■ 匡昌武 張雪芬 黃斌 井高飛 高濤

近年來，隨著南海海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)的需要，南海海洋氣象觀測技術(shù)有了長足的發(fā)展，在部分海域初步建成了一個(gè)設(shè)備先進(jìn)、功能齊全的近海和島礁的海洋氣象綜合觀測系統(tǒng)。

經(jīng)過十幾年的建設(shè)，到2019年12月為止，海南省氣象部門已經(jīng)在南海海域建設(shè)了7個(gè)國家級地面自動(dòng)氣象站，25個(gè)海島自動(dòng)氣象站、3個(gè)船舶自動(dòng)氣象站、5個(gè)錨系浮標(biāo)自動(dòng)氣象站、2個(gè)錨泊浮臺自動(dòng)氣象站、7部多普勒天氣雷達(dá)站、5個(gè)探空站、6部風(fēng)廓線雷達(dá)站、12個(gè)雷電監(jiān)測站。在南海海域初步形成以海南島周邊、南沙群島、西沙群島的各種平臺自動(dòng)氣象站、雷達(dá)、并同氣象衛(wèi)星海洋觀測等組成海陸空立體海洋氣象觀測網(wǎng)。

1 南海海洋氣象觀測技術(shù)現(xiàn)狀

目前，在海南島周邊初步形成了以岸基觀測為主，南海群島以永暑礁為中心、西沙群島以永興島為中心的綜合氣象觀測系統(tǒng)，主要包括海島自動(dòng)氣象站、船舶自動(dòng)氣象站、錨系浮標(biāo)和浮臺自動(dòng)氣象站、多普勒天氣雷達(dá)、探空雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、雷電監(jiān)測等自動(dòng)化觀測。

1.1 衛(wèi)星遙感

我國風(fēng)云系列靜止和極軌氣象衛(wèi)星，主要提供空間分辨率約1 km和時(shí)間間隔約5～30 min的可見光、紅外和水汽通道云圖；更高空間分辨率的云圖及其他遙感產(chǎn)品，如海表溫度、氣溶膠光學(xué)厚度等，以及大氣溫度和水汽廓線的紅外與微波遙感。

1.2 海島自動(dòng)氣象站

海島自動(dòng)氣象站一般建在海南島周邊、西沙和南沙的島礁上，主要觀測溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速、能見度、雨量等觀測要素，風(fēng)傳感器采用螺旋槳的強(qiáng)風(fēng)傳感器，測風(fēng)范圍0～100 m/s。遠(yuǎn)洋海島站由于交通不便而維護(hù)困難，因此在南沙群島和西沙群島采用雙套站同時(shí)運(yùn)行，即一個(gè)站點(diǎn)兩套設(shè)備同時(shí)運(yùn)行并通過北斗衛(wèi)星和4G進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而保證數(shù)據(jù)的完整性和可用性；對交通便利的海島站只安裝一套設(shè)備。采用4G移動(dòng)通信進(jìn)行傳輸便于進(jìn)行加密觀測，在中心站可以根據(jù)需要改變數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，目前北斗衛(wèi)星通信每10 min傳輸一次資料。由于高溫、高濕、高鹽霧的特殊環(huán)境，海島型自動(dòng)氣象站所有的部件及電纜都必須具備耐鹽霧腐蝕、耐高溫、耐高濕、抗風(fēng)強(qiáng)度高的特性。

1.3 船舶自動(dòng)氣象站

船舶自動(dòng)氣象站是利用船舶為載體，通過對船舶航行過程中的海面以上的氣壓、溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、能見度等氣象要素進(jìn)行觀測。海南島的船舶氣象自動(dòng)站主要建設(shè)在瓊州海峽徐聞到海口的2所粵海鐵、永興島到文昌的瓊沙3號上。船舶位置變化導(dǎo)致氣象觀測數(shù)據(jù)變化較大，數(shù)據(jù)的連續(xù)性較差。在惡劣（大風(fēng)、臺風(fēng)和大霧）的天氣條件下，船舶只能停靠在碼頭，船舶氣象自動(dòng)站不能提供惡劣天氣時(shí)航路上的氣象信息。由于船舶是一個(gè)移動(dòng)的測量平臺，氣象站直接測量的風(fēng)要素是一個(gè)合成了船舶移動(dòng)速度的合成矢量，而并非風(fēng)參數(shù)的真值，必須通過必要的矢量運(yùn)算實(shí)現(xiàn)對風(fēng)參數(shù)的計(jì)算。

1.4 錨系浮標(biāo)和錨泊浮臺自動(dòng)氣象站

海南島東部海岸是臺風(fēng)的主要登陸點(diǎn)，為了擴(kuò)大觀測范圍，在離海岸線50 km以外，建設(shè)了10 m、6 m的錨系浮標(biāo)和18 m的錨泊浮臺自動(dòng)氣象站。浮標(biāo)和浮臺抗惡劣天氣和風(fēng)浪能力強(qiáng)，能在各種復(fù)雜的海洋環(huán)境中提供長期、連續(xù)、實(shí)時(shí)的海洋觀測數(shù)據(jù)，是目前海洋觀測技術(shù)中最重要的手段之一。現(xiàn)在建設(shè)的錨系浮標(biāo)能觀測風(fēng)速風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、能見度和降水等氣象要素，以及海水流速、水溫、鹽度和浪高等水文要素；錨泊浮臺現(xiàn)只觀測風(fēng)速風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓、能見度和降水等氣象要素，在浮臺上安裝強(qiáng)風(fēng)和超聲風(fēng)傳感器。浮臺比現(xiàn)有浮標(biāo)穩(wěn)定性更高，惡劣海況生存能力更強(qiáng)，觀測的數(shù)據(jù)質(zhì)量高于浮標(biāo)。錨系浮標(biāo)和錨泊浮臺自動(dòng)氣象站采用北斗衛(wèi)星通信每10 min傳輸一次觀測資料，對海南島東部沿岸監(jiān)測和防御臺風(fēng)、暴雨、強(qiáng)對流天氣、海上大風(fēng)等海洋災(zāi)害性天氣起到至關(guān)重要的作用。

