化程度越來越高，對人員及素質(zhì)要求隨之變高，為了適應這種變化，業(yè)務人員必須不斷提高自身素質(zhì)。臺站還需對各項相關(guān)工作制定規(guī)范化流程，從提高探測高度、觀測技術(shù)、規(guī)范記錄處理流程入手，對高空觀測進行質(zhì)量控制。

3.1 提高探測高度

提高高空觀測施放高度是一項復雜的工作，影響探測高度的因素主要有氣球的儲存充灌、凈舉力的調(diào)整、天氣狀況、儀器設備的運轉(zhuǎn)情況等諸多影響因素，臺站需根據(jù)歷年的數(shù)據(jù)進行梳理分析，總結(jié)出一套適合本地的凈舉力控制方案，以期提高探測高度。烏魯木齊站的主要舉措有：注重球皮的儲存保養(yǎng)氣球；晴天適量減少凈舉力；嚴格執(zhí)行充灌規(guī)程，控制充灌時間及捆扎時延長球嘴長度；寒冷季節(jié)使用株洲廠氣球。

3.2 提高觀測人員技術(shù)

臺站應建立健全相應的管理制度體系，從而提高觀測人員的整體素質(zhì)和水平。要求業(yè)務人員熟練掌握基礎理論和觀測方法，不斷學習更新知識儲備，掌握新的觀測技術(shù)要求，重點是提高應對突發(fā)事件的能力，積累應急處置經(jīng)驗，為高空觀測質(zhì)量控制奠定基礎。

3.3 觀測記錄處理規(guī)范化

由于觀測記錄在處理方法上因人而異，為了更好地進行觀測質(zhì)量控制，規(guī)范觀測數(shù)據(jù)的處理方法是必要的，臺站應建立相應的數(shù)據(jù)標準化處理流程。業(yè)務值班員在日常工作中，應當嚴格執(zhí)行數(shù)據(jù)標準化處理流程，做好記錄的初審工作，取全第一手資料，按時上報各類報表。臺站預審員應特別關(guān)注特殊情況的數(shù)據(jù)處理，尤其是因降水、大風天氣等導致的下沉記錄、斜距錯誤或異常、儀器變性、信號突失及缺測等記錄。

4 結(jié)語

高空氣象探測是一個系統(tǒng)的操作過程。在實際操作中，從放球前的準備、預判工作到嚴密監(jiān)視觀測過程，發(fā)現(xiàn)異常時如何正確操作處理等，都對觀測人員的技術(shù)水平提出了非常高的要求。因此，控制高空氣象觀測質(zhì)量，應從設備的穩(wěn)定運行、探測高度的提高、記錄的規(guī)范化處理、特殊天氣及緊急情況的應急處理、建立數(shù)據(jù)標準化處理流程等方面入手，避免和減少重、遲放球及丟球現(xiàn)象的發(fā)生，其中保障設備的穩(wěn)定運行率、提高氣球施放成功率和高度是高空觀測人員今后努力的方向。