风云二号H星发射气象保障分析

2019-01-16江晓华许平平胡云涛杨道勇

西昌学院学报（自然科学版） 2018年4期

江晓华，许平平，张滢，胡云涛，杨道勇

(西昌卫星发射中心技术部，四川西昌 615000）

1 概述

2018年6月5日21∶07，我国风云二号H星在西昌卫星发射中心用长征三号甲运载火箭成功发射。H星是我国第一代静止轨道气象卫星的最后一颗，计划定点于东经79°的赤道上空，有助于提高我国天气系统上游地区的监测能力，并为“一带一路”沿线国家提供天气预报、防灾减灾等监测服务[1]。

风云二号气象卫星于1986年启动研制，1997年至今已成功发射8颗。H星是中国气象卫星风云二号系列卫星中可靠性最高、性能最稳定的卫星。目前风云二号在轨卫星形成了“多星在轨、互为备份、统筹运行、适时加密”的业务模式，主要为用户提供实时可见光、红外和水汽云图，已经被世界气象组织纳入全球业务应用气象卫星序列，成为全球综合地球观测系统的重要成员。

6月份，西昌发射场刚刚进入雨季[2]，气候复杂，雷雨天气明显增多，气象保障难度大。1997年6月5日风云二号A星首次发射就遭遇突发性雷雨天气，而不得不中止发射，推迟到6月10日发射并取得成功。因此，同一时期、同样发射时间段的风云二号H星的气象保障受历史上保障失利的阴影影响，压力就更大。发射中心气象系统针对此次任务特点，认真总结雨季气象保障历史经验教训[3-5]，开展了一系列针对性天气专题研究，制定了复杂气象保障的预案，加强了与四川省气象台、凉山州气象台的天气会商，充分利用了气象科技的新技术，圆满完成了H星的气象保障，打破了气象卫星6月份发射的心理魔咒，为后续雨季气象保障提供了有益借鉴。

2 气候概况

发射中心气象部门统计了西昌发射场1974—2017年历史资料，以6月5日为中心，前后5日气候概况如下：平均气温为18.9℃，日平均最高为19.4℃，日平均最低为18.1℃，极端最高气温为36.2℃（2014年6月2日），极端最低气温为9.1℃（2009年6月3日）；降水量日平均为5.7 mm，日最大降水量为39.0 mm（2007年6月8日）。降水日数平均为8.3 d，占总天数的75.2%，最多11 d，最少4 d；雷暴日数平均为3.3 d，占总天数的30.2%，最多8 d，最少0 d；晴天日数平均为0.6 d，占总天数的5.9%，最多2 d，最少0 d，阴天日数平均7.5 d，占总天数的69%，最多10 d，最少3 d；高空最大风速平均为23.3 m/s，高空极端最大风为51 m/s，风向241°，高度13 313 m（1987年6月2日）。

今年5月下旬以来，场区以多云天气为主，雷暴日数2 d，较历史平均值（3.5 d）偏少；累积降水量73.0 mm，较历史平均（45.2 mm）偏多；平均气温17.6℃，较历史平均（18.6℃）偏低。

3 气象保障分析

3.1 72 h气象保障（射前指挥部会议专题汇报）

6月3日，场区召开了发射前任务指挥部会议，会前，听取了气象系统的专题汇报。

根据欧洲数值预报中心细网格资料分析，6月5日20∶00，高空500 hPa东亚槽东移到长江中下流到贵州一带，场区属于槽后弱高压脊控制，为弱东北气流；高空700 hPa为弱风场，场区处于弱反气旋中心附近，以下沉气流为主，湿度明显偏干，约为40～50%；地面为负变压，无冷空气影响；总云量预报为4成，且周围只有零散云系。20∶00高空风最大风速33 m/s，风向267°，高度9 000 m。

欧洲中心集合预报产品分析表明，射前-8 h：对流有效位能平均为62～85 J/kg，极大值预报为629 J/kg，因此对流天气出现概率极小；降水概率平均为0%，极大值为33%；降水量预报为平均为0.2 mm，极大为3.1 mm，因此降水概率不大。

从欧洲中心和中国气象局T639模式各自的细网格累积降水量预报分析表明，6月5日8：00-23：00时，降水量不明显，均为0.0 mm。

此次任务还利用了近年来的新技术资料，主要分析了中国气象局GRAPES_MES0中尺度区域数值模式产品资料。分析FY2G卫星云图模拟资料表明，6月4日有一次高原槽影响场区的天气过程，5日受高压脊控制，云量较少。分析我国西南地区700 hPa风场和雷达组合反射率叠加资料表明，4日有一次中等降水过程，5日午后至夜间本区700 hPa风场为一致的南风，发射窗口前后无明显雷达回波；分析3 h降水量和10 m风场叠加资料表明，4日场区附近有10 mm左右降水，5日午后至夜间场区周围只有零散的降水区，总体降水不明显。

