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第二节 高空气象探测

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常规高空气象探测是指采用气球携带无线电探空仪,以自由升空方式对自地球表面到几万米高度空间的大气气象要素(气压、温度、湿度)和运动状态(风向、风速)等的变化进行观测、收集、处理的活动和工作过程。
一、高空气象探测网
1986—1989年,高空气象探测站分为二级:一级站是无线电探空站,利用无线电探空仪和雷达对高空气象状态每天进行两次定时综合观测、发报,有的站02时、14时增测高空风;二级站是测风站,利用光学经纬仪和气球,只对高空风每天进行两次定时观测。1986年,山东省有济南、青岛、成山头3个探空站和龙口、沂源、菏泽3个测风站。1988年,沂源、菏泽两个站停止高空测风。
1989年9月,国家气象局《地基气象探测系统发展方案》将高空气象探测站分为三级:一级站每天进行2次探空,4次或3次雷达测风观测;二级站每天进行2次探空、雷达测风观测;三级站为测风站,每天进行2次高空测风观测。济南、青岛为一级站,成山头为二级站,龙口为三级站。1990年1月1日起,济南、青岛两个站停止14时高空风观测;龙口站停止高空风观测。1991年1月1日起,济南站停止02时高空风观测。
2003年7月,济南高空站迁至章丘。2005年,章丘、青岛、成山头3个高空站每天08时、20时进行探空和高空风观测,青岛站每天02时进行高空风观测。
二、高空气象探测业务
(一)高空气象探测技术规范
1986—1988年,高空探空和测风观测均执行中央气象局编发的高空气象探测手册和规范。1989年4月,国家气象局编制《高空气象探测规范》第四分册下发各高空站执行。该分册是使用PC-1500计算机半自动处理探空、测风记录的部分。2003年1月起,执行中国气象局印发的《常规高空气象探测规范(试行)》。2005年2月,开始执行中国气象局编发的《L波段(1)型高空气象探测系统业务操作手册》。该《手册》是对L波段(1)型高空气象探测系统软件编制和使用的说明,是高空气象探测系列规范之一。
(二)高空气象探测场地
高空气象探测场地由放球场地、雷达和探空基测场组成。其四周应开阔,障碍物对探测系统的天线形成的遮挡仰角不得高于5度,特别是测站盛行风下风方向120度内的障碍物对天线形成的遮挡仰角不得高于2度。在半径50米范围内要求平坦空旷,无架空电线、建筑、林木等障碍物。
(三)高空气象探测设备
1.探空仪
探空仪是由探空气球搭载升空,用敏感元件直接测量大气压力、温度和相对湿度,并通过无线电信号将数据传回地面接收站的无线电遥测仪。高空站使用的探空仪,先后有59型探空仪和GTS1型电子探空仪两种。
59型探空仪与地面701型二次测风雷达相配合,对地面至30千米甚至更高范围内大气层不同高度的气压、温度、相对湿度和风向、风速进行探测。青岛、济南高空站自1986年至2003年6月和7月,成山头高空站自1986年至2005年12月,均使用59型探空仪进行高空气象探测。
GTS1型电子探空仪具有探测精度高、采样速度快、抗干扰能力强等特点,实现了数字化、模块化,整体性能接近20世纪90年代中期世界同类产品先进水平。青岛、济南高空站分别于2003年7月和8月使用GTS1型电子探空仪进行观测。
2.测风雷达
测风雷达是探测高空风的专用雷达。气球携带回答器(或反射靶)升空,当雷达天线对准气球时,发出询问脉冲,并能立即接收到回答脉冲(或反射脉冲)。根据回答脉冲和询问脉冲的时间间隔可确定气球距雷达的直线距离,再根据天线的方位和仰角,即可确定气球的空间位置。由气球运动轨迹可计算得到各高度的风向和风速。20世纪60年代末,中国自行设计研制了701测风雷达,青岛、济南、成山头高空站先后于1974年9月、1976年5月、1979年7月开始使用701雷达进行高空探测。
1992—1994年,青岛高空站将车载式701型测风雷达升级改造为室内701C型测风雷达,实现了探测数据的自动接收与处理。1999年12月以后,全省3个高空站相继使用“59-701”微机数据处理系统,对高空气象要素采集、处理、存储的自动化程度都有较大提高。
随着气象现代化的发展,青岛、济南高空站先后于2003年7月和8月开始使用L波段(1)型高空气象探测系统。该系统使用GFE(L)1型二次测风雷达,替代了使用多年的701雷达;GFE(L)1型二次测风雷达与GTS1型数字电子探空仪配合,可测定地面至30千米范围的高空风向、风速、气压、温度、湿度等气象要素,实现了自动跟踪探空气球,自动采集、处理、存储探测的气象要素数据,提高了探测精度、时效和探测信息的空间与时间密度。