双经纬仪测风在L 波段测风雷达迁移的数据评估应用

韩 玲，朱彩霞，刘立辉，马廷德

（1.甘肃省气象局，甘肃 兰州 730020；2.酒泉市气象局，甘肃 酒泉 735000；3.邢台市气象局，河北 邢台 054000）

榆中国家基准气候站于1954 年1 月建站至今，属于国家基本观测站、探空站，是国家观测站网的重要站点，承担着榆中县气象基础数据观测和大气探测采集与传输等重要任务。榆中探空站每天开展02 时、08 时、20 时3 个时次的观测任务，参与全球数据交换业务，地理位置非常重要。但是近年来，随着榆中县经济社会的快速发展，城市建设规模不断扩大，城市的发展对气象探测环境产生了一定的影响，尤其是电磁波干扰严重影响到了榆中探空站的数据精准性，为了提高改善雷达的探测环境、灵敏度和观测数据的质量，并提升气象服务质量，对L波段测风雷达及台站气象业务进行院内整体迁移。

1 榆中国家基准气候站L 波段测风雷达迁移位置说明

榆中国家基准气候站原雷达平台经纬度为东经104°08′36″，北纬35°52′02″，拟迁移新雷达平台东经104°08′32″，北纬35°52′03″；雷达天线高度由原来的1884.1m，变为1898.1m，升高14m；经实地测量，新雷达平台与旧雷达平台距离90m，放球点采用原位置不变，探空站海拔高度和气压传感器海拔高度均以榆中国家基准气候站地面自动气象站为准，不需改变。

2 数据比对分析的观测方法

双经纬仪基线测风是科研和大气环境评价中常用手段之一，榆中L 波段测风雷达的迁移数据评估就采用双经纬仪基线测风方法。双经纬仪基线测风就是把两台光学测风经纬仪分别安装在已知距离的两个观测点上，同时观测气球的运动，读出仰角、方位角然后利用三角法或矢量法计算气球高度和风向、风速。双经纬仪基线测风的基本要求是：具备两台观测精度优于0.05°的光学测风经纬仪；熟练掌握经纬仪的调平、追踪和读数的观测人员，每次观测两点各需俩人，一人观测，一人记录和指挥；选择适当的基线。一般选择基线与盛行风向垂直。本文就2020 年4 月7 日—4 月30 日14 时（施放时间13：15 分）在榆中观测站新旧雷达地址利用双经纬仪小球观测。经纬仪测风仪器小而轻便，方位角和仰角坐标测量精度较高，但容易受到天气条件的限制，只适用于能见度好的少云天气，夜间还必须配挂可见光源，为了更好提高测量精度，榆中站选择每天中午观测，共观测15 个时次。

3 双经纬仪基线测风观测准备及观测过程

在新旧地址选择两个四周没有遮挡物，观测条件最佳的位置，将经纬仪位置固定，新址经纬仪架设点为雷达搬移后经纬仪固定观测点。旧址经纬仪观测前进行固定目标物的器差检查，器差允许范围在仰角-0.3°＜Δβ＜0.3°，方位角-0.5°≤Δα≤0.5°，即可使用。新址架设经纬仪并进行标定（建议用北极星法），在距离大于250m 范围内不同方位、距离上选取适合白天、夜间观测时用的固定目标物，即孤立的灯光、塔尖等体积尽量小的目标物为固定目标物，且读取对应的仰角、方位角为以后观测时使用，同时测出放球点距离、方位角、仰角。同样在观测前利用固定目标物进行经纬仪器差检查，器差在允许范围内可使用。保证两台经纬仪能同时测定气球的仰角、方位角，这对提高测高准确度极为重要。在每次观测前，都应对经纬仪进行调平，且读取固定目标物仰角、方位角数据；在每次观测后，都要检查经纬仪是否保持水平，同样读取固定目标物仰角、方位角数据，检查经纬仪器差，是否在器差允许范围内。

每时次观测前准备对讲机、报分钟（秒表）归零上发条，确定一人发令施放并及时启动报分钟，观测员同时在新旧址跟踪目标物，发令者利用对讲机55s 发出预备指令，观测员将球影调至十字线附近，60s 发出读数讯号，观测员将球影调至十字线中间，并准确读出仰角、方位角，读数精确到小数点后一位，至观测结束。将观测的仰角、方位角数据输入L波段（Ⅰ型）数据处理软件计算出该时次各高度间的平均风向、风速即量得风层风向、风速资料。

为保证资料的精确性，每时次观测时间不得小于30min，如遇天气状况不良观测时间不足，顺延下一日观测，确保数据达到15 个时次，在放球前需向军方和民航部门申请空域。

4 数据统计分析

依据榆中站2020 年4 月7 日—30 日15 个时次双经纬仪小球测风在新、旧址观测获取仰角、方位角数据计算所得量得风层的风向、风速进行统计、分析。本文选择具有代表性的4 月13 日13 时观测数据如图1—4 所示:

图1 2020 年4 月13 日新旧址仰角对比

图2 2020 年4 月13 日新旧址方位角对比

图3 2020 年4 月13 日新旧址风向对比

图4 2020 年4 月13 日新旧址风速对比

仰角、方位角1～10 分对比差值较大，可能是新旧址经纬仪读数时间有误差造成或旧址观测员读数错误造成偏差大，因此影响到各高度量得风层风向、风速的计算，致使 8.5 分量得风层风向差值达166°，在数据评估是在超差同范围内，可以剔除，但风速影响不大。

通过15 个时次新、旧址仰角、方位角、量得风层风向、风速依次进行的数据比对分析得出结论：

（1）仰角1～5min 对比数据误差较大，10min 后对比数据较稳定，在计算各时次平均值时以数值较稳定为主计算，这在平时的雷达、经纬仪对比观测中属正常现象。

（2）方位角1～10min 对比数据误差较大，在计算各时次平均值时也有较大取舍，同样在平时的雷达、经纬仪对比观测中属正常现象。

（3）量得风层风向、风速对比数据的平均值计算，主要对应仰角、方位角取舍数据计算。故15 时次平均数据较稳定。

5 结论

（1）双经纬仪基线测风仍将是大气边界层和大气环境研究中一个必要的手段，在榆中国家基准气候站L 波段测风雷达迁移的数据评估中提供精准数据资料。

（2）通过榆中国家基准站2020 年4 月7 日—30日经过15 个时次的经纬仪观测数据的比对，除个别数据误差较大剔除外，仰角平均值为-0.6°、方位角平均值为-2.0°、量得风层风向平均值为-1°、量得风层风速平均值为0m/s，故新址雷达搬移后对观测数据基本无影响。

（3）新址与旧址距离较近，对站网布局影响较小；新址与旧址地处同一气候区，下垫面基本一致，高空风基本一致；榆中站探空观测资料完整性、均一性较好。