張聰娥

（陜西省氣象信息中心，西安 710014）

影響高空探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素分析

張聰娥

（陜西省氣象信息中心，西安 710014）

為全面提高高空探測(cè)質(zhì)量，從探測(cè)環(huán)境、雷達(dá)保障能力、低空丟球、儀器變性等方面分析了目前影響高空探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素，并就各因素對(duì)記錄造成的影響提出改進(jìn)措施或建議。

高空探測(cè)質(zhì)量；探測(cè)環(huán)境；雷達(dá)保障能力；低空丟球；儀器變性

自從L波段二次測(cè)風(fēng)雷達(dá)—電子探空儀高空氣象探測(cè)系統(tǒng)在陜西漢中、安康、涇河、延安4個(gè)高空站陸續(xù)投入業(yè)務(wù)使用以來(lái)，全省探測(cè)質(zhì)量明顯提高，但該系統(tǒng)也存在一些不穩(wěn)定因素，對(duì)L波段高空探測(cè)系統(tǒng)近年來(lái)資料審核發(fā)現(xiàn)，記錄中經(jīng)常出現(xiàn)因障礙物遮擋、電磁信號(hào)干擾而影響雷達(dá)探測(cè)精度，使探測(cè)數(shù)據(jù)可信度降低，部分記錄不能使用而缺測(cè)，嚴(yán)重時(shí)甚至迫使探測(cè)工作無(wú)法進(jìn)行；或因雷達(dá)故障、低空丟球及儀器變性等原因，造成記錄缺測(cè)無(wú)法彌補(bǔ)，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在儀器換型初期有很多專家和探測(cè)人員從儀器準(zhǔn)備、氣球充灌、質(zhì)量控制等方面對(duì)影響高空探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素作了分析闡述［1－6］。以陜西4個(gè)探空站為例，對(duì)造成記錄不完整而影響探測(cè)質(zhì)量的因素綜合分析，為提高探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量提供參考。

1 探測(cè)環(huán)境

L波段高空探測(cè)系統(tǒng)作為59－701系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其自動(dòng)化水平和探測(cè)精度不容置疑，但該系統(tǒng)對(duì)探測(cè)環(huán)境 （地理環(huán)境和電磁環(huán)境）有嚴(yán)格的技術(shù)要求，若環(huán)境不符合要求，會(huì)影響雷達(dá)的探測(cè)精度，使探測(cè)數(shù)據(jù)可信度降低，造成部分或全部記錄缺測(cè)。

1.1 地理環(huán)境 （障礙物遮擋）

高空氣象探測(cè)規(guī)范規(guī)定： “采用定向天線（雷達(dá)）觀測(cè)系統(tǒng)的高空氣象觀測(cè)站應(yīng)四周開(kāi)闊，障礙物對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)天線形成的遮擋仰角不得高于5°，特別是觀測(cè)站盛行風(fēng)下風(fēng)方向120°范圍內(nèi)的障礙物對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的天線形成的遮擋仰角不得高于2°”［7］。但是，隨著經(jīng)濟(jì)和城市的發(fā)展，觀測(cè)站四周到處高樓林立，探測(cè)環(huán)境面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。目前，陜西漢中、安康、涇河3個(gè)高空站的探測(cè)環(huán)境不同程度受到影響 （延安2010年12月經(jīng)過(guò)一次遷站，探測(cè)環(huán)境比較穩(wěn)定）。記錄審核中發(fā)現(xiàn)，秋冬季經(jīng)常出現(xiàn)仰角、方位角跳變，探空信號(hào)模糊不清，大量記錄缺測(cè)影響探測(cè)質(zhì)量的情況。這是由于秋冬季高空風(fēng)大仰角低，當(dāng)障礙物對(duì)雷達(dá)的遮擋角大于雷達(dá)實(shí)際工作仰角時(shí)就會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾，使雷達(dá)跟蹤精度降低，探空信號(hào)削弱，造成干擾段數(shù)據(jù)可信度降低而缺測(cè)。而且這種干擾出現(xiàn)的時(shí)間和高度是不確定的，它和高空風(fēng)的變化特征有關(guān)。如漢中站每年秋冬季當(dāng)雷達(dá)仰角大約在6°～8°、方位角在89°～107°時(shí)就會(huì)出現(xiàn)上述干擾現(xiàn)象，而且每月至少十幾次受到干擾，造成不完整記錄。

