应用全自动GPS探空系统实现常规高空气象观测自动化

孙克敏++张云飞++陈杨

摘要：近些年来，我国已建设完成120部L波段雷达探空系统，实现了观测数据采集、监测和集成的自动化。但充灌及施放气球还是人工操作，大风及暴雨等恶劣天气施放气球极其困难，本文将全自动GPS探空系统和L波段雷达探空系统完美结合，从灌球施放到整理记录，全程实现常规高空气象观测的自动化。

关键词：自动化；结合；使用方法；存在问题；解决方法

中图分类号： P412.27 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.15.045

L波段雷达探空系统在我国已布设成功，它不仅提高了我国高空气象观测业务质量和观测精度，而且实现了观测数据采集、监测和集成的自动化，但在充灌及施放气球领域还没有实现自动化，大风及雷雨天人工施放气球成功率还很低。在此基础上，我站将全自动GPS探空系统的自动放球部分和L波段探空系统释放软件完美结合，实现了充灌及释放气球自动化，减少或免除了台站人员的劳动强度，获得的气象探测资料也更精准，大大提高了探测高度及时空密度，全程实现了常规高空气象观测的自动化与现代化。

1自动放球系统的功能及使用方法

自动放球系统主要功能是控制远端站按规定的程序完成自动放球任务。自动放球系统首先录取超声测风仪数据，决定是否具备放球条件。条件具备时依次实施的过程是：控制室空调的控制、气源压力的检测及切换、分度转台转动、探空仪检测、电动窗开启/闭合、探空仪加载、探空气球充气、挡风顶盖转动/开启、探空气球及探空仪的施放、顶盖闭合及转盘装置复原、充气释放机构退位、系统恢复到下次放球等待状态。在自动放球系统运行过程中，传感器自动检测各机械位置、氢气泄漏量以及充气量的控制等。当机械位置状态检测值超过允许阈值时，自动放球系统自动停止运行，并显示报警信息，提示操作员处理方法。

2与L波段探空雷达配合完成气球释放的具体步骤

首先用L波段探空终端完成探空仪基值测定操作，然后将GTS1-2型探空仪与放线器及安装基座相连接，固定在自动放球系统的数控转台上，设置好气球充气量后，进行自动运行操作。自动放球系统自动完成灌球操作后，将等待L波段雷达终端发送释放气球指令。操作人员点击正点施放后，自动放球系统自动弹出气球，操作员指挥L波段雷达自动跟踪气球并接收整理记录。

3异常情况的处理办法

地面风速超过20米/秒时，系统会停止运行；地面风速超过设置的“大风等待风速”时，系统会进入放球等待模式。

自动运行过程中，出现异常情况时，应立即点击自动探空控制软件主界面“紧急停止”键，停止系统的继续运行。

自动运行过程中，软件主界面氢气浓度监测数据超过4000PPM时，系统将自动关断控制室或汇流集电源，停止系统的继续运行。

如果“紧急停止”发生在探空气球充气前，点击控制软件主界面“自动复位”键后，系统将自动复位至等待放球状态。

如果“紧急停止”发生在探空气球充气中或充气后，只能使用手动复位。

4常见故障分析及排除方法

4.1数控转台不转动

首先检查自动放球软件的运行及系统自检功能是否正常、是否解除“緊急停止”；空气压缩机故障或输出压力低于0.6Mpa；气体输送管路漏气或集成控制阀及驱动转台气缸故障。

解决方法：给空气压缩机加电或维修空气压缩机；查找漏气点并更换故障单元及故障气缸。

4.2不能充气或不停充气

充气气缸没有旋松；氢气输送管路堵塞或充气电磁阀及质量流量计故障；氢气泄露超标；自动放球控制软件死机。

解决方法：检查充气气缸的松紧状况；查找堵塞点及更换相关故障电磁阀及质量流量计；查找漏气点并更换故障单元；重启自动放球控制软件。

4.3无地面气象数据

首先检查探空接收机与自动探空软件运行是否正常、探空仪与探空接收机工作频率设置是否一致；地面气象仪电源未接通或串口电缆松脱；采集器或传感器损坏；串口设置不正确。

解决方法：接通地面气象仪电源；检查连接好串口电缆；更换故障单元及重新设置串口参数。

4.4顶盖不能转动

地面测风仪故障或无风速数据显示；伺服驱动器故障或控制板故障；自动绕线装置电缆磨损或断开；液压泵站或液压油缸故障；液压管漏油或油箱缺油。

解决方法：更换故障测风仪、故障单元或故障控制板；更换故障电缆或液压油缸；查找漏油点并更换或加油。

5结语

本文对全自动GPS探空系统与L波段探空雷达的结合进行了初探，主要为使高空气象观测人员能够更好地了解和掌握自动探空系统的特点和操作方法，指导高空气象观测人员解决使用中遇到的技术问题，提升高空探测的观测质量和准确度，确保自动探空系统正常运行。总之，全自动GPS探空系统与L波段探空雷达完美结合、相辅相成，将逐步提高我国高空观测自动化技术水平。

参考文献

[1]李伟，等著.常规高空气象观测业务手册[M].北京：气象出版社，2012：2.

[2]郭启云，孙宜军，曹云昌，等.自动探空系统业务操作手册[M].南京：南京大桥机器有限公司，2014：4.

作者简介：孙克敏，本科学历，高级工程师，研究方向：大气探测（地面及高空等综合观测）。