另外，由于4日场区出现降水，近地面湿度大，5日傍晚前后局地热力对流需要密切关注，这种局地热力对流天气的风险通常只有当天16∶00通过多普勒天气雷达探测才能确定有无。

综合上述气象信息，气象系统认为预计6月3日至4日，场区受高原槽过境影响，结合地面冷空气的入侵，有一次中雨降水过程；5日至6日场区开始受高压环流前缘影响，湿度明显转干，场区上空云量减少，天气转好。

气象发言人代表发射中心气象系统于3日11∶00发布了6月5日发射窗口天气预报：4～6成低云，无雷暴，无降水，气温17～19℃，露点13～15℃，相对湿度30～50%，北风1～3 m/s，浅层风＜10 m/s，大气电场＜10 kV/m，能见度≥20 km；高空风最大风速30±5 m/s，风向270±10°，高度9 000±1 000 m，q×α值＜ 1 200 Pa·Rad。满足任务最低发射气象条件。但是需要密切关注6月5日当天的局地热力对流天气。

指挥部听取了气象专题汇报后，决定按程序进行常规和低温燃料的加注，发射按计划实施，6月5日16∶00再专门听取一次天气汇报，以最终确定相关低温燃料加注时间。

3.2 8h气象保障

6月3日后半夜到4日正如预计，场区出现了12.3 mm的降水，5日白天天气明显转好，以中高云为主。

5日08∶00 500 hPa高空形势分析表明，高空槽已经东移到重庆至云南昭通附近，场区位于槽后，转为偏北风10 m/s，总体属于高压脊控制；08∶00 700 hPa高空转为偏北风4 m/s，切变线明显偏东南，位于场区东南侧重庆至贵州一带，场区处于不完整的反气旋环流中心南侧，并且湿度较干，约60%～70%；地面无明显冷空气，24 h变压为-1 hPa。

09∶00以前，场区垂直测风表明，3 000～6 000 m为东北风，3 000 m以下为弱西北风，中低层为弱反气旋，无明显切变；08∶00场区上空经向和纬向的垂直速度探测均为弱下沉运动；08∶00 K指数为22左右、SI指数为7左右、θsc为-7左右；地面电场平稳，一直处于＜0.4 kv/m，表明场区上空整体层结稳定，不利于对流天气发生。

12∶00以前，卫星云图分析表明，场区基本上处于少云区，主要多云区位于场区南侧；场区周围的三部雷达125 km探测范围内均未能探测到明显回波；闪电定位系统100 km内未探测到闪电。

接着分析欧洲中心细网格各类数值预报产品。从500 hPa环流形势预告图可知，5日08～14∶00场区及附近区域为一致的偏北气流，无明显辐合区，主要辐合区位于贵州附近；17～23∶00场区及附近区域，转为一致的东北气流，仍然没有明显辐合。因此，本区500 hPa高层以辐散场为主，不利于出现天气现象。

分析700 hPa环流形势预告图可知，5日08∶00～17∶00，场区处于一个弱风场、弱反气旋中心附近；20∶00～23∶00转为一致的偏南气流中，场区西南侧有弱切变，以东移为主，不会影响场区，故本区700 hPa环流形势总体也是辐散场，不利于出现天气现象。

分析本区700 hPa相对湿度预告可知，5日08∶00～17∶00 为 52～58%时，20∶00～23∶00 为 32～36%，表明低层湿度明显偏干，也不利于出现天气现象和上云。

分析细网格云量预报可知，场区上空云量08∶00为 9 成、11∶00 为 8 成、14∶00 为 5 成、17∶00 为 2成、20∶00～23∶00为0成，图1就是欧洲中心细网格5日20∶00的总云量覆盖预报，可以发现窗口时段场区为少云。表明5日夜间云量明显减少，天气转晴。

图1 欧洲中心细网格6月5日20:00总云量覆盖预报

分析场区及附近的累积降水量预报值可知，5日08∶00～23∶00均无明显降水。

分析场区附近的K指数预报可知，5日夜间K指数范围在23～29之间，属于大气层结较稳定范围内。分析场区附近的对流有效位能数值预报可知，5日全天数值均小于100 J/kg，夜间更是小于10 J/kg，因此，明显不利于出现对流天气。