圖1為漢中站無(wú)障礙物和有障礙物干擾時(shí)的綜合探測(cè)雷達(dá)、氣壓高度對(duì)比曲線。從圖1a可以看出，當(dāng)沒(méi)有障礙物干擾時(shí)，L波段探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)精度較高，雷達(dá)高度和氣壓高度曲線基本重合；圖1b為有障礙物干擾時(shí)雷達(dá)、氣壓高度對(duì)比曲線，這時(shí)因雷達(dá)信號(hào)受障礙物遮擋干擾而衰減，測(cè)角、測(cè)距精度降低，雷達(dá)高度和氣壓高度相差較大 （差值達(dá)2～3km），兩條曲線嚴(yán)重背離，51～59min測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)有誤而缺測(cè)，導(dǎo)致70 hPa、18～20km風(fēng)數(shù)據(jù)缺測(cè)；50min9s～56 min50s探空數(shù)據(jù)有誤而缺測(cè)，導(dǎo)致70hPa、第17特性層溫度、濕度等數(shù)據(jù)缺測(cè)，影響了探測(cè)數(shù)據(jù)的完整性。

圖1 漢中站2013－06－17無(wú)障礙物 （a）和2013－12－31有障礙物 （b）雷達(dá)、氣壓高度對(duì)比曲線

1.2 電磁環(huán)境 （電磁干擾）

高空氣象探測(cè)規(guī)范規(guī)定：“高空氣象觀測(cè)站的電磁環(huán)境應(yīng)滿足觀測(cè)系統(tǒng)的要求。氣象探空系統(tǒng)所使用的無(wú)線電頻段由國(guó)家無(wú)線電頻率管理部門審定，不允許其他部門或個(gè)人非法使用”［9］。信息化、現(xiàn)代通信的飛速發(fā)展，各種無(wú)線電信號(hào)紛繁復(fù)雜，無(wú)處不在，這些外來(lái)電磁信號(hào)進(jìn)入探測(cè)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)使目標(biāo)源假性移位，雷達(dá)定位精度降低，從而影響雷達(dá)探測(cè)精度，特別是同頻干擾，時(shí)常淹沒(méi)主信號(hào)，造成無(wú)法接收主信號(hào)或使雷達(dá)接收信號(hào)產(chǎn)生錯(cuò)誤，使探空飛點(diǎn)增多、測(cè)風(fēng)丟球，造成記錄缺測(cè)。如西安涇河站2010年11月01時(shí)單獨(dú)測(cè)風(fēng)，受臨潼某軍用探測(cè)系統(tǒng)同頻干擾源影響，造成8個(gè)時(shí)次部分記錄數(shù)據(jù)有誤而缺測(cè)，探測(cè)被迫終止。

建議生產(chǎn)廠家改善和優(yōu)化雷達(dá)性能指標(biāo)，提高雷達(dá)抗干擾能力；高空探測(cè)站要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，愛(ài)護(hù)、保護(hù)探測(cè)環(huán)境；將L波段雷達(dá)探測(cè)環(huán)境保護(hù)范圍和標(biāo)準(zhǔn)報(bào)送當(dāng)?shù)卣坝嘘P(guān)部門備案并納入當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃和建設(shè)部門審批的內(nèi)容；做好有關(guān)保護(hù)探測(cè)環(huán)境知識(shí)宣傳工作；密切注意、監(jiān)測(cè)測(cè)站四周環(huán)境的變化情況；定期請(qǐng)有關(guān)專業(yè)機(jī)構(gòu) （省無(wú)線電管理委員會(huì)）對(duì)站址電磁環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，確保臺(tái)站周圍沒(méi)有電磁干擾源。如發(fā)現(xiàn)探測(cè)環(huán)境嚴(yán)重惡化而影響資料準(zhǔn)確性，應(yīng)立即采取有效措施或報(bào)請(qǐng)上級(jí)主管部門解決。

2 雷達(dá)保障能力

雷達(dá)的工作狀態(tài)是高空探測(cè)資料完整性的首要保障，雷達(dá)的日常維護(hù)和保養(yǎng)、備件的及時(shí)供應(yīng)以及機(jī)務(wù)人員的技術(shù)保障是保證雷達(dá)正常工作的根本。

2.1 備件保障

L波段雷達(dá)作為一種新型探測(cè)設(shè)備，還處于使用的初級(jí)階段，其性能存在一定的不穩(wěn)定因素，雷達(dá)隨時(shí)可能突發(fā)故障，造成遲放、重放或記錄缺測(cè)。所以，備件和備份設(shè)備的保障很重要。實(shí)際工作中發(fā)生過(guò)因無(wú)備件儲(chǔ)備導(dǎo)致記錄缺測(cè)的例子。如某高空站曾因雷達(dá)故障無(wú)配件修復(fù)，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行高空風(fēng)探測(cè)，啟用經(jīng)緯儀觀測(cè)，造成連續(xù)三個(gè)時(shí)次探測(cè)高度只有幾千米，其中連續(xù)兩個(gè)時(shí)次高度未達(dá)500hPa，給探測(cè)工作造成了不可彌補(bǔ)的損失。

