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    強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)高空氣象探測(cè)的影響及其防御對(duì)策

    2022-05-07 23:46:35道仁圖婭
    農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究 2022年1期
    關(guān)鍵詞:防御對(duì)策影響

    摘要 隨著科技的進(jìn)步以及氣象事業(yè)的不斷發(fā)展,我國氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)得到極大改變,高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)作為綜合氣象觀測(cè)工作的重要構(gòu)成部分,其觀測(cè)的大致內(nèi)容是自地面到30 000 m不同高度層的風(fēng)向、氣壓、風(fēng)速、濕度、溫度等相關(guān)氣象信息。L波段雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用大幅度提升了我國各個(gè)地區(qū)高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)的準(zhǔn)確性,為開展天氣預(yù)報(bào)、氣象服務(wù)以及氣候變化研究等氣象業(yè)務(wù)提供了更為有價(jià)值的指導(dǎo)依據(jù),在氣候監(jiān)測(cè)以及氣象預(yù)報(bào)中占據(jù)著舉足輕重的地位。主要根據(jù)國內(nèi)外高空氣象探測(cè)現(xiàn)狀以及高空氣象探測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn),探究了大風(fēng)、強(qiáng)降雨以及雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)高空氣象探測(cè)帶來的影響及其防御對(duì)策,供同行參考。

    關(guān)鍵詞 強(qiáng)對(duì)流天氣;高空氣象探測(cè);影響;防御對(duì)策

    中圖分類號(hào):P412.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):2095–3305(2022)01–0037–03

    隨著全球氣候日趨變暖,各類氣象災(zāi)害發(fā)生率愈來愈高。我國地域廣闊,地形地貌復(fù)雜多樣,各類氣象災(zāi)害出現(xiàn)頻率高,且危害性較強(qiáng),是全球受氣象災(zāi)害影響最大的國家之一,每年都會(huì)因?yàn)?zāi)害性天氣對(duì)國家和群眾生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在災(zāi)害性天氣預(yù)測(cè)以及預(yù)警方面,高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)所發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)十分明顯。高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)屬于各級(jí)氣象部門的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容?,F(xiàn)階段,我國各個(gè)區(qū)域均選擇L波段雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行高空大氣探測(cè)工作。通過此項(xiàng)業(yè)務(wù)的開展,主要收集地面至高空30 000 m不同層次的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣氣壓等氣象要素?cái)?shù)據(jù),為氣候條件分析、天氣預(yù)報(bào)預(yù)警、公共氣象服務(wù)等工作的開展帶來特別重要的數(shù)據(jù)資料。

    錫林浩特自開展自建立高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)以來,氣象探測(cè)水平得到大幅提高,為氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警工作的開展提供更加完整的指導(dǎo)材料。但是,受該區(qū)域地理環(huán)境的影響,錫林浩特時(shí)常會(huì)出現(xiàn)大風(fēng)、強(qiáng)降水、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣,尤其是夏季發(fā)生幾率很大,特別容易對(duì)高空氣象探測(cè)的順利開展帶來負(fù)面影響?;诖?,主要根據(jù)國內(nèi)外高空氣象探測(cè)現(xiàn)狀以及高空氣象探測(cè)系統(tǒng)特點(diǎn),探究大風(fēng)、強(qiáng)降雨以及雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)高空氣象探測(cè)帶來的影響及對(duì)應(yīng)的防御對(duì)策,給出幾點(diǎn)提升高空氣象探測(cè)質(zhì)量的建議,期望進(jìn)一步增強(qiáng)高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)能力,提升探測(cè)業(yè)務(wù)質(zhì)量。