1.5 多普勒天氣雷達(dá)

建設(shè)在海南島岸基、永興島和南沙的S波段多普勒天氣雷達(dá)，可以監(jiān)測半徑為460 km范圍內(nèi)的臺風(fēng)、暴雨、颮線等大范圍強(qiáng)降水天氣，顯著增強(qiáng)對南海暴雨、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)警能力相較于傳統(tǒng)天氣雷達(dá)，多普勒天氣雷達(dá)能夠監(jiān)測到位于垂直地面8～12 km的高空中的對流云層的生成和變化，判斷云的移動(dòng)速度，其產(chǎn)品信息達(dá)72種。

1.6 探空和風(fēng)廓線雷達(dá)

建設(shè)在西沙和南沙的探空和風(fēng)廓線雷達(dá)可以觀測垂直方向的氣象要素，其產(chǎn)品包括徑向速度、譜寬、信噪比、水平風(fēng)向、水平風(fēng)速、垂直速度和反映大氣湍流狀況的折射率結(jié)構(gòu)指數(shù)等的廓線。風(fēng)廓線雷達(dá)產(chǎn)品和無線電探空儀測風(fēng)二者可互為補(bǔ)充，可彌補(bǔ)常規(guī)探空資料在時(shí)空分辨率上的不足，使預(yù)報(bào)員能及時(shí)了解觀測站上空環(huán)境風(fēng)場的垂直分布，有利提高短時(shí)臨近預(yù)報(bào)服務(wù)質(zhì)量。

2 海洋氣象觀測技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 無人飛機(jī)空基觀測

未來將在海南省建設(shè)無人飛機(jī)試驗(yàn)基地，對特定天氣（臺風(fēng)）進(jìn)行空基海洋氣象觀測。利用無人飛機(jī)探空使南海海洋空基觀測延伸到3000 km。飛機(jī)海洋氣象探測是在飛機(jī)平臺上安裝不同的探測傳感器，通過傳感器來直接測量和遙感測量海洋氣象要素，在預(yù)定空域和高度通過自動(dòng)投放下投式探空儀探測海拔12 km高度內(nèi)的大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素，生成大氣參數(shù)的垂直廓線，氣象衛(wèi)星上的遙感設(shè)備也可以安裝在飛機(jī)平臺上。無人飛機(jī)可以直接飛入臺風(fēng)的上空，利用下投探空儀和遙感設(shè)備探測臺風(fēng)內(nèi)部精細(xì)三維結(jié)構(gòu)。

2.2 漂流浮標(biāo)和無人艇

在漂流浮標(biāo)和無人艇上安裝氣象要素和水文要素的自動(dòng)觀測設(shè)備，獲取海平面溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向風(fēng)速等氣象要素以及海水表層溫度、鹽度等數(shù)據(jù)，通過對漂流路徑及氣象觀測數(shù)據(jù)分析，可獲取海流及漂流軌跡上的天氣特征。在南海重點(diǎn)海域構(gòu)建海面漂浮浮標(biāo)氣象觀測站網(wǎng)，針對臺風(fēng)、海上大風(fēng)開展機(jī)動(dòng)定點(diǎn)和自主漂流相結(jié)合的海洋氣象觀測，與浮標(biāo)、浮臺和海上平臺站一起構(gòu)筑臺風(fēng)觀測預(yù)警第一道防線。通過海面漂浮氣象觀測站，直接將?；^測能力由沿岸海區(qū)和近海海域拓展到中遠(yuǎn)海域，彌補(bǔ)中遠(yuǎn)海域氣象觀測能力的不足。

2.3 垂直氣象探測

在南沙、西沙已經(jīng)建設(shè)探空和風(fēng)廓線雷達(dá)的島嶼，利用同址建設(shè)微波輻射計(jì)、毫米波云雷達(dá)等地基遙感設(shè)備，獲取溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、水凝物等垂直廓線觀測數(shù)據(jù)，通過綜合集成地基遙感設(shè)備和現(xiàn)有地面、探空觀測數(shù)據(jù)，對多種遙感設(shè)備進(jìn)行綜合質(zhì)控和相互對比驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)從單一要素廓線遙感探測到多要素廓線遙感探測的轉(zhuǎn)變，提高溫、濕、風(fēng)、水凝物的探測能力。

3 結(jié)語

海南省南海海域海洋綜合氣象觀測網(wǎng)的發(fā)展，使南海氣象觀測數(shù)據(jù)越來越多，覆蓋面越來越廣，填補(bǔ)了我國在南海氣象觀測資料的空白，增強(qiáng)了南海氣象保障能力和災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)服務(wù)能力。但南海海洋氣象觀測站點(diǎn)嚴(yán)重不足，浮標(biāo)、浮臺、海島、海上平臺等觀測站點(diǎn)稀疏，間距大，存在大片觀測空白，中遠(yuǎn)海海洋氣象觀測幾乎空白。

為了更好地建設(shè)南海海洋氣象綜合觀測系統(tǒng)，需要加強(qiáng)氣象、海洋、漁業(yè)、海事等涉海部門間的溝通協(xié)作，共享海洋觀測資源，積極參與國際合作與資料共享，共同推進(jìn)南海海洋綜合觀測系統(tǒng)建設(shè)和資料的應(yīng)用研究。

深入閱讀

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