L波段探測系統(tǒng)參數(shù)和探測資料審核校正技術(shù)分析

林 松

(福建省氣象信息中心，福建 福州 350008)

1 概述

L波段(1型)雷達(dá)和GTS1、GTS11、GTS12、GTS13型無線電電子探空儀高空氣象探測設(shè)備[L波段(1型)探測系統(tǒng)]2005年在福州、邵武、廈門探空站開始建設(shè)，并陸續(xù)投入使用。2006年，龍巖移動探空站開始建設(shè)，2007年正式投入汛期觀測。L波段(1型)雷達(dá)探測系統(tǒng)與59型機(jī)械式探空儀、701雷達(dá)探測系統(tǒng)相對比，L波段新系統(tǒng)探測資料的信息量更大，探測資料的數(shù)據(jù)量更多，達(dá)到秒級數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性、時效性有了較大的提高，新舊兩套探測系統(tǒng)的資料數(shù)據(jù)審核校正方法有一定差別。常規(guī)高空氣象觀測是指通過充灌適量氫氣或氦氣的氣球攜帶無線電電子探空儀，隨風(fēng)自由升空漂流的方式，對自地面至幾萬米高空不同層次的大氣氣象五要素(溫度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速)等的垂直分布變化規(guī)律進(jìn)行觀測、收集、處理的活動和工作過程[1]，為天氣預(yù)報的制作、全球探測數(shù)據(jù)的交換、運用氣候分析、歷史氣象資料數(shù)據(jù)提供服務(wù)。

2 探測資料的審核校正和技術(shù)分析

結(jié)合二十多年從事高空氣象資料探測和審核校正工作的經(jīng)驗，現(xiàn)就日常審核校正中常出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納分析總結(jié)如下。

圖1 日常審核校正流程圖

2.1 計算機(jī)時間和放球時間的審核校正

值班員應(yīng)按高空規(guī)范要求校對計算機(jī)的系統(tǒng)時間和放球軟件的放球時間，并保證系統(tǒng)時間誤差在30s之內(nèi)[3]，否則放球前要及時修改。臺站高空值班員和預(yù)審員要認(rèn)真審核校正高表-13、高表-14、高表-16的放球時間，綜合探測正點放球時間為北京時07點15分和19點15分，單獨測風(fēng)放球時間為01點15分。規(guī)范要求只允許特殊原因推遲放球，任何情況下不得提前放球，放球后不得隨意更改系統(tǒng)時間，以免造成系統(tǒng)錯誤[1]。

2.2 本站常用參數(shù)、設(shè)置發(fā)報參數(shù)、設(shè)備信息參數(shù)的審核校正

“本站常用參數(shù)”包括：臺站的名稱、海拔高度、區(qū)站號、臺站檔案號、臺站地址、緯度、經(jīng)度、干濕球器差訂正值、氣壓表器差訂正值、雷達(dá)型號、探空儀型號、值班人員代碼、球重、凈舉力、總舉力、施放地點、雷達(dá)天線高度等[2]；“設(shè)置發(fā)報參數(shù)”包括：站名站號、報文指示標(biāo)志(10、40)，其中10為報文參加國際交換，40為報文參加國內(nèi)交換，報文備份前要打鉤；“設(shè)備信息參數(shù)”包含雷達(dá)設(shè)備信息、探空儀信息、氣球信息和電池信息；臺站應(yīng)根據(jù)各設(shè)備和儀器的型號、批次、生廠日期及時更新[2]。

臺站常用參數(shù)的設(shè)置是否正確，會影響到探測資料數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，臺站相關(guān)管理人員要認(rèn)真填寫并審核校正把關(guān)。在日常工作中，注意及時修改需要變動的“參數(shù)”項，特別是新程序升級后更要認(rèn)真檢查和校對其正確性；同時要求禁止使用超過檢定日期的設(shè)備和儀器，如基測箱、探空儀、球皮等，否則就會發(fā)生無法挽回的損失，造成探測資料數(shù)據(jù)不可用的嚴(yán)重后果，個別臺站出現(xiàn)設(shè)置錯誤的情況時有發(fā)生。

