強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)高空氣象探測(cè)的影響及應(yīng)對(duì)策略探究

才讓羅加 郭航

摘要：強(qiáng)對(duì)流天氣是在我國(guó)各地經(jīng)常出現(xiàn)的一類災(zāi)害性天氣，主要在對(duì)流云系或單體對(duì)流云塊中出現(xiàn)，屬于中小尺度天氣系統(tǒng)。強(qiáng)對(duì)流天氣持續(xù)時(shí)間短、突發(fā)性強(qiáng)、來(lái)勢(shì)兇猛，對(duì)高空氣象探測(cè)作業(yè)的影響較大。本文分析了大風(fēng)、強(qiáng)雷暴、強(qiáng)降雨等強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)高空氣象探測(cè)所產(chǎn)生的影響，并給出具有針對(duì)性的防范對(duì)策。以期能有效降低強(qiáng)對(duì)流天氣帶來(lái)的不利影響，提升高空氣象探測(cè)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)對(duì)流天氣；高空氣象探測(cè)；影響；應(yīng)對(duì)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速提升，各種現(xiàn)代化的觀測(cè)儀器設(shè)備在氣象觀測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，使高空氣象探測(cè)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，為天氣評(píng)估提供更加具有準(zhǔn)確性和可靠性的依據(jù)。但在高空氣象探測(cè)過(guò)程中，復(fù)雜的強(qiáng)對(duì)流天氣情況時(shí)有發(fā)生，如暴雨、雷電、狂風(fēng)、強(qiáng)降雨、大霧等天氣的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此，研究強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)的原因和應(yīng)對(duì)策略，對(duì)有效降低其產(chǎn)生的影響，提升強(qiáng)對(duì)流天氣下的高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量具有積極作用。

1? ? 強(qiáng)對(duì)流天氣概述

強(qiáng)對(duì)流天氣是指破壞性大、出現(xiàn)迅速和變化突然的中小尺度天氣系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是突發(fā)性強(qiáng)、影響范圍小，生命史較短，長(zhǎng)則幾小時(shí)或十幾小時(shí)，少則只有幾分鐘。在出現(xiàn)時(shí)大都伴隨著強(qiáng)降雨、雷暴大風(fēng)、冰雹等天氣，屬于殺傷性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣。強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)的原因是空氣垂直運(yùn)動(dòng)引起的，而夏季午后出現(xiàn)典型強(qiáng)對(duì)流天氣的頻率較高，由于地面不斷吸收白天來(lái)自太陽(yáng)發(fā)射的短波輻射，使得地溫增加幅度較大，隨后地面則會(huì)將熱量向空氣中釋放，低層空氣和地球表面在吸收能量后，會(huì)導(dǎo)致空氣溫度上升，根據(jù)熱脹冷縮原理，此時(shí)的空氣體積膨脹，密度減少，整個(gè)空氣始終位于不穩(wěn)定的狀態(tài)下，密度較小的空氣則會(huì)有上升運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)，而在最上層則漂浮有密度較小的空氣。因強(qiáng)對(duì)流天氣種類較多，其出現(xiàn)的原因也有一定差異，主要受到天氣熱力和空氣動(dòng)力的共同作用。

另外，不同地區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)時(shí)間也不盡相同，南方強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)時(shí)間要比北方提前，且強(qiáng)對(duì)流天氣大都在春、夏、秋三季出現(xiàn)，冬季很少有強(qiáng)對(duì)流天氣。從春季過(guò)渡到夏季這段時(shí)間出現(xiàn)龍卷風(fēng)天氣的概率較大，而在每年2～5月份，也就是冷暖空氣交匯階段極易出現(xiàn)冰雹。由于龍卷風(fēng)持續(xù)時(shí)間短、破壞力強(qiáng)和風(fēng)力大，其產(chǎn)生的破壞僅次于暴雨洪澇、地震、臺(tái)風(fēng)。強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)嚴(yán)重危害著人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的正常開(kāi)展，還會(huì)阻礙國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐。為了將強(qiáng)對(duì)流天氣造成的危害降到最低，應(yīng)不斷提升對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的預(yù)報(bào)水平。

