文|王雅萍1，2 涂滿紅2 繆明榕3 楊森4 1.甘肅省氣象信息與技術(shù)裝備保障中心2.中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心3.江蘇省南通市氣象局4.福建省大氣探測(cè)技術(shù)保障中心

傳輸與發(fā)布，并解決邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信空白和惡劣天氣影響等問題。GNSS/MET 作為一種新興的學(xué)科，其研究和應(yīng)用對(duì)于提升氣象預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度、提高氣象防災(zāi)減災(zāi)能力有重要意義[1-2]。

北斗系統(tǒng)為中國(guó)自主建設(shè)運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼GPS 和GLONASS 之后的第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗系統(tǒng)自提供服務(wù)以來，已在交通運(yùn)輸、農(nóng)林漁業(yè)、水文監(jiān)測(cè)和公共安全等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其在氣象領(lǐng)域也得到了蓬勃發(fā)展。中國(guó)氣象局在2019 年發(fā)布的《氣象觀測(cè)技術(shù)發(fā)展引領(lǐng)計(jì)劃（2020—2035 年）》（以下簡(jiǎn)稱《引領(lǐng)計(jì)劃》）中明確指出，要發(fā)展地基、空基和星載北斗GNSS 掩星與反射測(cè)量等空天地一體化氣象觀測(cè)技術(shù)。2020 年7 月，北斗三號(hào)正式開通，北斗系統(tǒng)開始向全世界提供連續(xù)穩(wěn)定服務(wù)，為GNSS/MET 發(fā)展帶了新的契機(jī)：氣象行業(yè)應(yīng)用逐步國(guó)產(chǎn)自主化，業(yè)務(wù)安全和行業(yè)信息化、智能化水平得到顯著提升。集合GPS、GLONASS、北斗和Galileo多系統(tǒng)的GNSS正向多頻、多模的方向發(fā)展，氣象行業(yè)應(yīng)用迅速?gòu)腉PS 向北斗體制轉(zhuǎn)變[3]，GNSS/MET 在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)開始向北斗體制的北斗GNSS/MET 轉(zhuǎn)變。

中國(guó)氣象局積極推動(dòng)北斗系統(tǒng)在氣象行業(yè)的應(yīng)用，隨著北斗系統(tǒng)的建設(shè)，先后實(shí)施了“基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的大氣海洋和空間監(jiān)測(cè)預(yù)警應(yīng)用示范工程”（以下簡(jiǎn)稱為北斗應(yīng)用示范工程）、“北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)研制建設(shè)氣象行業(yè)應(yīng)用”等重大項(xiàng)目；還推動(dòng)了北斗系統(tǒng)在氣象行業(yè)由理論研究向業(yè)務(wù)化應(yīng)用，先后建設(shè)完成了北斗高空氣象探空系統(tǒng)、全球衛(wèi)星定位氣象水汽觀測(cè)國(guó)家級(jí)處理平臺(tái)、北斗海風(fēng)海浪探測(cè)系統(tǒng)、北斗氣象預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)等業(yè)務(wù)化平臺(tái)[4]。隨著多類型導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)研發(fā)和GNSS觀測(cè)網(wǎng)的升級(jí)與加密，北斗系統(tǒng)在氣象行業(yè)發(fā)揮著巨大的應(yīng)用前景，越來越多的研究與應(yīng)用在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)追趕到技術(shù)引領(lǐng)。本文就北斗系統(tǒng)近年來在中國(guó)氣象行業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用情況進(jìn)行綜合論述，包括基于北斗系統(tǒng)的氣象高空探測(cè)、水汽電離層氣象探測(cè)、反射信號(hào)氣象探測(cè)和氣象通信傳輸?shù)阮I(lǐng)域。