    1 國內(nèi)外高空氣象探測(cè)現(xiàn)狀

    從20世紀(jì)20年代到30年代末,全球高空觀測(cè)站網(wǎng)逐漸建立起來,隨著各類無線電技術(shù)的不斷發(fā)展以及日臻成熟,測(cè)風(fēng)雷達(dá)和無線電經(jīng)緯儀先后得到成功研究開發(fā),為高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀(jì)40年代,逐漸研發(fā)出了氣象火箭,高空氣象探測(cè)高度能夠達(dá)到100 km以上。到了20世紀(jì)60 年代,氣象衛(wèi)星技術(shù)和科學(xué)技術(shù)水平得到大幅提升,發(fā)展越來越快,高空氣象探測(cè)網(wǎng)在很大程度上推動(dòng)了全球性以及全天時(shí)的高空數(shù)據(jù)的獲取?,F(xiàn)階段各國以及地區(qū)高空觀測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)是借助于無線電技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及遙感進(jìn)行數(shù)據(jù)定量控制。從高空測(cè)風(fēng)方式來說,南美、大洋洲、非洲、歐洲的大多數(shù)國家采取的系統(tǒng)均為GPS測(cè)風(fēng)系統(tǒng);加拿大、韓國等采取羅蘭導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)風(fēng)—無線電探空系統(tǒng);中國、俄羅斯等采取二次雷達(dá)測(cè)風(fēng)系統(tǒng);美國、日本主要采取無線電經(jīng)緯儀高空測(cè)風(fēng)系統(tǒng)?,F(xiàn)階段,美國軍方已經(jīng)形成了比較完善的高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)獲取體系,充分反映了很長一段時(shí)期內(nèi)高空氣象探測(cè)裝備的發(fā)展趨勢(shì)。

    我國在新中國成立初期構(gòu)成了氣象高空探測(cè)網(wǎng),現(xiàn)階段已逐步發(fā)展成全球高空氣象數(shù)據(jù)探測(cè)網(wǎng)的關(guān)鍵構(gòu)成之一。自20世紀(jì)50年代起,我國逐漸將59-701探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于高空氣象探測(cè)中,并發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用。自1998年12月起,南京大橋機(jī)械廠成功研制了L波段二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng),且通過了國家大氣探測(cè)中心的相關(guān)考核以及試驗(yàn),大幅度提升了高空氣象探測(cè)設(shè)備的自動(dòng)化水平以及精度。自2002起,中國氣象局對(duì)常規(guī)高空探測(cè)設(shè)備進(jìn)行更新升級(jí),將以往的59型無線電探空儀以及701二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)系統(tǒng)替換為新型的 L波段探空系統(tǒng),將以往的59型機(jī)械式無線電探空儀替換為電子探空儀,截至目前,我國120 個(gè)探空臺(tái)站均換成了L波段雷達(dá)探空系統(tǒng),徹底替代了59-701探測(cè)系統(tǒng)。L波段探空系統(tǒng)站距地面30 000 m左右,每日北京時(shí)間08:00和 20:00觀測(cè),為天氣預(yù)報(bào)和氣候監(jiān)測(cè)提供地面至30 000 m高度不同高度層的氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、溫度等相關(guān)氣象信息[1]。

    2 高空氣象探測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

    L波段高空探測(cè)系統(tǒng)大致包括下列幾個(gè)部分: GFE(L)1型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)、GTS1型數(shù)字式電子探空儀以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。探測(cè)系統(tǒng)主要利用氫氣球?qū)⑻娇諆x升空,探測(cè)從地面開始到30 000 m高空內(nèi)不同高度風(fēng)向、氣壓、風(fēng)速、濕度、溫度等相關(guān)氣象要素,且憑借無線電將數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)傳輸至地面接收系統(tǒng)。

    L波段高空探測(cè)系統(tǒng)主要借助于 GFE(L)1型二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)對(duì)大氣中攜帶探空儀自由移動(dòng)的氣球位置進(jìn)行測(cè)定,從而獲取仰角、方位以及斜距數(shù)據(jù),之后結(jié)合攜帶探空儀隨風(fēng)移動(dòng)的氣球位置的變化對(duì)氣球在每分鐘的高度、升速以及經(jīng)緯度等信息進(jìn)行計(jì)算,結(jié)合每分鐘氣球移動(dòng)的方向以及距離,通過計(jì)算獲取每分鐘的風(fēng)向以及風(fēng)速,同時(shí)配合GTS1 型數(shù)字式電子探空儀則能夠同時(shí)進(jìn)行空中的溫度、氣壓、濕度探測(cè)任務(wù)[2]。

