高空观测质量控制方法总结

柴岩红 苗运玲 沙曼曼

(乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐 830006)

随着我国气象现代化的快速推进，2010年我国自主研发的L波段新一代高空气象探测系统在全国正式投入高空气象探测业务运行，使探空观测数据更加精确、系统操作更加简便，大幅提升了高空观测质量。为进一步适应气象观测业务改革发展，推进气象观测质量管理体系建设，中国气象局观测司2015年对高空探测质量考核内容和方法进行了调整，使观测业务质量考核做到全面、客观、准确。目前高空观测质量考核的内容涉及设备稳定运行率、探测平均高度、业务工作过程3个方面。其中，业务工作过程考核主要针对人工操作环节进行量化和规范化，主要考核是否存在重放球、早测、迟测以及施放不合格仪器和任意终止观测等。台站强化业务质量管理，因地制宜地总结高空观测控制质量的方法变得极为重要。

1 保障探测环境及设备工作状态良好

高空探测环境和设备的工作状态直接决定观测质量，为保证设备稳定运行，减少故障率，应从保护探测环境、合理设置放球点、定期维护系统设备入手。

1.1 保护探测环境，合理设置放球点

雷达及气球施放点周围的探测环境对高空探测质量起到决定性作用，故环境保护应受到高度重视，以保证获取具有完整性和连续性的观测资料。雷达周围的探测环境应符合观测要求，尤其在台站盛行风下风方向必须具备平坦空旷的气球施放地，且与放球点距离大于30m。

放球点的选取是确保探测初始状态时，雷达能够成功自动跟踪目标进行观测的关键。一般应根据具体情况合理选取2～4个，满足位于雷达下风方向,确保起始位置雷达自动跟踪，短时间内不过顶的条件。乌鲁木齐站由于场地限制，设置了3个放球点，基本满足放球需求。

1.2 定期维护系统设备

减少仪器故障发生率，是保证探测过程稳定和资料质量的前提。目前，台站人员需要定期做好设备的日常维护工作，内容包括雷达软硬件及其它附属设备。严格按照高空观测系统维护规定定期对设备进行标定、检查、维护和保养工作，使观测系统处于良好的工作状态。每年需测定1次雷达最低工作仰角。应在固定月份晴天状况下，用经纬仪和L波段雷达进行方位、仰角的对比观测，发现问题及时处理。

2 特殊天气应对措施

高空气象探测过程中，特殊天气的发生对探测质量造成明显不利影响，制定相应的应对措施极为重要。这里的特殊天气主要指强降水、雷暴、大风(14m/s以上)、台风、沙尘暴、浓雾等[1]。在台站的日常管理中，应有针对特殊天气的应急措施，提前做好相关的准备工作，使特殊天气对观测质量的影响降到最低。现以常见的强降水天气、大风、视程障碍现象为例, 列举避免影响质量的应对措施。

2.1 强降水天气

当探测过程前视区范围内将出现或已出现强降水天气，要适当增加气球的净举力，使气球携带的探空设备能够快速穿过降水云层；需要观察降水强度的变化，避开雨强最大时段，抓住雨势减小的时机进行气球施放，防止发生下沉气流影响探测过程，避免出现下沉记录或重放球。

若遇中空强风暴使气球被下沉气流压下时，需密切观察气压数据变化速度，数据接收正常时等待其上升，下沉记录后期进行处理，期间做好重放球的各种准备工作，值得注意的是，只有当信号突失或数据接收异常发生5min以上，判定设备损坏时才需重新探测。

2015-05-18T01∶00记录是下沉气流导致仪器信号突失，造成重新探测的典型事例,若适当推迟观测时间，则可避免此次事件发生。

2.2 大风天气

大风天气是造成重、迟放球的重要影响因素，因此做好大风放球准备工作十分重要。王江[2]指出乌鲁木齐的最大风出现在春季和冬季，占大风总次数60%以上，最大风速的最多风向以SE、SSE、ESE居多。这种风向下，乌鲁木齐站应选择第3放球点(西北方向)，但因场地受限，该点在风速>14m/s时气球不易施放，发生重、迟放球等影响探测质量问题多出现在这种情况下。