2.3 基測、瞬間要素的審核校正

按照高空觀測規(guī)范要求，基值測定在正點放球前30分鐘開始進(jìn)行，瞬間數(shù)據(jù)的讀取輸入在正點放球前或后5 分鐘內(nèi)進(jìn)行[1]。L波段(1型)探測系統(tǒng)基值測定是在值班室內(nèi)的基測箱中進(jìn)行，瞬間要素的干球、濕球溫度是在室外百葉箱中進(jìn)行觀測，所以基測時的溫濕度與瞬間要素的溫濕度會有所不同，但是基測和瞬間的氣壓要素是讀取值班室中基測箱氣壓表數(shù)值和自動站氣壓值。目前臺站的基測和瞬間要素已經(jīng)可以采用自動站的數(shù)據(jù)(三個廠家生產(chǎn)的探空儀基測合格條件為：-0.3℃≤△T≤0.3℃，-4%≤△U≤4%，-2.0hPa≤△P≤2.0hPa)。例如，邵武站，站號:58725,附溫有時差4℃多，時次:2009年1月1日07時。濕度片R0的合格條件:8.0≤R0≤20.0。

地面瞬間要素觀測,在正點放球前或后5分鐘內(nèi)(10～20分之間)進(jìn)行，讀取錄入瞬間的壓、溫、濕、云量、云狀、天氣現(xiàn)象、能見度、風(fēng)向和風(fēng)速等氣象要素的觀測值。值班員應(yīng)注意云、能見度、天氣現(xiàn)象的相互配合,特別要注意云與降水的相互配合,降水時能見度與天氣現(xiàn)象的配合,記錄時不能出現(xiàn)相互矛盾。有的值班員輸入出現(xiàn)矛盾，例如云狀前后順序顛倒，云狀第一個字母該大寫的沒有大寫，第二個字母不該大寫的又大寫了，有的出現(xiàn)漏輸或多斜桿、空格等；有記雷雨符號時沒有記Cb云等；天氣現(xiàn)象與能見度相矛盾，如能見度0.75km卻記大霧，能見度7.5km以下的漏輸入輕霧等。例如，福州站，站號：58847， 時次：2010年9月26日01時、2010年11月12日07時、12月5日01時、2011年7月29日19時。能見度和天氣現(xiàn)象的配合，當(dāng)能見度≤7.5km 時,如果觀測計算的相對濕度比較大,接近100%時，天氣現(xiàn)象記為“= ”,相對濕度較小空氣干燥時,天氣現(xiàn)象應(yīng)記為“∞”。遇有霧天，水平能見度小于0.75km 時,云量要記：10/10,天氣現(xiàn)象記符號“≡”,云狀欄應(yīng)記該天氣現(xiàn)象符號“≡”[3]。

2.4 放球點方位和距離參數(shù)的審核校正

由于L波段(1型)雷達(dá)能夠自動跟蹤無線電電子探空儀，所以在施放氣球時要選擇有利于雷達(dá)天線能夠自動跟蹤的地點放球。施放地點應(yīng)根據(jù)觀測場地環(huán)境和實際天氣情況，選擇有利于雷達(dá)天線能夠自動跟蹤，不容易過頂丟球的位置施放氣球。一般臺站應(yīng)設(shè)置2～3個放球點，有條件的可以在四個方位各設(shè)一個放球點，滿足不同天氣的需要，選擇相應(yīng)的放球點。為了避免低空的探測資料數(shù)據(jù)出現(xiàn)失測或不連續(xù)，氣球施放時電子探空儀所在的高度應(yīng)盡量與本站氣壓表在同一水平面上，高差不超過4m，否則就必須要修正；施放時電子探空儀與瞬間觀測的儀器設(shè)備處在同一環(huán)境，兩者的水平直線距離不應(yīng)超過100m[2]。氣球瞬間施放點作為高空風(fēng)坐標(biāo)原點計算[4]。

當(dāng)風(fēng)速比較大的時候，要選擇風(fēng)的下風(fēng)方向空曠地點進(jìn)行放球；當(dāng)風(fēng)速較小時，要選擇距離雷達(dá)天線較遠(yuǎn)的地點施放氣球，以免氣球容易過頂丟球。L波段(1型)雷達(dá)系統(tǒng)放球軟件內(nèi)預(yù)先設(shè)置了主放球點參數(shù)，如果因天氣原因需要改變放球點位置，當(dāng)班人員需及時修改放球軟件里面主放球點的相應(yīng)參數(shù)，點擊放球軟件的“地面參數(shù)”，再點擊“空中風(fēng)觀測記錄表”，在“遠(yuǎn)距離放球”位置更改相應(yīng)的距離、方位、仰角數(shù)值。在審核測風(fēng)數(shù)據(jù)時，可以通過檢查測風(fēng)秒級數(shù)據(jù)00秒、01秒方位的連續(xù)性，判斷放球地點參數(shù)是否做了相應(yīng)的修改，要求更改了放球點位置應(yīng)在記錄表內(nèi)備注,站內(nèi)預(yù)審要及時審核、校正。