二、北斗系統(tǒng)高空氣象探測(cè)應(yīng)用

1996 年，中國(guó)氣象局下發(fā)《氣象綜合探測(cè)系統(tǒng)高空氣象探測(cè)系統(tǒng)和地面觀測(cè)系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃（1996—2020 年）》，指出衛(wèi)星導(dǎo)航探空系統(tǒng)是未來我國(guó)常規(guī)高空氣象探測(cè)的主導(dǎo)技術(shù)體制，我國(guó)GPS 探空系統(tǒng)開始有了長(zhǎng)足的發(fā)展，2010 年世界氣象組織在我國(guó)舉行的第8 次國(guó)際探空對(duì)比中，中國(guó)相關(guān)單位研發(fā)的GPS 探空系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)指標(biāo)位列前茅。在“北斗應(yīng)用示范工程”等重大項(xiàng)目的支撐下，中國(guó)氣象局不斷推動(dòng)GNSS 高空探測(cè)由GPS 體制向北斗體制轉(zhuǎn)變，基于中國(guó)自有技術(shù)研發(fā)實(shí)現(xiàn)了完全國(guó)產(chǎn)化、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗探空系統(tǒng)，彌補(bǔ)了我國(guó)導(dǎo)航探空系統(tǒng)的空白，截至2020 年，國(guó)內(nèi)4 個(gè)型號(hào)的北斗探空儀已取得氣象業(yè)務(wù)列裝許可。北斗探空系統(tǒng)將我國(guó)探空整體技術(shù)提升到國(guó)際先進(jìn)水平行列，它還兼容GPS 導(dǎo)航定位信息，一致性指標(biāo)超過基于GPS 技術(shù)的其他國(guó)產(chǎn)探空系統(tǒng)，其高空探測(cè)綜合精度也明顯優(yōu)于現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的L 波段雷達(dá)電子探空儀系統(tǒng)。

北斗探空系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可以用于常規(guī)氣象預(yù)報(bào)、高空氣象探測(cè)、海洋氣候研究等，也是海監(jiān)船、遠(yuǎn)洋科考船等出海工作的必備設(shè)備。與飛機(jī)、雷達(dá)等其他高空氣象探測(cè)手段相比，探空系統(tǒng)中的探空儀能直接“接觸”大氣信息，其獲得的數(shù)據(jù)通常被認(rèn)為最準(zhǔn)確，也因此被當(dāng)作其他高空氣象探測(cè)系統(tǒng)的校準(zhǔn)系統(tǒng)，GNSS 探空系統(tǒng)構(gòu)成如圖1 所示。中國(guó)氣象局積極推動(dòng)北斗探空系統(tǒng)走向業(yè)務(wù)化應(yīng)用，先后在北京、錫林浩特、武漢、陽(yáng)江和海口進(jìn)行業(yè)務(wù)試運(yùn)行，為北斗探空業(yè)務(wù)體制建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；在那曲、申扎、改則建設(shè)自動(dòng)北斗氣象探空系統(tǒng)，在錫林浩特、長(zhǎng)沙、福州建設(shè)全自動(dòng)北斗氣象探空系統(tǒng)，極大地減輕了臺(tái)站高空觀測(cè)員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，北斗探空系統(tǒng)還參與中國(guó)援非項(xiàng)目建設(shè)，在蘇丹、喀麥隆使用北斗探空系統(tǒng)，同時(shí)將北斗探空系統(tǒng)推廣出口至印度、馬來西亞、印尼、韓國(guó)、蘇丹、喀麥隆等國(guó)家，應(yīng)用前景廣泛。

