L波段探测系统参数和探测资料审核校正技术分析

林 松

(福建省气象信息中心，福建 福州 350008)

1 概述

L波段(1型)雷达和GTS1、GTS11、GTS12、GTS13型无线电电子探空仪高空气象探测设备[L波段(1型)探测系统]2005年在福州、邵武、厦门探空站开始建设，并陆续投入使用。2006年，龙岩移动探空站开始建设，2007年正式投入汛期观测。L波段(1型)雷达探测系统与59型机械式探空仪、701雷达探测系统相对比，L波段新系统探测资料的信息量更大，探测资料的数据量更多，达到秒级数据，数据处理的准确性、时效性有了较大的提高，新旧两套探测系统的资料数据审核校正方法有一定差别。常规高空气象观测是指通过充灌适量氢气或氦气的气球携带无线电电子探空仪，随风自由升空漂流的方式，对自地面至几万米高空不同层次的大气气象五要素(温度、气压、湿度、风向、风速)等的垂直分布变化规律进行观测、收集、处理的活动和工作过程[1]，为天气预报的制作、全球探测数据的交换、运用气候分析、历史气象资料数据提供服务。

2 探测资料的审核校正和技术分析

结合二十多年从事高空气象资料探测和审核校正工作的经验，现就日常审核校正中常出现的问题进行归纳分析总结如下。

图1 日常审核校正流程图

2.1 计算机时间和放球时间的审核校正

值班员应按高空规范要求校对计算机的系统时间和放球软件的放球时间，并保证系统时间误差在30s之内[3]，否则放球前要及时修改。台站高空值班员和预审员要认真审核校正高表-13、高表-14、高表-16的放球时间，综合探测正点放球时间为北京时07点15分和19点15分，单独测风放球时间为01点15分。规范要求只允许特殊原因推迟放球，任何情况下不得提前放球，放球后不得随意更改系统时间，以免造成系统错误[1]。

2.2 本站常用参数、设置发报参数、设备信息参数的审核校正

“本站常用参数”包括：台站的名称、海拔高度、区站号、台站档案号、台站地址、纬度、经度、干湿球器差订正值、气压表器差订正值、雷达型号、探空仪型号、值班人员代码、球重、净举力、总举力、施放地点、雷达天线高度等[2]；“设置发报参数”包括：站名站号、报文指示标志(10、40)，其中10为报文参加国际交换，40为报文参加国内交换，报文备份前要打钩；“设备信息参数”包含雷达设备信息、探空仪信息、气球信息和电池信息；台站应根据各设备和仪器的型号、批次、生厂日期及时更新[2]。

台站常用参数的设置是否正确，会影响到探测资料数据的处理结果，台站相关管理人员要认真填写并审核校正把关。在日常工作中，注意及时修改需要变动的“参数”项，特别是新程序升级后更要认真检查和校对其正确性；同时要求禁止使用超过检定日期的设备和仪器，如基测箱、探空仪、球皮等，否则就会发生无法挽回的损失，造成探测资料数据不可用的严重后果，个别台站出现设置错误的情况时有发生。

2.3 基测、瞬间要素的审核校正

按照高空观测规范要求，基值测定在正点放球前30分钟开始进行，瞬间数据的读取输入在正点放球前或后5 分钟内进行[1]。L波段(1型)探测系统基值测定是在值班室内的基测箱中进行，瞬间要素的干球、湿球温度是在室外百叶箱中进行观测，所以基测时的温湿度与瞬间要素的温湿度会有所不同，但是基测和瞬间的气压要素是读取值班室中基测箱气压表数值和自动站气压值。目前台站的基测和瞬间要素已经可以采用自动站的数据(三个厂家生产的探空仪基测合格条件为：-0.3℃≤△T≤0.3℃，-4%≤△U≤4%，-2.0hPa≤△P≤2.0hPa)。例如，邵武站，站号:58725,附温有时差4℃多，时次:2009年1月1日07时。湿度片R0的合格条件:8.0≤R0≤20.0。