2.5 測風(fēng)分鐘和秒級數(shù)據(jù)的審核校正判斷

3.02版本的高空放球和處理軟件測風(fēng)整分鐘的球坐標(biāo)數(shù)據(jù)改為從秒數(shù)據(jù)平滑中獲取，前版本為整分的前后共計5s的算術(shù)平均；3.30版本還是繼續(xù)從秒數(shù)據(jù)平滑中獲取，目前6.00版本可以從秒數(shù)據(jù)平滑中獲取，也可以整分的前后共5s算術(shù)平均，由值班員根據(jù)實際情況合理選擇使用。在審核雷達(dá)測風(fēng)數(shù)據(jù)時,要注意查看方位角、仰角、斜距三者之間的變化規(guī)律，其次要看計算出來的量的風(fēng)層風(fēng)向、風(fēng)速的變化規(guī)律。假如測風(fēng)某分鐘計算出來的風(fēng)向或風(fēng)速有明顯突變,可能是雷達(dá)測風(fēng)的方位角、仰角或斜距三者其中有一個有誤,可利用數(shù)據(jù)處理軟件內(nèi)的“查詢每秒球坐標(biāo)數(shù)據(jù)”曲線進(jìn)行查看,曲線直觀明朗，從而幫助判斷此分鐘數(shù)據(jù)是否可以使用或刪除。斜距(凹口)如果多秒連續(xù)出現(xiàn)錯誤的，應(yīng)在處理軟件內(nèi)用探空高度替代斜距，并注意判斷雷達(dá)是否旁瓣跟蹤氣球。氣球過頂超過90°時，系統(tǒng)軟件程序會自動進(jìn)行處理，無須人工去干預(yù)。

2.6 探空、測風(fēng)放球前5分鐘數(shù)據(jù)的審核校正

在“放球前5分鐘每秒球坐標(biāo)數(shù)據(jù)查詢”與“放球前5分鐘探空數(shù)據(jù)查詢”兩個菜單項，可以分別查詢放球前5分鐘的測風(fēng)球坐標(biāo)和探空數(shù)據(jù)。有些時次因計算機(jī)死機(jī)或其他原因造成重啟放球軟件，這樣探空、測風(fēng)都沒有放球前5分鐘數(shù)據(jù)，應(yīng)及時備注原因(例如，福州站，站號：58847 ，時次：2011年2月3日07時) 。

2.7 探空、測風(fēng)確定終止層的審核校正

綜合探測終止時，探空終止層的確定要在探空三條曲線放大10倍的狀態(tài)下進(jìn)行，根據(jù)氣壓、溫度、濕度三條曲線點子的變化規(guī)律綜合進(jìn)行判斷[2]。探空和測風(fēng)終止原因有：球炸、信號突失、雷達(dá)故障、信號不清、儀器故障、干擾、放棄等。

探空終止層的確定首先要找到放大10倍狀態(tài)下的氣壓曲線上氣壓值最小的點，并以該點作為探空終止參考點，在終止參考點上下范圍內(nèi)，根據(jù)濕度曲線的跳變情況和溫度曲線趨勢變化，球坐標(biāo)分鐘和秒數(shù)據(jù)的變化情況，即球坐標(biāo)的仰角升降變化情況、高度下降點的變化、斜距(凹口)變化情況進(jìn)行綜合判斷，確定探空終止層的位置[5](例如：福州站，站號：58847，時次：2011年1月5日07時)。

測風(fēng)終止層球炸點分鐘數(shù)的確定：首先找到探空終止點，在對應(yīng)終止點的整分鐘數(shù)據(jù)上確定即可，如探空終止在87.9分，測風(fēng)終止層應(yīng)確定在87分整分鐘數(shù)上(例如，福州站，站號：58847，時次:2010年4月30日01時)。

2.8 特性層時間重復(fù)的審核校正處理

因計算機(jī)計算精度的提高，時間計算到每6s為0.1分鐘。有時雖然特性層的時間是一樣的，但實際到秒是不一樣的，一般相差在6s之內(nèi)。應(yīng)用處理軟件的自動修正探空數(shù)據(jù)錯誤功能進(jìn)行修正，或直接點擊“口杯”修正，點子比較亂的記錄要慎用此功能。該功能也有不完善的地方，如個別時次使用會出現(xiàn)無法去除的現(xiàn)象，應(yīng)在記錄中加以備注。例如，廈門站，站號：59134 ，時次:2010年11月4日07時減了7層；邵武站，站號:58725，時次： 2012年2月22日19時無法去除4、5層。