2.2 技術(shù)保障

L波段雷達(dá)集成化程度較高，高新技術(shù)含量較高，維護(hù)和維修技術(shù)尚處于摸索階段，故障發(fā)生后難以駕馭，機(jī)務(wù)保障一直是高空探測(cè)工作的薄弱環(huán)節(jié)。實(shí)際工作中多次發(fā)生雷達(dá)故障找不出原因而未能及時(shí)修復(fù)，造成記錄缺測(cè)。如某高空站有一段時(shí)間經(jīng)常發(fā)生仰角、方位角跳變又找不出具體故障原因，造成部分記錄不能使用而缺測(cè)；某高空站因未及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷達(dá)故障，錯(cuò)過(guò)了啟動(dòng)應(yīng)急接收設(shè)備的時(shí)間，探空、測(cè)風(fēng)高度未達(dá)500hPa，可用記錄只有7.5min，探測(cè)高度不到3km。

臺(tái)站應(yīng)保障雷達(dá)各種配件、元器件、電路板隨時(shí)有備件并對(duì)備件情況進(jìn)行登記，做到心中有數(shù)，雷達(dá)發(fā)生故障時(shí)可及時(shí)更換問(wèn)題部件，排除故障；保障L波段雷達(dá)應(yīng)急接收設(shè)備處于熱備份，以保證主設(shè)備故障時(shí)可隨時(shí)啟用；定期對(duì)雷達(dá)進(jìn)行日常清潔、維護(hù)、保養(yǎng)，使雷達(dá)保持良好的性能，確保雷達(dá)處于最佳工作狀態(tài)，減少故障發(fā)生的概率；機(jī)務(wù)保障人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)、了解雷達(dá)整機(jī)結(jié)構(gòu)以及各部件的性能、指標(biāo)、工作原理，掌握雷達(dá)電氣性能，尋找正確的故障定位方法，逐步提高機(jī)務(wù)保障水平；加強(qiáng)對(duì)機(jī)務(wù)保障人員的技術(shù)培訓(xùn)，增強(qiáng)保障能力；加強(qiáng)技術(shù)保障體系的建設(shè)，利用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與有關(guān)廠家、省局大氣探測(cè)技術(shù)保障中心建立遠(yuǎn)程技術(shù)支持和互動(dòng)平臺(tái)，進(jìn)行技術(shù)咨詢，在他們的指導(dǎo)下查找原因，排除故障。

3 低空丟球

L波段雷達(dá)高度自動(dòng)化的測(cè)角、測(cè)距和目標(biāo)跟蹤是其一大優(yōu)勢(shì)，但是由于雷達(dá)測(cè)角技術(shù)指標(biāo)的限制，低空經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高仰角過(guò)頂卡死 （雷達(dá)天線仰角、方位 “鎖死”不動(dòng)）、大風(fēng)時(shí)低仰角雷達(dá)自動(dòng)跟蹤失誤的情況，必須切換到手動(dòng)方式找回目標(biāo)，而L波段雷達(dá)采取了垂直極化方式，波瓣寬度比701雷達(dá)窄，人工抓球成功率低，找回目標(biāo)比較困難，所以，低空丟球的情況比以前明顯增多，而且丟球時(shí)間較長(zhǎng)，用小球很難補(bǔ)回缺測(cè)資料，造成500hPa以下測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間缺測(cè)。

建議生產(chǎn)廠家改進(jìn)雷達(dá)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化測(cè)角部件性能指標(biāo)；探測(cè)人員平時(shí)在工作中善于總結(jié)，逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，訓(xùn)練抓球基本功。審核中發(fā)現(xiàn)，同樣的低空高仰角過(guò)頂雷達(dá)卡死或低仰角雷達(dá)自動(dòng)跟蹤失誤丟球的情況，有的探空員能在較短時(shí)間內(nèi)找回目標(biāo)而有的卻不能，因此，探空員平時(shí)要多查看、了解本站近期高空和地面數(shù)據(jù)，熟悉和掌握本站地面和高空風(fēng)特征，這樣才能準(zhǔn)確判斷氣球漂移趨勢(shì)，練就過(guò)硬的抓球技術(shù)，隨時(shí)應(yīng)對(duì)低空丟球事件，盡力減小資料缺測(cè)損失，提高自身綜合業(yè)務(wù)能力；已經(jīng)造成低空 （500hPa以下）記錄缺測(cè)且失測(cè)時(shí)間大于5min，如果可確定在規(guī)定時(shí)間內(nèi)補(bǔ)回全部失測(cè)資料，則立即補(bǔ)放小球補(bǔ)測(cè)，否則，應(yīng)果斷重放球，盡力避免資料缺測(cè)損失。