综合欧洲中心细网格各类数值预报可知，5日夜间场区天气明显转好，不利于出现降水和对流天气。

另外，我们充分地分析了中国气象局GRAPES_MES0中尺度区域数值模式产品资料，起报时间为6月4日20∶00。

分析FY2G卫星云图模拟数值预告资料表明，6月4日夜间有一次高原槽影响场区的天气过程，5日转为受高压脊控制，云量减少。图2所示就是窗口时间段FY2G卫星云图11 μm红外亮温数值预告，结果表明发射窗口时段场区为少云区。

图2 6月5日21:00FY2G卫星云图数值预告

分析我国西南地区3 h降水量和10 m风场叠加资料表明，4日夜间场区附近有10 mm左右降水，5日午后至夜间场区周围只有零散的降水区，总体降水不明显。

分析我国西南地区700 hPa风场和雷达组合反射率叠加数值预告表明，本区4日夜间有一次中等降水过程，5日午后至夜间本区700 hPa风场为一致的南风，发射窗口前后本区无明显雷达回波，主要雷达回波偏南，位于金沙江及攀枝花附近如图3所示。

图3 6月5日21:00风场和雷达组合反射率叠加预报

综合天气实况，卫星云图、雷达回波、闪电定位、地面电场以及各类数值预告资料分析，可以确定：场区8 h天气逐渐由多云转为少云，无降水、无雷暴、无大风，可以明确排除3日指挥部专题天气汇报时担心的局地热力对流天气出现。因此，气象发言人在5日16：00再一次向指挥部进行专题天气汇报时，气象系统发布了8 h窗口预报为：0～3成低云，无雷暴，无降水，气温17～19℃，露点13～15℃，相对湿度30～50%，北风1～3 m/s，浅层风＜ 10 m/s，大气电场＜10 kV/m，能见度≥20 km；高空风最大风速（35 ± 5）m/s，风向270 ± 10°，高度（10 000 ± 1 000）m，q×α值＜1 200 Pa·Rad。满足任务最低发射气象条件。

指挥部听取了气象系统的8 h明确结论后，排除了场区局地对流天气的影响，任务按程序进行低温燃料加注，并按预定窗口时刻实施发射。

3.3 4～1 h气象保障

进入4 h内保障程序，主要是分析卫星云图、雷达回波、地面电场、闪电定位和周围气象台站的天气实况。

西昌市风箱口多普勒天气雷达从5日16∶00以后至发射时刻，125 km范围内一直未探测到明显雷达回波，表明场区上空云层稳定，无天气现象出现。

场区便携式X波段天气雷达高显资料分析表明，场区5日16∶00～17∶00探测到高度为5 000～7 000 m的中高云回波，18∶00以后逐渐消失，转为弱低云回波，19∶00后未探测到明显回波。

西昌市天王山X波段天气雷达也基本上同风箱口雷达探测结果一致，16∶00以后均未探测到125 km范围的明显回波。

5日地面电场全天稳定，基本上维持在200～400 V/m之间。闪电定位系统16∶00至发射窗口未探测到100 km范围内的闪电。

FY2红外云图分析表明，16∶00～18∶30，场区及西侧附近有小范围松散的中高云系，19：00后云系明显消散转为少云区；可见光云图分析表明，16∶00场区有少量低云，西侧有少量松散云系，17∶32场区周围的云系明显消散；FY2红外与水汽差云图分析可知，16∶00场区维持少量的松散云系，17∶00开始减弱，19∶32消散，一直维持少云到发射窗口时段。

从全国自动站1 h降水量监测图分析，16∶00以后，一直到发射窗口时段，100 km范围内均未发现有明显降水。

场区实况为：16∶00 6成高积云高度3 500 m、17∶00 8成高积云高度3 500 m、18∶00 6成高积云高度3 500 m、19∶00 4成高积云高度3 500 m、2成层积云高度1 500 m、20∶00 3成高积云高度3 500 m、21∶00 2成高积云高度3 500 m。16∶00至窗口时段均无降水。

综上所述，4～1 h天气演变，同8 h预报趋势结论一致。

气象系统在5日18∶00发布了4 h窗口预报：0～3成低云，无雷暴，无降水，气温20～22℃，露点13～15℃，相对湿度30%～50%，北风1～3 m/s，浅层风＜10 m/s，大气电场＜10 kV/m，能见度≥20 km；高空风最大风速（35±5）m/s，风向（270±10）°，高度（10 000±1 000）m，q× α值＜1 200 Pa·Rad。满足任务最低发射气象条件。