简述呼和浩特市气象站自动放球系统

◆王 枫 武玉龙 吕玥玥



简述呼和浩特市气象站自动放球系统

◆王 枫1武玉龙2吕玥玥1

(1.中国气象局上海物资管理处 上海 200050；2.呼和浩特市气象局 内蒙古 010051)

随着气象现代化事业的不断发展，气象观测设备的数量和类型日益增多，现代气象业务对气象观测设备智能化的期望也越来越高。高空气象探测存在大量偶然性和不确定性，特别是遇到雷暴、强降水、大风等恶劣天气时常会导致迟放重放，甚至缺测。自动放球系统使用智能化的气球充气及探空仪施放，解决了在恶劣天气条件下、放球难的问题，提高探测质量，为天气预报服务提供更稳定的参考依据。

自动放球；安装流程；大风放球

1 自动放球系统概述

1.1 主要功能与性能

自动放球系统是常规高空气象观测系统的辅助系统，具有探空气球自动充灌、自动施放等功能。该系统通过计算机控制一套机械装置代替复杂的人工操作，实现从探空气球充气到探空气球携带探空仪施放全过程的自动化，以保障在雷暴、大风、强降雨等恶劣天气条件下，高空探测工作的正常进行。

1.2 自动放球系统结构

自动放球系统由自动放球方舱、氢气源及氢气输送管道、探空工作室、超声波测风仪等配套设施组成。见图1自动放球系统结构图。其中自动放球方舱由气体控制室、电气控制室、气球施放室三部分组成。气体控制室由汇流集装置、氢气泄漏检测仪、气体输送高压软管等构成；电气控制室由配电分机、控制分机、监控分机、串口分机、交换机、伺服控制箱、电机减速器、网络交换机、空调、UPS电源等构成；气球施放室由充气施放装置、放球筒、挡风顶盖、光栅、监控摄像机、氢气泄漏检测仪、防爆照明灯等构成。配套设施由配电系统、无线网桥、避雷针、安防设施、PC计算机等等组成。

图1 自动放球系统结构

2 呼和浩特市气象站建设内容

2.1 选址要求

自动放球方舱安装场地应平坦坚实、四周开阔，半径50米范围内无架空电线、建筑、林木等障碍物，并远离排水不畅的低洼地。同时，安装场地还应满足10吨起重机作业的需要，运输道路爬坡度不大于15°，最小转弯半径不小于9米，净高不小于4.5米，以便于运输车辆进入、起重机吊装及各种设备移动、存放[1]。自动放球方舱与L波段雷达配合使用，两者的相对位置关系在选址时也需要考虑在内。

（1）相对距离。自动放球方舱相对L波段雷达天线的直线距离应大于60米，且不能处于L波段雷达天线与原有人工放球点的连线上。

（2）相对高度。L波段雷达仰角存在下限，因此自动放球方舱与L波段雷达天线的相对高度，应使雷达跟踪方舱装载平台（距地面高度850mm）上待释放的探空仪时，L波段雷达天线仰角指示不低于-3°。

（3）相对方位。自动放球方舱应处于相对于L波段雷达天线地面盛行风的下风方向，且自动放球方舱轴线与起始放球时L波段雷达天线光电轴指向应尽可能相互垂直，以避免探空仪升空后出现过顶跟踪丢球的情况。

2.2 基础建设

在架设安装自动放球系统前，架设台站需要预先修建施工架设场地的道路、建好方舱基础平台和管道敷设地沟等，保证其他建设工作顺利进行，缩短方舱建设时间。

2.3 自动放球方舱

将自动放球方舱用12吨的吊车，吊装到先前建设好的方舱基础平台上。设备吊装完成后，进行方舱水平基准标定和方舱方位零度标定。标定完成后，放置地脚螺栓，浇筑混凝土，将方舱固定在方舱基础平台上。

2.4 超声波测风仪

首先将超声波测风仪、无线网桥和安装杆组装起来，然后将超声波测风仪顶端的“N”标志与正北方向对齐，最后将其固定在先前建设好的超声波测风仪安装杆基础平台上。

2.5 氢气输送管道焊接

呼和浩特市气象站高空气象观测站采用电解水制氢。在制氢房的灌球室出气口处增加1个三通，通过三通引出两路管路，其中一路保留人工充气功能，另一路经氢气管道连接至自动放球方舱。

2.6 探空值班室

安装有自动放球系统软件的计算机安装在高空气象站探空工作室内，通过无线网桥与自动放球方舱联接。自动放球系统控制计算机与高空气象站探空雷达终端协同工作，实现气球施放的联动[2]。探空工作室可远程管理监控自动放球方舱内设备运行，并通过自动放球方舱内外安装的摄像头进行远程视频监控。

2.7 配套设施

配套设施主要包括自动放球系统建设的供配电系统、通信系统、防雷设施、安防设施等。

（1）供配电系统

在自动放球方舱5米范围内安装室外配电箱，并通过电缆线将室外配电箱与高空气象观测站供电端连接。其中电源电压为AC220V，电源频率为50Hz，电源负荷不小于10kW。

（2）通信系统

自动放球方舱与探空工作室之间采用无线网桥通信方式。

（3）防雷设施

由于高空气象观测站现有的防雷设施能够覆盖自动放球系统，按照规定没有增设防雷设施，但在进出自动放球方舱和探空工作室的电源电缆、网线等我们加装金属套管并与高空气象观测站现有地网进行了等电位连接。

（4）安防设施

在距自动放球方舱四周外围5米处，建设隔离栅栏，并在其显著位置设置“氢气危险严禁烟火”的警示标志。

3 总结

呼和浩特市气象站自动放球系统的使用，将结束一直以来探空气球只能由人工释放的历史。通过了解自动放球系统基本功能与结构，对于高空观测人员，提高了工作效率以及放球时间与气球释放的实际性与同步性。不仅减轻了高空气象站业务人员的工作量，更解决了业务人员恶劣天气下放球难的问题。

[1]李伟，张春晖，孟昭林等.L波段气象探测网运行监控系统设计[J].应用气象学报，2010.

[2]郭启云，李伟，刘凤琴.L波段雷达探空系统定位高度应用于位势高度的研究分析[J].仪器仪表学报（增刊），2011.