地面瞬间要素观测,在正点放球前或后5分钟内(10～20分之间)进行，读取录入瞬间的压、温、湿、云量、云状、天气现象、能见度、风向和风速等气象要素的观测值。值班员应注意云、能见度、天气现象的相互配合,特别要注意云与降水的相互配合,降水时能见度与天气现象的配合,记录时不能出现相互矛盾。有的值班员输入出现矛盾，例如云状前后顺序颠倒，云状第一个字母该大写的没有大写，第二个字母不该大写的又大写了，有的出现漏输或多斜杆、空格等；有记雷雨符号时没有记Cb云等；天气现象与能见度相矛盾，如能见度0.75km却记大雾，能见度7.5km以下的漏输入轻雾等。例如，福州站，站号：58847， 时次：2010年9月26日01时、2010年11月12日07时、12月5日01时、2011年7月29日19时。能见度和天气现象的配合，当能见度≤7.5km 时,如果观测计算的相对湿度比较大,接近100%时，天气现象记为“= ”,相对湿度较小空气干燥时,天气现象应记为“∞”。遇有雾天，水平能见度小于0.75km 时,云量要记：10/10,天气现象记符号“≡”,云状栏应记该天气现象符号“≡”[3]。

2.4 放球点方位和距离参数的审核校正

由于L波段(1型)雷达能够自动跟踪无线电电子探空仪，所以在施放气球时要选择有利于雷达天线能够自动跟踪的地点放球。施放地点应根据观测场地环境和实际天气情况，选择有利于雷达天线能够自动跟踪，不容易过顶丢球的位置施放气球。一般台站应设置2～3个放球点，有条件的可以在四个方位各设一个放球点，满足不同天气的需要，选择相应的放球点。为了避免低空的探测资料数据出现失测或不连续，气球施放时电子探空仪所在的高度应尽量与本站气压表在同一水平面上，高差不超过4m，否则就必须要修正；施放时电子探空仪与瞬间观测的仪器设备处在同一环境，两者的水平直线距离不应超过100m[2]。气球瞬间施放点作为高空风坐标原点计算[4]。

当风速比较大的时候，要选择风的下风方向空旷地点进行放球；当风速较小时，要选择距离雷达天线较远的地点施放气球，以免气球容易过顶丢球。L波段(1型)雷达系统放球软件内预先设置了主放球点参数，如果因天气原因需要改变放球点位置，当班人员需及时修改放球软件里面主放球点的相应参数，点击放球软件的“地面参数”，再点击“空中风观测记录表”，在“远距离放球”位置更改相应的距离、方位、仰角数值。在审核测风数据时，可以通过检查测风秒级数据00秒、01秒方位的连续性，判断放球地点参数是否做了相应的修改，要求更改了放球点位置应在记录表内备注,站内预审要及时审核、校正。

2.5 测风分钟和秒级数据的审核校正判断

3.02版本的高空放球和处理软件测风整分钟的球坐标数据改为从秒数据平滑中获取，前版本为整分的前后共计5s的算术平均；3.30版本还是继续从秒数据平滑中获取，目前6.00版本可以从秒数据平滑中获取，也可以整分的前后共5s算术平均，由值班员根据实际情况合理选择使用。在审核雷达测风数据时,要注意查看方位角、仰角、斜距三者之间的变化规律，其次要看计算出来的量的风层风向、风速的变化规律。假如测风某分钟计算出来的风向或风速有明显突变,可能是雷达测风的方位角、仰角或斜距三者其中有一个有误,可利用数据处理软件内的“查询每秒球坐标数据”曲线进行查看,曲线直观明朗，从而帮助判断此分钟数据是否可以使用或删除。斜距(凹口)如果多秒连续出现错误的，应在处理软件内用探空高度替代斜距，并注意判断雷达是否旁瓣跟踪气球。气球过顶超过90°时，系统软件程序会自动进行处理，无须人工去干预。

2.6 探空、测风放球前5分钟数据的审核校正

在“放球前5分钟每秒球坐标数据查询”与“放球前5分钟探空数据查询”两个菜单项，可以分别查询放球前5分钟的测风球坐标和探空数据。有些时次因计算机死机或其他原因造成重启放球软件，这样探空、测风都没有放球前5分钟数据，应及时备注原因(例如，福州站，站号：58847 ，时次：2011年2月3日07时) 。

2.7 探空、测风确定终止层的审核校正

综合探测终止时，探空终止层的确定要在探空三条曲线放大10倍的状态下进行，根据气压、温度、湿度三条曲线点子的变化规律综合进行判断[2]。探空和测风终止原因有：球炸、信号突失、雷达故障、信号不清、仪器故障、干扰、放弃等。

探空终止层的确定首先要找到放大10倍状态下的气压曲线上气压值最小的点，并以该点作为探空终止参考点，在终止参考点上下范围内，根据湿度曲线的跳变情况和温度曲线趋势变化，球坐标分钟和秒数据的变化情况，即球坐标的仰角升降变化情况、高度下降点的变化、斜距(凹口)变化情况进行综合判断，确定探空终止层的位置[5](例如：福州站，站号：58847，时次：2011年1月5日07时)。