2? ? 影響高空氣象探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素

強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)時(shí)，會(huì)同時(shí)伴隨雷暴、冰雹、強(qiáng)降雨、龍卷風(fēng)等天氣出現(xiàn)，可將其看做是短期災(zāi)害性天氣。其中在出現(xiàn)雷暴時(shí)，會(huì)造成高空處的氣象傳感器出現(xiàn)變形；若是出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣，會(huì)造成傳感器接收高空氣象數(shù)據(jù)異常；而在強(qiáng)風(fēng)天氣出現(xiàn)時(shí)，極易引發(fā)高空氣象探測(cè)儀器與上風(fēng)向的障礙物之間發(fā)生碰撞。這些都嚴(yán)重影響高空氣象探測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，其主要影響因素：

第一，雷達(dá)故障影響。L波段探測(cè)雷達(dá)作為一種新型的探測(cè)設(shè)備，目前在我國(guó)的使用仍處于初級(jí)階段，因而雷達(dá)突發(fā)故障時(shí)有發(fā)生。雷達(dá)故障使高空探測(cè)出現(xiàn)重放、遲放球等情況，如果大氣探測(cè)中沒(méi)有備件準(zhǔn)備而造成數(shù)據(jù)缺測(cè)則會(huì)給高空探測(cè)工作造成一定的損失。另雷達(dá)的集成化程度和技術(shù)含量高，對(duì)維修也尚處于摸索階段，因而在實(shí)際探測(cè)中因雷達(dá)出現(xiàn)故障不能及時(shí)得到修復(fù)，是的探測(cè)數(shù)據(jù)記錄缺測(cè)，影響高空探測(cè)質(zhì)量。第二，計(jì)算機(jī)故障影響。在高空氣象探測(cè)過(guò)程中，雷達(dá)采集到的資料會(huì)被存儲(chǔ)在電腦硬盤(pán)中，因此，計(jì)算機(jī)的正常工作對(duì)于保障雷達(dá)的正常工作至關(guān)重要。在放球之前，計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，會(huì)造成遲放球、重放球和報(bào)文漏測(cè)，對(duì)探測(cè)的質(zhì)量造成很大的影響。第三，探空儀受損影響。由于受到氣壓、高度等因素的影響，探空儀傳感器會(huì)出現(xiàn)變性的情況，使觀測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)生嚴(yán)重跳變，如每一時(shí)刻1 s內(nèi)溫度從-52 ℃跳變得到40 ℃，這種異常跳變就是探空儀溫度傳感器變性的表現(xiàn)，從變性到氣球爆炸的這段時(shí)間內(nèi)的探測(cè)數(shù)據(jù)記錄都是缺測(cè)，缺測(cè)會(huì)使高空氣象探測(cè)質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。此外，為了進(jìn)一步增強(qiáng)高空氣象探空儀的探測(cè)精度和數(shù)據(jù)采樣率，以更好地緩解儀器壓力和重量，在設(shè)計(jì)儀器的過(guò)程中，制造商主要選用具有數(shù)字化、電子化和模塊化特征的儀器，其對(duì)雷暴的反應(yīng)十分敏感。但強(qiáng)對(duì)流天氣出現(xiàn)在探空儀器周圍，一旦釋放儀器之后會(huì)進(jìn)入到較大的積雨云中，而傳感器等電子元件在遭受到雷雨、雷電釋放的強(qiáng)烈回波電流后，將會(huì)對(duì)傳感器電子元件造成損壞，進(jìn)而造成信號(hào)轉(zhuǎn)換板消失或者是傳感器電子元件受損，此時(shí)觀測(cè)到的氣象要素會(huì)發(fā)生跳變，降低準(zhǔn)確性水平。