2.9 高度替代斜距問題的審核校正

由于近地面凹口跟蹤有時不好時，凹口回波(即斜距)起伏大，凹口回波如出現(xiàn)多秒沒有連續(xù)跟蹤就應(yīng)該高度替代。再一個凹口回波有明顯跑掉的應(yīng)高度替代，數(shù)據(jù)平滑也會出現(xiàn)錯誤(例如，福州站，站號：58847，時次： 2010年8月31日19時第1分、2012年3月13日19時1、2、7分)。從秒坐標(biāo)曲線上看比較明顯。高度替代斜距凹口，最后必須在處理軟件內(nèi)替代為準(zhǔn)(例如，邵武站，站號：58725，時次： 2012年9月25日07時)。

2.10 信號突失

球炸原因在放球軟件里出現(xiàn)信號突失，打印的高表13、14會突失，且在G文件里的終止代碼會出錯，需修改為代碼6，而不是代碼8(例如，福州站，站號：58847 ，時次2011年2月16日19時)。代碼8是其他原因。

2.11 處理軟件內(nèi)工具的預(yù)審使用

利用“圖形顯示”功能對探空曲線進(jìn)行預(yù)審和審核，一般要求放大到十倍平滑沒有毛刺。例如，邵武站，站號：58725，時次：2012年9月29日19點74：39氣壓，75：36濕度。

利用“圖形顯示”功能查看“球坐標(biāo)(秒數(shù)據(jù))曲線”是否有毛刺。如果有，要進(jìn)行判斷、刪除或高度替代等。

2.12 高空全月G文件格檢質(zhì)檢常出現(xiàn)錯誤的審核校正

①秒數(shù)據(jù)錯位的格式錯誤，特別是斜距，仰角和方位比較少。

②無放球前5分鐘數(shù)據(jù)的記錄，儀器生產(chǎn)日期都是200000。例如：福州站，站號：58847，時次：2011年2月3日07時。

③信號突失終止代碼錯誤，全月無最大風(fēng)時的錯誤，程序已進(jìn)行完善解決。

④目前高空全月G文件要格式檢查通過后，再進(jìn)行質(zhì)量控制的檢查，根據(jù)疑誤提示內(nèi)容進(jìn)行記錄的相應(yīng)修改。例如，風(fēng)向、風(fēng)速一致性可疑；對流層頂、零度層要素的氣壓P值可疑；特性層溫度-露點有一項可疑、氣溫一致性檢驗可疑、臺站參數(shù)設(shè)置錯誤的提示、仰角≥93°的提示等。

⑤備注內(nèi)容應(yīng)按規(guī)范后面的規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行，其他事項應(yīng)備注在12項里，重放球、信號突失、雷達(dá)故障、儀器故障、丟球等造成資料缺測的應(yīng)備注在BB(一般備注事項標(biāo)識)項內(nèi)。

3 結(jié)束語

綜上所述，L波段探測系統(tǒng)參數(shù)和探測資料的審核校正，臺站相關(guān)參數(shù)設(shè)置校正至關(guān)重要，要及時修改變動的“參數(shù)”項，以免遺漏造成資料不可用或使用超檢儀器等錯誤?；鶞y和瞬間各要素值的讀取和輸入容易出錯，是整份資料記錄的審核校正重點。放球點位置選擇和修改，關(guān)系雷達(dá)能否順利抓到氣球和第一個量的風(fēng)層的計算。斜距凹口錯誤時的高度替代，在日常工作中經(jīng)常需要用到，特別是在近地面幾分鐘，斜距凹口經(jīng)常跟蹤不正確時要用高度替代。高空氣象探測資料的人工審核校正和質(zhì)量控制與處理軟件內(nèi)的工具使用相結(jié)合，全月高空G文件的格式檢查和質(zhì)量檢查的程序?qū)徍?，對探測資料疑誤數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的排查校正和修改，能夠大大提高探測資料的準(zhǔn)確性。

L波段高空氣象探測系統(tǒng)在福建使用十多年來，高空氣象資料人工審核積累了一定經(jīng)驗，對日常探測系統(tǒng)參數(shù)和探測資料容易出錯的地方進(jìn)行歸納分析總結(jié)提醒，對臺站高空氣象從業(yè)人員以及資料審核人員有一定的幫助，從而促進(jìn)全省高空氣象資料質(zhì)量提高，為福建省及臺灣海峽天氣預(yù)報制作、全球探測數(shù)據(jù)交換，以及運用氣候分析和歷史氣象資料數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確的高空氣象探測資料。