为了减少大风天放球对探空质量的影响，值班员在预判放球前风速将超过5～6m/s，除了增加辅助放球人员外，需果断使用放线器。此时放球时机的选择和放线器的使用技巧直接决定气球施放成功与否。使用放线器时应仔细检查各部分连接线绳是否牢固可靠，绕线板有无损坏等异常情况。临近放球前，由辅助人员在室外观察风速变化，放球人员在灌球室内听从辅助人员的指挥，把握风速减小的间隙，冲出室外后顺着风向跑动，随着气球角度不断升高，2只手顺势将气球和探空仪向上方送出[3]。

2014-04-03T19∶00记录就是探测过程中放线器与探空仪间的线绳未连接牢固而断开，出现气球飞升，仪器坠落损坏，造成迟放的典型事例。

2.3 视程障碍天气

大雾及沙尘暴等影响探测视野时，应注意在施放前使用雷达对准仪器，尤其是能见度极低的情况下，可以在探空仪下端约50cm处加放电子灯笼，以便在放球时判断雷达是否正常跟踪，防止放球初始状态发生雷达跟踪异常，即旁瓣(假定向)。旁瓣具有以下特征：高差缓慢变大，软件高差指示灯一直报警；增益突增，增益由100dB左右增至150～160dB；探测信号逐渐减弱，雷达的探测距离明显缩短，威力大幅下降。观测过程中发现以上情况之一，应快速反应，力求在最短时间内(2min)处理完毕，使雷达跟踪恢复正常。假定向的处理方法不做赘述。

3 提高探测能力及规范工作流程

随着高空气象业务现代化的不断推进，自动化程度越来越高，对人员及素质要求随之变高，为了适应这种变化，业务人员必须不断提高自身素质。台站还需对各项相关工作制定规范化流程，从提高探测高度、观测技术、规范记录处理流程入手，对高空观测进行质量控制。

3.1 提高探测高度

提高高空观测施放高度是一项复杂的工作，影响探测高度的因素主要有气球的储存充灌、净举力的调整、天气状况、仪器设备的运转情况等诸多影响因素，台站需根据历年的数据进行梳理分析，总结出一套适合本地的净举力控制方案，以期提高探测高度。乌鲁木齐站的主要举措有：注重球皮的储存保养气球；晴天适量减少净举力；严格执行充灌规程，控制充灌时间及捆扎时延长球嘴长度；寒冷季节使用株洲厂气球。

3.2 提高观测人员技术

台站应建立健全相应的管理制度体系，从而提高观测人员的整体素质和水平。要求业务人员熟练掌握基础理论和观测方法，不断学习更新知识储备，掌握新的观测技术要求，重点是提高应对突发事件的能力，积累应急处置经验，为高空观测质量控制奠定基础。

3.3 观测记录处理规范化

由于观测记录在处理方法上因人而异，为了更好地进行观测质量控制，规范观测数据的处理方法是必要的，台站应建立相应的数据标准化处理流程。业务值班员在日常工作中，应当严格执行数据标准化处理流程，做好记录的初审工作，取全第一手资料，按时上报各类报表。台站预审员应特别关注特殊情况的数据处理，尤其是因降水、大风天气等导致的下沉记录、斜距错误或异常、仪器变性、信号突失及缺测等记录。

4 结语

高空气象探测是一个系统的操作过程。在实际操作中，从放球前的准备、预判工作到严密监视观测过程，发现异常时如何正确操作处理等，都对观测人员的技术水平提出了非常高的要求。因此，控制高空气象观测质量，应从设备的稳定运行、探测高度的提高、记录的规范化处理、特殊天气及紧急情况的应急处理、建立数据标准化处理流程等方面入手，避免和减少重、迟放球及丢球现象的发生，其中保障设备的稳定运行率、提高气球施放成功率和高度是高空观测人员今后努力的方向。