因此，在實(shí)際的高空氣象探測(cè)中，一旦遇到強(qiáng)對(duì)流天氣現(xiàn)象，探測(cè)人員應(yīng)結(jié)合雷達(dá)強(qiáng)度和雷達(dá)回波移動(dòng)速度，適當(dāng)推遲釋放球時(shí)間。若是探測(cè)終止高度未達(dá)到500 hPa高處，需第一時(shí)間組織探測(cè)人員開(kāi)展補(bǔ)放氣球，重新進(jìn)行高空氣象探測(cè)，從而有效降低強(qiáng)對(duì)流天氣帶來(lái)的不利影響，提高高空探測(cè)質(zhì)量。

3? ? 強(qiáng)對(duì)流天氣對(duì)各種高空氣象探測(cè)的影響及應(yīng)對(duì)

3.1 大風(fēng)天氣時(shí)的影響及應(yīng)對(duì)

若是在釋放氣球的過(guò)程中遇到大風(fēng)天氣，而探空氣施放點(diǎn)恰好位于大風(fēng)上風(fēng)處，探測(cè)雷達(dá)則在大風(fēng)下風(fēng)處位置，這種情況出現(xiàn)時(shí)會(huì)造成施放氣球后，氣球會(huì)從雷達(dá)上空飄移，很難確保雷達(dá)可以準(zhǔn)確跟蹤到探空氣球。因此，在大風(fēng)天氣中開(kāi)展放球的過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面的問(wèn)題：①若是在放球時(shí)風(fēng)速較大，探測(cè)人員需對(duì)風(fēng)向情況進(jìn)行判斷，并在大風(fēng)放球器的幫助下，避開(kāi)雷達(dá)上風(fēng)處選擇合適氣球施放位置。若是大風(fēng)天氣仍舊持續(xù)，即使借助于大風(fēng)放球器也于事無(wú)補(bǔ)，可以結(jié)合當(dāng)時(shí)的風(fēng)向，在風(fēng)速減小的瞬間來(lái)施放探空氣球。若是遇到颶風(fēng)或者是強(qiáng)對(duì)流天氣狀況下的大風(fēng)天氣，這種狀況下的大風(fēng)天氣持續(xù)時(shí)間較短，可以選擇大風(fēng)天氣結(jié)束后施放氣球。若是放球時(shí)遇到強(qiáng)風(fēng)暴天氣，位于高處的氣球極易出現(xiàn)下沉，探測(cè)人員需對(duì)當(dāng)時(shí)氣壓變化情況進(jìn)行密切關(guān)注，若是觀測(cè)到的氣壓值不足500 mbar，需做好重新放球操作，如充灌氣球、準(zhǔn)備探空儀器、浸泡電池等。若是氣球被高壓壓下來(lái)的不太明顯，可以觀察一段時(shí)間后等待氣球再次升空，同時(shí)需要將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)信息真實(shí)記錄下來(lái)；若是在該階段的探空儀器出現(xiàn)受損，需重新開(kāi)展該項(xiàng)工作。若是在施放氣球時(shí)在大風(fēng)天氣下，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)天氣情況，確定放球位置，防止因放球失敗影響探空。