圖1 GNSS 探空系統(tǒng)示意

中國(guó)氣象局在北斗系統(tǒng)高空探測(cè)技術(shù)上不斷創(chuàng)新應(yīng)用，從2016 開始，牽頭組織開展了新型北斗智能探空系統(tǒng)的研制，攻克了平漂零壓氣球、多通道雙向通信接收設(shè)備等探空裝備的重點(diǎn)難點(diǎn)技術(shù)，解決了平流層測(cè)溫和下降段測(cè)風(fēng)、平漂軌跡預(yù)測(cè)和觀測(cè)資料質(zhì)量控制等業(yè)務(wù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題，開發(fā)了“春分1 號(hào)”探空儀專用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)級(jí)芯片，創(chuàng)新性提出了內(nèi)外兩個(gè)探空氣球嵌套的模式。原有探空模式施放一個(gè)氣球開展大氣垂直探測(cè)，獲取一段（上升段）氣象觀測(cè)資料；而新型北斗智能探空系統(tǒng)采用雙球可實(shí)現(xiàn)一次放球獲取“上升-平漂-下降”三段式探空觀測(cè)數(shù)據(jù)，打破了上百年的高空觀測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)了低成本加密探空目標(biāo)，為探空技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了“中國(guó)方案”。“春分1 號(hào)”芯片的信號(hào)捕獲效率高，數(shù)據(jù)可用率達(dá)99%以上，水平和垂直定位精度分別達(dá)0.8m 和1.3m，不低于國(guó)際主流芯片，為實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)探空儀的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、可擴(kuò)展化和國(guó)際化奠定基礎(chǔ)，目前已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，應(yīng)用到了新型北斗導(dǎo)航探空儀中，量產(chǎn)突破10 萬(wàn)片/年。圖2 為搭載了“春分1 號(hào)”芯片的低功耗、微型化新型北斗導(dǎo)航探空儀。

三、北斗系統(tǒng)水汽電離層氣象探測(cè)應(yīng)用

大氣水汽含量是表征極端天氣事件和氣候變化的重要參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)和科學(xué)分析是實(shí)現(xiàn)各類災(zāi)害性天氣事件精準(zhǔn)預(yù)報(bào)的關(guān)鍵，目前的監(jiān)測(cè)方法主要有探空氣球、大氣水汽輻射計(jì)、遙感衛(wèi)星、GNSS 等。電離層是空間天氣監(jiān)測(cè)的重要組成部分，對(duì)保障天基和地基技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要，目前的監(jiān)測(cè)方法主要有電離層測(cè)高儀、GNSS 等。GNSS 探測(cè)水汽和電離層是環(huán)境遙感技術(shù)的一次里程碑，能彌補(bǔ)當(dāng)前業(yè)務(wù)中水汽和電離層探測(cè)方法的局限，滿足連續(xù)、高精度、高時(shí)空分辨率的水汽和電離層監(jiān)測(cè)需求[5-6]，是將導(dǎo)航定位中的“誤差”轉(zhuǎn)為“信息”的一種手段?！罢`差”是指GNSS 信號(hào)在地球大氣中傳播時(shí)會(huì)受到大氣折射率影響，電磁波信號(hào)產(chǎn)生彎曲、時(shí)延和強(qiáng)度減弱，從而引起對(duì)流層和電離層延遲，這種延遲是衛(wèi)星導(dǎo)航和精密定位中的主要誤差源，采用各種算法盡力消除；“信息”是指通過地基和空基GNSS 觀測(cè)可以提取出這兩種延遲，進(jìn)而通過經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍芊囱莸玫酱髿馑㈦婋x層總電子含量和電子分布等參數(shù)。當(dāng)前業(yè)務(wù)中主要依靠地基GNSS/MET 站網(wǎng)進(jìn)行水汽和電離層監(jiān)測(cè)，中國(guó)氣象局多年來聯(lián)合不同機(jī)構(gòu)建立起國(guó)家GNSS/MET 基準(zhǔn)站網(wǎng)和區(qū)域GNSS/MET 基準(zhǔn)站網(wǎng)，從2008 年至今，站網(wǎng)規(guī)模已擴(kuò)大了13 倍。同時(shí)，還在各省氣象局建立起數(shù)據(jù)處理中心，用于收集區(qū)域GNSS/MET 基準(zhǔn)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一處理生成省級(jí)水汽和電離層產(chǎn)品，并將收集的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至國(guó)家GNSS/MET 數(shù)據(jù)綜合處理中心。截至2020 年，中國(guó)氣象局共計(jì)能接收1164 個(gè)地基GNSS 基準(zhǔn)站觀測(cè)資料，其中進(jìn)入數(shù)值模式同化的臺(tái)站達(dá)到922 個(gè)。