    3 強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)高空氣象探測(cè)的影響

    強(qiáng)對(duì)流天氣屬于我國許多地區(qū)時(shí)常出現(xiàn)的一類災(zāi)害性天氣,往往發(fā)生于對(duì)流云或單個(gè)對(duì)流云中,屬于中小尺度天氣系統(tǒng)。強(qiáng)對(duì)流天氣的特點(diǎn)如下:產(chǎn)生比較突然、持續(xù)時(shí)間一般較短,發(fā)展較快、破壞性特別大。一般情況下,在大風(fēng)天氣發(fā)生的時(shí)候開展高空探測(cè)業(yè)務(wù),極易導(dǎo)致儀器釋放的時(shí)候與障礙物相互碰撞。在強(qiáng)降水出現(xiàn)的時(shí)候,探空氣球往往會(huì)下沉,抑或接收記錄產(chǎn)生異常;出現(xiàn)雷電天氣的時(shí)候,儀器的信號(hào)還可能會(huì)突然消失或者損壞元件傳感器[3]。一旦在高空探測(cè)業(yè)務(wù)中出現(xiàn)這些強(qiáng)對(duì)流天氣,探測(cè)人員需要高度重視,科學(xué)謹(jǐn)慎地應(yīng)對(duì)。若氣球上升高度未達(dá)到500 hPa,同時(shí)這個(gè)時(shí)候探測(cè)器遭受雷擊或其他異常,那么應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重放球操作,應(yīng)盡可能確保高空探測(cè)工作的順利實(shí)施。

    4 強(qiáng)對(duì)流天氣下高空氣象探測(cè)相關(guān)條件下的防御對(duì)策

    4.1 大風(fēng)天氣下的防御對(duì)策

    第一,提前準(zhǔn)備好大風(fēng)高空探測(cè)放線器,了解清楚放球器以及探空儀的連接技巧[4]。在使用大風(fēng)放線器之前,需仔細(xì)查看染線板有無裂開的現(xiàn)象,儀器掛鉤是否與繞線板放球線線繩連接牢靠;減速環(huán)在安裝之后要把儀器放到探空儀盒的鋁吊片孔上,同時(shí)要求將氣球嘴系好,手上握有的環(huán)形繩一般來說越來越適宜,繞線板套上面的線孔最好可以開口套入。在放球的同時(shí)還要抓住繞線板以及放球線,避免線發(fā)生散脫現(xiàn)象,收到釋放氣球的指令時(shí)放出。大風(fēng)天氣握住球充氣口的那只手同時(shí)還需抓住放線器上端,防止在風(fēng)中擺動(dòng)導(dǎo)致放線器受到不同程度的損壞;另外一只手需要抓住儀器掛鉤以及探空儀吊片。接收到氣球釋放指令時(shí),探測(cè)人員雙手都要求順風(fēng)朝上送出,之后放球。夜間操作的時(shí)候應(yīng)在氣球以及繞線板間設(shè)置1根2 m左右的放球繩,在繩的一半?yún)^(qū)域掛上燈籠,掛燈籠的線長度要適宜。

    第二,仔細(xì)把控好探空觀測(cè)時(shí)機(jī)。一旦在探測(cè)中有大風(fēng)天氣發(fā)生,探測(cè)人員可以選擇風(fēng)速開始變小的間隙去放球。一旦碰到風(fēng)速較大的大風(fēng)天氣,不僅應(yīng)認(rèn)真等待時(shí)機(jī),還應(yīng)結(jié)合風(fēng)向選擇理想的放球地點(diǎn),保障放球路線的通暢性。在正點(diǎn)之前,探測(cè)人員要有效連接探空儀及氣球,同時(shí)在充氣室等待氣球釋放指令,一旦監(jiān)測(cè)到風(fēng)速變小,需要立即放球,并且沿風(fēng)向區(qū)奔跑,等到氣球的角度逐漸上升,手上的拉力越來越小時(shí)松手放球。

    第三,認(rèn)真掌握雷達(dá)跟蹤技術(shù)要點(diǎn)。在大風(fēng)狀況下進(jìn)行氣象探測(cè)工作,需保證雷達(dá)有效跟蹤,這就需要放球人員具備良好的操作技能,并且在釋放探空氣球之前仔細(xì)掌握地面風(fēng)向、風(fēng)速信息,準(zhǔn)備充分才能對(duì)釋放之后的初始運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行更加精準(zhǔn)地判斷;放球點(diǎn)一般布設(shè)在天線的下風(fēng)向,釋放氣球之后雷達(dá)才可以成功自動(dòng)跟蹤,確保探測(cè)業(yè)務(wù)的順利實(shí)施[5]。