测风终止层球炸点分钟数的确定：首先找到探空终止点，在对应终止点的整分钟数据上确定即可，如探空终止在87.9分，测风终止层应确定在87分整分钟数上(例如，福州站，站号：58847，时次:2010年4月30日01时)。

2.8 特性层时间重复的审核校正处理

因计算机计算精度的提高，时间计算到每6s为0.1分钟。有时虽然特性层的时间是一样的，但实际到秒是不一样的，一般相差在6s之内。应用处理软件的自动修正探空数据错误功能进行修正，或直接点击“口杯”修正，点子比较乱的记录要慎用此功能。该功能也有不完善的地方，如个别时次使用会出现无法去除的现象，应在记录中加以备注。例如，厦门站，站号：59134 ，时次:2010年11月4日07时减了7层；邵武站，站号:58725，时次： 2012年2月22日19时无法去除4、5层。

2.9 高度替代斜距问题的审核校正

由于近地面凹口跟踪有时不好时，凹口回波(即斜距)起伏大，凹口回波如出现多秒没有连续跟踪就应该高度替代。再一个凹口回波有明显跑掉的应高度替代，数据平滑也会出现错误(例如，福州站，站号：58847，时次： 2010年8月31日19时第1分、2012年3月13日19时1、2、7分)。从秒坐标曲线上看比较明显。高度替代斜距凹口，最后必须在处理软件内替代为准(例如，邵武站，站号：58725，时次： 2012年9月25日07时)。

2.10 信号突失

球炸原因在放球软件里出现信号突失，打印的高表13、14会突失，且在G文件里的终止代码会出错，需修改为代码6，而不是代码8(例如，福州站，站号：58847 ，时次2011年2月16日19时)。代码8是其他原因。

2.11 处理软件内工具的预审使用

利用“图形显示”功能对探空曲线进行预审和审核，一般要求放大到十倍平滑没有毛刺。例如，邵武站，站号：58725，时次：2012年9月29日19点74：39气压，75：36湿度。

利用“图形显示”功能查看“球坐标(秒数据)曲线”是否有毛刺。如果有，要进行判断、删除或高度替代等。

2.12 高空全月G文件格检质检常出现错误的审核校正

①秒数据错位的格式错误，特别是斜距，仰角和方位比较少。

②无放球前5分钟数据的记录，仪器生产日期都是200000。例如：福州站，站号：58847，时次：2011年2月3日07时。

③信号突失终止代码错误，全月无最大风时的错误，程序已进行完善解决。

④目前高空全月G文件要格式检查通过后，再进行质量控制的检查，根据疑误提示内容进行记录的相应修改。例如，风向、风速一致性可疑；对流层顶、零度层要素的气压P值可疑；特性层温度-露点有一项可疑、气温一致性检验可疑、台站参数设置错误的提示、仰角≥93°的提示等。

⑤备注内容应按规范后面的规定严格执行，其他事项应备注在12项里，重放球、信号突失、雷达故障、仪器故障、丢球等造成资料缺测的应备注在BB(一般备注事项标识)项内。

3 结束语

综上所述，L波段探测系统参数和探测资料的审核校正，台站相关参数设置校正至关重要，要及时修改变动的“参数”项，以免遗漏造成资料不可用或使用超检仪器等错误。基测和瞬间各要素值的读取和输入容易出错，是整份资料记录的审核校正重点。放球点位置选择和修改，关系雷达能否顺利抓到气球和第一个量的风层的计算。斜距凹口错误时的高度替代，在日常工作中经常需要用到，特别是在近地面几分钟，斜距凹口经常跟踪不正确时要用高度替代。高空气象探测资料的人工审核校正和质量控制与处理软件内的工具使用相结合，全月高空G文件的格式检查和质量检查的程序审核，对探测资料疑误数据进行相应的排查校正和修改，能够大大提高探测资料的准确性。

L波段高空气象探测系统在福建使用十多年来，高空气象资料人工审核积累了一定经验，对日常探测系统参数和探测资料容易出错的地方进行归纳分析总结提醒，对台站高空气象从业人员以及资料审核人员有一定的帮助，从而促进全省高空气象资料质量提高，为福建省及台湾海峡天气预报制作、全球探测数据交换，以及运用气候分析和历史气象资料数据提供准确的高空气象探测资料。