氣象行業(yè)的GNSS 水汽遙感經(jīng)歷了最初探測(cè)垂直方向大氣可降水量（PWV）到獲取垂直方向水汽廓線，再到獲取實(shí)時(shí)水汽分布，并且由GPS 水汽探測(cè)轉(zhuǎn)向北斗水汽探測(cè)的不同階段，水汽產(chǎn)品精度和可靠性逐步提升，產(chǎn)品的業(yè)務(wù)化應(yīng)用也逐步擴(kuò)展。建立起了北斗水汽業(yè)務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)秉承自主創(chuàng)新、自主可控原則，軟件算法全部國(guó)產(chǎn)，產(chǎn)品精度與解算效率達(dá)國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)業(yè)務(wù)運(yùn)行，具備隨時(shí)切換GPS 水汽業(yè)務(wù)的能力，改變目前業(yè)務(wù)依靠美國(guó)GPS系統(tǒng)和GMAIT數(shù)據(jù)處理軟件的歷史，已在臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)、暴雨監(jiān)測(cè)、梅雨監(jiān)測(cè)和數(shù)值模式預(yù)報(bào)中得到業(yè)務(wù)應(yīng)用。氣象部門的北斗水汽探測(cè)行業(yè)化應(yīng)用，也是對(duì)我國(guó)北斗產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要支撐，全國(guó)GNSS/MET 站網(wǎng)需要用國(guó)產(chǎn)北斗接收機(jī)逐步更換進(jìn)口設(shè)備，同時(shí)，還推動(dòng)國(guó)產(chǎn)北斗高精度接收機(jī)的研制技術(shù)發(fā)展。

中國(guó)氣象局空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心利用地基GNSS/MET 監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并發(fā)布我國(guó)電離層空間變化狀況，為我國(guó)衛(wèi)星發(fā)射、在軌衛(wèi)星安全、載人航天活動(dòng)安全、地面技術(shù)安全、導(dǎo)航、通信等應(yīng)用部門和國(guó)家安全服務(wù)，也為科研部門提供觀測(cè)數(shù)據(jù)。同樣地，氣象行業(yè)對(duì)電離層的GNSS 監(jiān)測(cè)也隨著北斗GNSS 站網(wǎng)的發(fā)展而向北斗模式轉(zhuǎn)變。此外，發(fā)展北斗電離層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以改善北斗接收機(jī)的定位效果，促進(jìn)其性能改善，推進(jìn)北斗應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展。

以北斗系統(tǒng)PPP-B2b 信號(hào)正式向用戶播發(fā)為契機(jī)，中國(guó)氣象局還創(chuàng)新研制完成北斗氣象專用水汽處理芯片模組，該模組將原始觀測(cè)數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)質(zhì)控、水汽產(chǎn)品解算、觀測(cè)質(zhì)量管理等功能微型集成化，實(shí)現(xiàn)了地基導(dǎo)航水汽觀測(cè)芯片化，產(chǎn)品時(shí)效和頻次較GPS 水汽技術(shù)指標(biāo)提升12 倍，由1 小時(shí)提升到5 分鐘，具世界領(lǐng)先水平。模組在不依賴外界計(jì)算資源的前提下，還實(shí)現(xiàn)從必須組網(wǎng)解算到可以單站獨(dú)立解算的技術(shù)突破，極大提升地基水汽業(yè)務(wù)能力和業(yè)務(wù)效率，降低業(yè)務(wù)建設(shè)和運(yùn)行成本，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。目前，水汽處理芯片模組已內(nèi)嵌于GNSS 接收機(jī)（圖3），實(shí)現(xiàn)單站水汽實(shí)時(shí)解算，并在寶山、河池、?？诘鹊剡M(jìn)行了業(yè)務(wù)觀測(cè)試驗(yàn)，分鐘級(jí)水汽產(chǎn)品的完整率超過98%，準(zhǔn)確率與國(guó)際主流解算算法（GAMIT 軟件解算）相比均方根誤差在2mm 以內(nèi)。未來，在該模組的基礎(chǔ)上還將繼續(xù)集成電離層參數(shù)解算模塊，實(shí)現(xiàn)單站水汽電離層參數(shù)一體化探測(cè)與數(shù)據(jù)處理，并逐步向業(yè)務(wù)化應(yīng)用推進(jìn)。