若是在放球之前遇到大風(fēng)天氣，需要探測(cè)人員提前準(zhǔn)備好大風(fēng)放線器、熟知連接放球器和探空儀的技巧方法、氣球與探空儀的連接技巧、放球路線、結(jié)合當(dāng)時(shí)風(fēng)向情況選擇合適氣球施放點(diǎn)、放球之后的跟蹤要領(lǐng)。在利用放線器前，需全面查看儀器的持鉤和繞線板上的放球線線繩的連接是否牢固，同時(shí)還要對(duì)繞線板上的裂紋情況進(jìn)行檢查；在探空氣球施放時(shí)，應(yīng)避免系球充氣口的環(huán)形繩余線線頭過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)直接與放球線互相纏繞；在放球時(shí)，需對(duì)當(dāng)時(shí)風(fēng)向進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，隨后選擇合適的施放點(diǎn)，應(yīng)始終確保施放路線的暢通性水平。針對(duì)大風(fēng)天氣下的高空探測(cè)工作來(lái)說(shuō)，可以將專業(yè)技術(shù)強(qiáng)的雷達(dá)人員與經(jīng)驗(yàn)豐富的放球人員強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，以確保雷達(dá)可以成功跟蹤到探空氣球。若是高空探測(cè)中出現(xiàn)丟球現(xiàn)象，需要室外放球人員以目測(cè)方式對(duì)探空儀所處的方位角、仰角等進(jìn)行準(zhǔn)確判定，并第一時(shí)間告知室內(nèi)跟蹤操作人員。在能見(jiàn)度較低的情況下，且看不到探空氣球的身影時(shí)，此時(shí)將很難獲取到氣球的準(zhǔn)確位置，而室內(nèi)操作人員則可以借助于儀器預(yù)估氣球大致方位，此時(shí)還要結(jié)合雷達(dá)扇掃功能，將假定向情況排除出去，避免出現(xiàn)旁瓣跟蹤。

3.2 強(qiáng)雷暴天氣時(shí)的影響及應(yīng)對(duì)

通常情況下，雷暴天氣出現(xiàn)時(shí)大都具備高電壓和高電流的特點(diǎn)，且能量釋放時(shí)間短、危害性大，雷暴天氣會(huì)將地面儀器損壞，還會(huì)造成應(yīng)答器受損，使得探空儀沒(méi)有信號(hào)。因此，若是在高空氣象探測(cè)中遇到強(qiáng)雷暴天氣或者即將移動(dòng)到探測(cè)位置所處的高空區(qū)域內(nèi)，嚴(yán)禁進(jìn)行高空氣象探測(cè)；即使已經(jīng)到達(dá)指定高空氣象探測(cè)規(guī)定的氣球施放時(shí)間，也要等待一段時(shí)間，只有在強(qiáng)雷暴天氣減弱后或者是移動(dòng)到同臺(tái)站方向相反的位置后，才能夠?qū)馇蜻M(jìn)行施放。需要引起探測(cè)人員注意的是，在強(qiáng)雷暴天氣下應(yīng)盡量避免開(kāi)展放球工作，否則將會(huì)對(duì)高空氣象探測(cè)工作產(chǎn)生影響。另外，探測(cè)人員可以將高空風(fēng)運(yùn)動(dòng)及變化情況與積雨云進(jìn)行結(jié)合，以對(duì)雷暴運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行分析和判斷。例如，若是在本站雷暴天氣出現(xiàn)時(shí)，高空處以西南風(fēng)相關(guān)為主，而該方向上的積雨云則會(huì)朝著本站上方區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)，探測(cè)人員需對(duì)該地雷暴動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行密切監(jiān)視，避免探空氣球施放后進(jìn)入到強(qiáng)雷暴區(qū)域，或者是遭受雷擊，進(jìn)而造成重新放球。實(shí)際上，L波段探測(cè)雷達(dá)附件上大都進(jìn)行了防雷設(shè)計(jì)。因此，探空儀器很少遭受雷擊，但應(yīng)考慮到室外放球人員生命安全。在雷暴天氣出現(xiàn)時(shí)，受到雷電強(qiáng)電磁干擾的影響，將會(huì)造成無(wú)線電探空儀出現(xiàn)間歇性消失。在短時(shí)間內(nèi)，探測(cè)人員不應(yīng)放棄探測(cè)，可以在信號(hào)恢復(fù)正常后，也就是始終呈現(xiàn)接收狀態(tài)后繼續(xù)探測(cè)；若是這種現(xiàn)象持續(xù)5 min后仍舊不能接收到有效數(shù)據(jù)，需重新進(jìn)行探空作業(yè)。

