涂滿紅（中國氣象局氣象探測中心）

2011年，總裝備部和中國氣象局聯(lián)合啟動了基于“北斗”導航衛(wèi)星的大氣海洋和空間監(jiān)測預警應用示范工程。該項目主要包括高空氣象探測、地面水汽電離層監(jiān)測、海洋氣象探測領域和氣象信息發(fā)布系統(tǒng)。通過研發(fā)相關業(yè)務設備、應用軟件，形成一系列相關的規(guī)范和標準，全面提升我國導航衛(wèi)星氣象觀測水平，為氣象預報提供高精度、高時間分辨率、高可靠性的觀測資料；對提高氣象預警、預報能力，促進我國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)（以下簡稱“北斗”系統(tǒng)）在氣象領域的推廣應用具有重要意義。

1 示范項目啟動背景

中國是世界上氣象災害最為嚴重的國家之一，干旱、洪澇、臺風、高溫、冷害、沙塵暴等多種氣象災害頻繁發(fā)生，對國計民生影響很大，給社會經濟帶來嚴重損失。

黨中央、國務院領導高度重視氣象防災減災工作，近年來作出一系列重要指示和批示。要實現(xiàn)黨和國家對氣象防災減災的要求，關鍵是進一步提高監(jiān)測預報的準確性、災害預警的時效性。準確的監(jiān)測無疑需要先進的觀測技術和設備，準確的預報同樣需要觀測水平的提高和觀測數據的增加。幾十年來，國際上天氣預報水平的提高是和新技術特別是衛(wèi)星在氣象觀測上的應用離不開的。

衛(wèi)星導航定位技術應用在氣象觀測領域，可有效提高數值預報的精度。根據歐洲數值預報中心2008年對觀測資料相對預報的評估，GPS氣象觀測資料在27種氣象資料中對預報的相對貢獻居第4位，對24h預報準確率的貢獻為8%。

利用我國“北斗”系統(tǒng)進行氣象觀測系統(tǒng)建設，不僅可提高氣象觀測的準確性和自動化，趕上世界先進水平，而且可推動我國自主衛(wèi)星導航技術和終端產品在氣象觀測業(yè)務領域的廣泛應用。同時，利用“北斗”系統(tǒng)的短報文通信功能，可及時有效地把氣象預警信息發(fā)送到用戶手中，對提高災害預警的時效性和安全性，提高防災減災的效益，有著GPS不可比擬的優(yōu)勢。

“北斗”水汽電離層探測設備（左圖為接收數據及處理界面，右圖為室外接收天線和基座）

2 示范項目主要內容和時間節(jié)點

中國氣象局基于“北斗”導航衛(wèi)星的大氣海洋和空間監(jiān)測預警應用示范工程的主要內容包括：

1）高空氣象探測。利用“北斗”系統(tǒng)提升氣象探空系統(tǒng)觀測精度、自動化水平和應急觀測能力。

2）地面水汽電離層監(jiān)測。利用“北斗”系統(tǒng)提升現(xiàn)有水汽和電離層遙感探測系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

3）海洋氣象探測。利用“北斗”系統(tǒng)提供近海海洋氣象觀測新手段，解決海風海浪觀測資料匱乏問題。

4）氣象信息發(fā)布系統(tǒng)的建立。利用“北斗”系統(tǒng)的短報文通信功能解決常規(guī)通信手段覆蓋不到的偏遠地區(qū)氣象預警信息的發(fā)布問題。

該應用示范項目的時間節(jié)點如下：

? 2011年，開展總體設計，制定并提交項目實施方案，以及設計文檔和項目研發(fā)需求分析。

? 2012年，完成“北斗”探空和海浪探測設備樣機研發(fā)，完成“北斗”水汽電離層遙感探測接收機的試驗考核、設備選型定型和小批量采購，完成“北斗”預警終端的選型定型和小批量采購。

? 2013年，完成“北斗”探空定型、海浪探測設備定型考核、招標采購和系統(tǒng)建設，完成“北斗”水汽電離層遙感探測接收機的招標采購和系統(tǒng)建設，完成“北斗”預警系統(tǒng)的建設。

? 2014年，開展“北斗”探空、“北斗”水汽電離層探測、“北斗”海浪探測、“北斗”預警系統(tǒng)的試運行，評估總結和結題驗收。

3 示范項目實施目標

目前，我國氣象業(yè)務使用的L頻段雷達探空系統(tǒng)的風速誤差為±1m/s，風向誤差為±5°；而如果采用衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行測風，其風速誤差能達到±0.3m/s，風向誤差能達到±3°，精度明顯優(yōu)于L頻段雷達探空系統(tǒng)。從目前中國氣象局所做的相關試驗和比對分析結果來看，“北斗”系統(tǒng)在高空氣象探測方面的試驗效果與美國GPS系統(tǒng)的相當，可以滿足業(yè)務應用需求。

我國地面水汽電離層監(jiān)測業(yè)務使用的設備需要從國外進口，設備維護成本較高，平均維修時間多達3個月，使系統(tǒng)的維護困難較大。如果采用基于“北斗”系統(tǒng)的符合業(yè)務要求的國產設備，能夠有效減少設備維護和維修時間，降低系統(tǒng)建設費用和維護費用。

“北斗”/GPS型數字式GPS電子探空儀

利用“北斗”反射信號探測海風和海浪具有低成本、低功耗、全天候的特點，可實現(xiàn)對近海海風和海浪的觀測，提供高時間分辨率的海洋氣象觀測數據，為海洋氣象觀測提供了一種新的手段，而且這種手段維護成本較低，易于在業(yè)務中推廣應用。同時，還可應用于陸面土壤濕度的探測，為模式下墊面的參數化奠定基礎。

北京東方聯(lián)星科技有限公司生產的“北斗”多模導航芯片和模塊

因此，盡快研制出符合業(yè)務要求的相關“北斗”專業(yè)設備是“北斗”系統(tǒng)實現(xiàn)在氣象領域應用比較緊迫的重要一步。目前，參與氣象示范項目應用推廣涉及到多家單位，如北斗星通股份有限公司、中國華云技術開發(fā)公司、北京東方聯(lián)星科技有限公司、北京長峰聲表面波公司，南京大橋機器有限公司等。

4 結束語

如何進一步利用“北斗”衛(wèi)星導航資源來發(fā)展我國氣象事業(yè)是目前正在積極探索和研究的課題。除了正在實施的大氣海洋和空間監(jiān)測預警應用示范工程之外，中國氣象局還在積極開展“北斗”系統(tǒng)反射信號在海冰、海霧、地面土壤濕度反演等方面的試驗和研究。隨著“北斗”系統(tǒng)自身的發(fā)展，相信它在氣象領域的應用會越來越廣闊，將對我國氣象事業(yè)的發(fā)展起到越來越重要的支撐作用。