圖3 內(nèi)嵌了水汽芯片處理模組的GNSS 接收機(jī)（左）和室外天線（右）

四、北斗系統(tǒng)反射信號(hào)氣象應(yīng)用

GNSS 衛(wèi)星向地球播發(fā)無(wú)線電信號(hào)，其中部分信號(hào)會(huì)被地球表面反射，反射信號(hào)與直射信號(hào)的極化特征變化與反射面直接相關(guān)，通過測(cè)量GNSS 反射信號(hào)延遲，結(jié)合接收機(jī)天線位置、介質(zhì)參數(shù)及反射面屬性信息，可以確定反射表面的粗糙度和特性，即GNSS 反射測(cè)量（GNSS-R），如圖4 所示。GNSS-R 遙感技術(shù)可以用于海洋、陸地及冰川雪地探測(cè)，如海面測(cè)高、海風(fēng)探測(cè)、積雪深度探測(cè)、土壤濕度探測(cè)、海冰監(jiān)測(cè)等。相較而言，GNSS-R 探測(cè)不受云、霧等天氣影響，能同時(shí)接收多個(gè)GNSS衛(wèi)星信號(hào)且觀測(cè)范圍廣，還能作為微小衛(wèi)星的載荷實(shí)現(xiàn)低成本多星組網(wǎng)。作為一種新興的探測(cè)手段，GNSS-R 探測(cè)在氣象領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景[7]。

圖4 地基GNSS 反射信號(hào)測(cè)量示意

依托“北斗示范應(yīng)用工程”，中國(guó)氣象局研發(fā)了北斗海風(fēng)海浪探測(cè)系統(tǒng)，為近海氣象服務(wù)提供了新方法，緩解了海洋觀測(cè)資料特別是風(fēng)場(chǎng)資料缺乏的不足，能有效增強(qiáng)海上氣象災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)服務(wù)能力。該系統(tǒng)已在山東威海和廣東陽(yáng)江開展示范應(yīng)用，在臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。該系統(tǒng)成功監(jiān)測(cè)到“尤特”臺(tái)風(fēng)經(jīng)過時(shí)的海浪和海風(fēng)，并對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行預(yù)警，其獲取的有效波高及海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)如圖5所示。為了實(shí)現(xiàn)氣象業(yè)務(wù)中廣域、全海岸組網(wǎng)觀測(cè)，中國(guó)氣象局創(chuàng)新研發(fā)了岸基北斗反射信號(hào)海風(fēng)海浪探測(cè)模組，攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)北斗和GPS 雙系統(tǒng)協(xié)同觀測(cè)，集成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)實(shí)時(shí)處理、觀測(cè)站位置實(shí)時(shí)定位、海面風(fēng)速和有效波高實(shí)時(shí)反演及數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芤惑w，并將反演產(chǎn)品的時(shí)間分辨率提升至分鐘級(jí)，低成本、低功耗的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)快速靈活部署，目前已開展業(yè)務(wù)觀測(cè)應(yīng)用試驗(yàn)，有望為我國(guó)海洋氣象觀測(cè)技術(shù)升級(jí)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)支撐。