3.3 強(qiáng)降雨天氣時(shí)的影響及應(yīng)對(duì)

若是在施放探空氣球時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，雨水將會(huì)附著在探空氣球表面，或者是氣球進(jìn)入到零度層后，由于不能及時(shí)脫落雨水形成的冰，會(huì)造成探空氣球重量增加；二是在探空氣球上升的過(guò)程中，由于雨水之間的碰撞作用，也會(huì)增加氣球上升阻力。不管是氣球重量或者是上升阻力增加，都會(huì)造成氣球升空速度下降，特別是充灌氣球時(shí)凈舉力沒(méi)有增加的情況下，結(jié)合凈舉力計(jì)算公式A=F浮-G氫-B，該公式中的A表示凈舉力，F(xiàn)浮則是探空氣球在空氣中的浮力，而G氫則是灌入到氣球內(nèi)部的氫氣重量，B則是附加物，如探空氣球外皮、探空儀和繩子等的總重量，根據(jù)計(jì)算算式，隨著附加物（B）數(shù)值的增加，凈舉力A會(huì)隨之減小，A可以將探空氣球上升及其上升快慢的情況表示出來(lái)，若是A≤0，說(shuō)明探空氣球不會(huì)上升，甚至?xí)S著時(shí)間的推移出現(xiàn)下沉，隨著時(shí)間的變化，氣壓值將不會(huì)下降，有時(shí)會(huì)有增加的情況出現(xiàn)；若是在探空氣球上升到500 hPa高度以下有下沉記錄出現(xiàn)，且之后下沉現(xiàn)象不再增加，在正點(diǎn)放球的75 min內(nèi)需對(duì)探空氣球進(jìn)行重新施放。在出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣時(shí)，探測(cè)人員需結(jié)合天氣雷達(dá)回波強(qiáng)度圖上的反射強(qiáng)度等級(jí)，提前判斷施放探空氣球時(shí)的降水量強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。需要引起探測(cè)人員注意的是，若是反射率數(shù)值不足35 dBz以下，出現(xiàn)小雨天氣的概率較高；若是反射率數(shù)值位于35～45 dBz之間，則說(shuō)明會(huì)出現(xiàn)中雨天氣；而反射率數(shù)值超過(guò)45 dBz，則可能會(huì)有大雨天氣出現(xiàn)；若是反射率數(shù)值在50 dBz以上，則說(shuō)明有強(qiáng)對(duì)流天氣，如雷雨、大風(fēng)、冰雹天氣出現(xiàn)。探測(cè)人員可以根據(jù)降水天氣強(qiáng)度，適當(dāng)增大凈舉力數(shù)值A(chǔ)，確保探空氣球施放之后可以繼續(xù)升空，避免出現(xiàn)下沉情況；若是最強(qiáng)回波過(guò)境出現(xiàn)在正點(diǎn)放球時(shí)刻，為了避開(kāi)最強(qiáng)降水時(shí)段，可延遲探空氣球施放時(shí)間。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高空氣象探測(cè)對(duì)掌握大風(fēng)、強(qiáng)雷暴、強(qiáng)降雨等強(qiáng)對(duì)流天氣變化以及氣象研究都有著重要的作用，由于高空探測(cè)的準(zhǔn)確性受多種因素的影響，如氣候條件的復(fù)雜多變，強(qiáng)降水、雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣的出現(xiàn)等等，因此在具體觀測(cè)過(guò)程中，需要根據(jù)影響高空氣象探測(cè)的不同因素采取相應(yīng)的策略，提升對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣下高空氣象探測(cè)的應(yīng)對(duì)和處理能力，從而有效降低強(qiáng)對(duì)流天氣帶來(lái)的不利影響，提升高空氣象探測(cè)質(zhì)量。

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