    4.2 強(qiáng)降雨天氣下的防御對(duì)策

    強(qiáng)降雨天氣還時(shí)常伴隨雷電、大風(fēng)天氣過程,經(jīng)常會(huì)影響到高空氣象探測(cè)的有序開展利。針對(duì)強(qiáng)降雨天氣,需要注意以下防御對(duì)策。

    首先,若強(qiáng)降雨天氣持續(xù)時(shí)間較短,應(yīng)根據(jù)強(qiáng)降雨雨勢(shì)的強(qiáng)度變化情況來確定氣球釋放時(shí)間,盡可能不要在雨勢(shì)較大的時(shí)間段進(jìn)行氣球釋放工作。在探空觀測(cè)之前需要掌握降水強(qiáng)度的變化趨勢(shì),抓住雨勢(shì)漸漸變?nèi)醯挠欣麜r(shí)機(jī)進(jìn)行防球,避免再次探空或出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺測(cè)現(xiàn)象。

    其次,一旦發(fā)現(xiàn)氣球升空區(qū)域的降水量特別大,需考慮另外的選取地點(diǎn)以及時(shí)間來放球探測(cè)。

    最后,降水天氣放球還需掌控凈舉力。在高空氣象探測(cè)工作中,若天氣晴好,凈舉力一般為1.3 kg,釋放高度很高;若出現(xiàn)小雨或陰天,凈舉力通常為1.4 kg;若遭遇強(qiáng)降雨,則凈舉力需要控制在1.6 kg左右,以便順利放球[6]。

    4.3 雷電天氣下的防御對(duì)策

    雷電天氣時(shí)常伴隨著閃電、強(qiáng)降水天氣,其主要特點(diǎn)是電壓高、破壞性較強(qiáng)。雷電天氣不僅會(huì)給地面儀器造成極大損害,還會(huì)導(dǎo)致應(yīng)答器遭受損壞,使無線電探測(cè)器無信號(hào)。假如在探測(cè)上方高空發(fā)生雷暴或即將移動(dòng)至探測(cè)器所處地方的上空時(shí),需禁止在此處進(jìn)行放球探測(cè);即使已經(jīng)到了指定放球探測(cè)時(shí)間,也要等待雷電強(qiáng)度變?nèi)趸蚶纂娨苿?dòng)到氣象測(cè)站高空風(fēng)的相反方向上,然后才能進(jìn)行探測(cè)。

    一般來說,探測(cè)人員能夠憑借對(duì)積雨云的移動(dòng)趨勢(shì)以及高空風(fēng)的具體情況來判斷雷電活動(dòng)軌跡。例如,若本氣象臺(tái)站有雷電活動(dòng),高空存在西南風(fēng),西南部的積雨云往往會(huì)移到本測(cè)站上方區(qū)。探測(cè)人員要認(rèn)真探測(cè)雷電活動(dòng),避免氣球釋放后進(jìn)入活動(dòng)區(qū)因雷擊導(dǎo)致重新放球。當(dāng)然,L波段雷達(dá)都有避雷裝置。雷電很少會(huì)損壞無線電探空儀,應(yīng)充分考慮探測(cè)人員的安全性。一旦出現(xiàn)雷電活動(dòng),受閃電強(qiáng)電磁帶來的干擾,無線電探空儀的信號(hào)會(huì)若隱若現(xiàn),呈不穩(wěn)定性,這時(shí)探測(cè)人員要仔細(xì)觀察,盡量確保信號(hào)處于正常接收狀態(tài),若連續(xù)4 min仍未獲得有效數(shù)據(jù),應(yīng)重新放球[7]。

    5 提升高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)質(zhì)量的建議

    5.1 認(rèn)真選取放球點(diǎn),確保放球順利開展

    在高空氣象探測(cè)過程中,氣象臺(tái)站需要仔細(xì)觀測(cè)、剖析地面風(fēng)向及風(fēng)速等氣象要素,根據(jù)觀測(cè)到的具體情況挑選適宜的放球點(diǎn)位置[8]。一旦遭遇惡劣天氣,應(yīng)仔細(xì)掌握氣球釋放后的運(yùn)行狀況,以便于在自動(dòng)抓球失敗后可以及時(shí)選擇手動(dòng)的方式進(jìn)行抓球。釋放人員放球后要對(duì)氣球保持跟蹤狀態(tài),依據(jù)操作規(guī)范觀察探空氣球。放球時(shí)還需及時(shí)與放球工作人員進(jìn)行仔細(xì)溝通,保證放球工作的高效開展,最大程度地降低高空氣象探測(cè)錯(cuò)誤率[9]。