圖5 “尤特”臺(tái)風(fēng)過境時(shí)監(jiān)測(cè)到的有效波高（上）和風(fēng)速（下）

積雪深度是基本氣候變量，目前氣象業(yè)務(wù)中主要通過地面實(shí)測(cè)、被動(dòng)微波和主動(dòng)微波的方式獲取，其中，實(shí)測(cè)的時(shí)間分辨率低，微波探測(cè)容易受到太陽(yáng)輻射和云霧影響而精度不高?；贕NSS 反射信號(hào)信噪比的測(cè)高技術(shù)，可以獲得更大探測(cè)面積和時(shí)間連續(xù)的積雪深度數(shù)據(jù)。針對(duì)北斗三號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)軌道特點(diǎn)、運(yùn)行周期、衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度等特性，中國(guó)氣象局設(shè)計(jì)了專用數(shù)據(jù)處理和積雪深度探測(cè)的建模方案，并研發(fā)了GNSS-R 積雪深度探測(cè)模組，能同時(shí)兼容GPS、GLONASS和Galileo等全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，為積雪深度探測(cè)提供了新型設(shè)備，提高了積雪探測(cè)能力，并推動(dòng)北斗系統(tǒng)反射信號(hào)陸表特征探測(cè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用，目前已在新疆阿勒泰和黑龍江佳木斯開展了應(yīng)用試驗(yàn)，最終攻克了地形、植被、土壤穿透、初始高設(shè)定、模型自動(dòng)切換等關(guān)鍵技術(shù)，為核心算法的工程化奠定了基礎(chǔ)。

五、北斗系統(tǒng)通信傳輸氣象應(yīng)用

短報(bào)文通信是北斗系統(tǒng)最具特色的服務(wù)之一，起源于北斗一號(hào)，北斗三號(hào)進(jìn)行了升級(jí)擴(kuò)展，通信能力大幅提升，并且對(duì)設(shè)備要求低，在一些4G 信號(hào)無(wú)法保證通信的區(qū)域，北斗系統(tǒng)可以做到穩(wěn)定持續(xù)地傳輸數(shù)據(jù)。利用北斗系統(tǒng)的這一優(yōu)勢(shì)，中國(guó)氣象局組織開發(fā)了北斗氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和北斗氣象預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)[8-9]，其傳輸鏈路如圖6 所示。

圖6 北斗氣象通信傳輸鏈路示意

北斗氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的核心是北斗氣象通信終端：其數(shù)據(jù)端至數(shù)據(jù)庫(kù)的整條鏈路基于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信，完全“內(nèi)網(wǎng)”運(yùn)行，數(shù)據(jù)安全得以保證；具備雙向通信能力，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程命令下發(fā)、參數(shù)修改等；能適配目前氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)所有廠家的自動(dòng)氣象站設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的解析處理、標(biāo)準(zhǔn)格式的文件生成；終端的功耗低、待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，適合太陽(yáng)能供電且環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。目前該系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象站、無(wú)人區(qū)自動(dòng)氣象站（圖7）、海島和山洪地質(zhì)災(zāi)害等特殊地區(qū)氣象站的數(shù)據(jù)傳輸，為氣象部門準(zhǔn)確、及時(shí)地收集觀測(cè)數(shù)據(jù)作出了巨大貢獻(xiàn)，在氣象防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮了重要作用。例如，在2017 年8 月四川九寨溝發(fā)生7.0 級(jí)地震后，建設(shè)的15 個(gè)重點(diǎn)區(qū)域站氣象北斗傳輸系統(tǒng)工作正常，國(guó)家站數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)急消息發(fā)送正常，北斗通信鏈路成為當(dāng)時(shí)唯一與外界聯(lián)通的通信鏈路。