4 儀器變性

GTS1型數(shù)字式探空儀整體性能較穩(wěn)定，但也不排除少量的質(zhì)量問(wèn)題。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)溫、壓、濕傳感器有變性情況發(fā)生，具體表現(xiàn)為數(shù)據(jù)嚴(yán)重跳變，這種跳變和干擾引起的跳變有本質(zhì)區(qū)別，溫度、高度或濕度與前后時(shí)次比較明顯異常，如從某時(shí)刻起1s內(nèi)溫度從－56.3℃跳變?yōu)椋?8.2℃ （之后按此數(shù)值規(guī)律變化直至球炸），嚴(yán)重時(shí)跳變到－90℃直至球炸保持不變，這是典型的溫度傳感器變性，從變性時(shí)刻起到球炸這段記錄不能使用，只有刪除置為缺測(cè)，造成記錄不完整。還有一種情況是測(cè)站有強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)境，儀器遇雷擊引起傳感器變性，這種情況較少。

建議生產(chǎn)廠家提高探空儀整機(jī)質(zhì)量，穩(wěn)定儀器性能，特別是增強(qiáng)探空儀抗雷擊性能；探測(cè)人員要嚴(yán)格按規(guī)范要求做好探空儀施放前的準(zhǔn)備工作，特別是做好濕度片高濕到低濕的老化；如遇雷暴天氣應(yīng)適當(dāng)推遲放球，避免儀器變性發(fā)生。

5 其它因素

探測(cè)人員的責(zé)任心、業(yè)務(wù)素養(yǎng)以及相互協(xié)作也是影響資料完整性的因素，儀器正點(diǎn)施放后，主、副班要密切配合并時(shí)刻觀察使目標(biāo)始終處于攝像機(jī)鏡頭中心位置，以防丟球?qū)е聹y(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)缺測(cè)；要隨時(shí)觀察雷達(dá)工作狀態(tài)，注意溫、壓、濕氣象碼接收是否正常，出現(xiàn)亂碼時(shí)，調(diào)整頻率并及時(shí)啟動(dòng)質(zhì)量控制模塊糾正飛點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，障礙物遮擋、電磁干擾、雷達(dá)保障能力不足、低空丟球、儀器變性等都有可能造成記錄缺測(cè)，導(dǎo)致探測(cè)資料不完整，影響高空探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。保護(hù)探測(cè)環(huán)境，增強(qiáng)雷達(dá)機(jī)務(wù)保障能力，訓(xùn)練和掌握抓球基本功，增強(qiáng)責(zé)任心，是提高高空探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的保證。

［1］劉永蓮.L波段雷達(dá)—電子探空儀系統(tǒng)的幾點(diǎn)實(shí)用技巧 ［J］.廣西氣象，2004 （4）：44－45.

［2］李銀蓮，劉永峰，趙秋生 .淺談高空氣象探測(cè)高度 ［J］.山西氣象，2006 （4）：45－46.

［3］劉朝暉，張曉平 .L波段高空氣象探測(cè)資料質(zhì)量控制要點(diǎn) ［J］.山東氣象，2007，27 （4）：31－32.

［4］梁建平，韋麗英，王成剛，等 .新型高空探測(cè)系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)預(yù)審要點(diǎn) ［J］.氣象研究與應(yīng)用，2009，30 （2）：66－68.

［5］許兵甲，潘志平，黃紅梅 .L波段雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)使用中常見(jiàn)問(wèn)題處理 ［J］.氣象水文海洋儀器，2009 （4）：102－106.

［6］劉芳霞，郭江峰 .高空觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)質(zhì)量控制軟件的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用 ［J］.陜西氣象，2011 （6）：18－20.

［7］中國(guó)氣象局 .常規(guī)高空氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)規(guī)范 ［M］.北京：氣象出版社，2010：2.

P412.25

B

張聰娥 .影響高空探測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素分析 ［J］.陜西氣象，2014（3）：26－29.

1006－4354 （2014）03－0026－04

2014－01－24

張聰娥 （1963—），女，漢族，陜西戶縣人，學(xué)士，工程師，從事高空氣象資料、報(bào)表審核。