    5.2 加強(qiáng)高素質(zhì)探測(cè)人才的培養(yǎng)

    氣象臺(tái)站應(yīng)當(dāng)根據(jù)高空氣象探測(cè)業(yè)務(wù)實(shí)際,強(qiáng)化高素質(zhì)探測(cè)人才的培養(yǎng)。要求探測(cè)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)地面以及高空探測(cè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí),熟練掌握地面以及高空觀測(cè)知識(shí),加強(qiáng)高空氣象探測(cè)實(shí)踐演練,增強(qiáng)應(yīng)急處置能力,以便在強(qiáng)對(duì)流天氣下及時(shí)采取有效措施進(jìn)行應(yīng)對(duì),確保高空氣象業(yè)務(wù)質(zhì)量。

    5.3 加強(qiáng)高空探測(cè)儀器的維護(hù)管理

    氣象臺(tái)站應(yīng)注重高空探測(cè)儀器的維護(hù)管理,相關(guān)人員要掌握L波段雷達(dá)的基本原理,熟練記住其在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的發(fā)射機(jī)頻率、磁控管電流與接收機(jī)增益等相關(guān)參數(shù),若某些參數(shù)不正常,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn),確保探空儀、探測(cè)雷達(dá)以及氫氣球等設(shè)備保持正常運(yùn)行狀態(tài),正確操作探測(cè)儀器,對(duì)風(fēng)、氣壓、溫度等氣象要素進(jìn)行觀測(cè)。

    此外,經(jīng)過一定工作時(shí)間的使用后,雷達(dá)會(huì)因?yàn)槲酃?、腐蝕、生銹和霉變等原因造成故障,雷達(dá)的各種元器件在長期的風(fēng)吹日曬雨淋下也會(huì)變質(zhì),操作人員除了按使用說明書正常操作外,還必須對(duì)其進(jìn)行良好的維護(hù)管理,確保探測(cè)設(shè)備正常工作,獲取最真實(shí)可靠的氣象數(shù)據(jù)[10]。

    6 結(jié)束語

    高空氣象探測(cè)屬于綜合氣象觀測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分,在氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)、公共氣象服務(wù)等方面具有重要的作用。在高空氣象探測(cè)時(shí)經(jīng)常會(huì)碰上大風(fēng)、強(qiáng)降雨、雷暴等強(qiáng)對(duì)流天氣,給高空探測(cè)工作帶來負(fù)面影響。氣象觀測(cè)站的工作人員要加強(qiáng)對(duì)高空氣象探測(cè)技 術(shù)的學(xué)習(xí),總結(jié)工作中遇到的難題,及時(shí)解決問題,提升對(duì)突發(fā)災(zāi)害性天氣的應(yīng)急處置能力,確保高空氣象探測(cè)工作的高效、高質(zhì)量開展。

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    責(zé)任編輯:黃艷飛

    The Influence of Severe Convective Weather on the Detection of High Altitude Phenomenon and Countermeasures

    DAOREN Tuya (Xilinhot National Climate Observatory, Xilingol League, Inner Mongolia? 026000)

    Abstract With the advancement of science and technology and the continuous development of meteorological undertakings, my country's meteorological observation business has been greatly changed. As an important part of comprehensive meteorological observation work, the upper-air meteorological detection business generally covers observations from the ground to 30 000 m at different altitudes. Wind direction, air pressure, wind speed, humidity, temperature and other related meteorological information. The application of the L-band radar detection system has greatly improved the accuracy of high-altitude meteorological detection services in various regions of my country, and provided more valuable guidance for meteorological services such as weather forecasting, meteorological services, and climate change research. The weather forecast occupies a pivotal position. Based on the current situation of high-altitude meteorological detection at home and abroad and the characteristics of high-altitude meteorological detection and detection systems, This study explores the impact of strong convective weather such as strong winds, heavy rainfall, and lightning on high-altitude meteorological detection and its defense countermeasures, for reference by peers.

    Key words Severe convective weather; High-altitude weather detection; Impact; Defense countermeasures

    作者簡(jiǎn)介 道仁圖婭(1987—),女,內(nèi)蒙古通遼人,本科,助理工程師,主要從事綜合觀測(cè)工作。

    收稿日期 2021-11-10

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