圖7 北斗無(wú)人氣象站

北斗氣象預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)由中國(guó)氣象局自主建設(shè)，能在國(guó)、省、市三級(jí)部署預(yù)警發(fā)布平臺(tái)，各級(jí)可以獨(dú)立運(yùn)行并提供一站式全方位服務(wù)，解決了常規(guī)通信手段覆蓋不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)氣象預(yù)警信息的發(fā)布問題，對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行預(yù)警信息的精細(xì)化發(fā)布服務(wù)，實(shí)現(xiàn)氣象預(yù)警信息對(duì)邊遠(yuǎn)山區(qū)、遠(yuǎn)海等的覆蓋及預(yù)警信息傳輸“最后一公里”，最大程度地減少國(guó)家以及人民生命和財(cái)產(chǎn)損失，增強(qiáng)社會(huì)公眾防災(zāi)減災(zāi)的能力。目前已在湖北省建立1 個(gè)省級(jí)發(fā)布平臺(tái)、2 個(gè)市級(jí)發(fā)布平臺(tái)、若干個(gè)預(yù)警終端，為下一步氣象預(yù)警發(fā)布軟件平臺(tái)的建設(shè)和業(yè)務(wù)示范應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。

六、結(jié)束語(yǔ)

氣象行業(yè)對(duì)北斗系統(tǒng)的應(yīng)用探索仍然在不斷深入，對(duì)標(biāo)“監(jiān)測(cè)精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)”，《綜合氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》主要任務(wù)中第一條即為“強(qiáng)化天氣觀測(cè)能力”，其中包括“升級(jí)和建設(shè)探空觀測(cè)”，明確指出發(fā)展北斗導(dǎo)航探空及優(yōu)化探空體制：在現(xiàn)有高空氣象觀測(cè)站增加北斗導(dǎo)航探空功能，將邊遠(yuǎn)或艱苦區(qū)域高空氣象觀測(cè)站升級(jí)為全自動(dòng)北斗導(dǎo)航探空系統(tǒng)。還包括“升級(jí)完善地基水汽觀測(cè)站”，即在國(guó)家級(jí)氣象觀測(cè)站升級(jí)和建設(shè)北斗導(dǎo)航水汽觀測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)一步完善地基水汽觀測(cè)能力，時(shí)間分辨率達(dá)到分鐘級(jí)，平均站間距減少至50 ～80km。在完善北斗氣象傳輸體制上，中國(guó)氣象局也做了相應(yīng)規(guī)劃，如改進(jìn)編碼規(guī)則、增強(qiáng)傳輸模組間抗干擾能力和提升無(wú)線通信過程的安全策略等。

為了推動(dòng)氣象觀測(cè)技術(shù)發(fā)展，《引領(lǐng)計(jì)劃》對(duì)北斗GNSS/MET 未來發(fā)展亦作出了系列規(guī)劃，包括：更新和加密地基北斗GNSS 觀測(cè)網(wǎng)，實(shí)時(shí)獲取對(duì)流層和電離層參數(shù)并應(yīng)用于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式同化和空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警；發(fā)展GNSS-R 遙感技術(shù)，研制基于飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、低軌衛(wèi)星等平臺(tái)的空基以及地基的北斗反射信號(hào)接收機(jī)，開展海洋、土壤濕度、植物生長(zhǎng)量等測(cè)量；開展多源水汽融合組網(wǎng)技術(shù)，集成北斗GNSS 水汽觀測(cè)、探空氣象觀測(cè)、地基微波輻射觀測(cè)等技術(shù)，研制多源融合大氣觀測(cè)產(chǎn)品；研究北斗GNSS 無(wú)線電掩星探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多樣化衛(wèi)星氣象遙感等。

隨著北斗GNSS 的不斷完善和發(fā)展，以及更加先進(jìn)的接收機(jī)研發(fā)與更新，GNSS 信號(hào)的遙感應(yīng)用將能適應(yīng)更多場(chǎng)景，極大地豐富氣象研究數(shù)據(jù)源，能推動(dòng)構(gòu)建實(shí)時(shí)無(wú)縫隙的全球三維立體氣象要素場(chǎng)，在氣象行業(yè)將有更為豐碩的成果。