强对流天气对高空气象探测的影响及其防御对策

摘要 随着科技的进步以及气象事业的不断发展，我国气象观测业务得到极大改变，高空气象探测业务作为综合气象观测工作的重要构成部分，其观测的大致内容是自地面到30 000 m不同高度层的风向、气压、风速、湿度、温度等相关气象信息。L波段雷达探测系统的运用大幅度提升了我国各个地区高空气象探测业务的准确性，为开展天气预报、气象服务以及气候变化研究等气象业务提供了更为有价值的指导依据，在气候监测以及气象预报中占据着举足轻重的地位。主要根据国内外高空气象探测现状以及高空气象探测系统特点，探究了大风、强降雨以及雷电等强对流天气对高空气象探测带来的影响及其防御对策，供同行参考。

关键词 强对流天气;高空气象探测;影响;防御对策

中图分类号：P412.2 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2022）01–0037–03

随着全球气候日趋变暖，各类气象灾害发生率愈来愈高。我国地域广阔，地形地貌复杂多样，各类气象灾害出现频率高，且危害性较强，是全球受气象灾害影响最大的国家之一，每年都会因灾害性天气对国家和群众生命财产安全构成严重威胁。在灾害性天气预测以及预警方面，高空气象探测业务所发挥的优势十分明显。高空气象探测业务属于各级气象部门的一项重要工作内容。现阶段，我国各个区域均选择L波段雷达探测系统进行高空大气探测工作。通过此项业务的开展，主要收集地面至高空30 000 m不同层次的风速、风向、温度、湿度、大气气压等气象要素数据，为气候条件分析、天气预报预警、公共气象服务等工作的开展带来特别重要的数据资料。

锡林浩特自开展自建立高空气象探测业务以来，气象探测水平得到大幅提高，为气象灾害预报预警工作的开展提供更加完整的指导材料。但是，受该区域地理环境的影响，锡林浩特时常会出现大风、强降水、雷电等强对流天气，尤其是夏季发生几率很大，特别容易对高空气象探测的顺利开展带来负面影响。基于此，主要根据国内外高空气象探测现状以及高空气象探测系统特点，探究大风、强降雨以及雷电等强对流天气对高空气象探测带来的影响及对应的防御对策，给出几点提升高空气象探测质量的建议，期望进一步增强高空气象探测业务能力，提升探测业务质量。

1 国内外高空气象探测现状

从20世纪20年代到30年代末，全球高空观测站网逐渐建立起来，随着各类无线电技术的不断发展以及日臻成熟，测风雷达和无线电经纬仪先后得到成功研究开发，为高空气象探测业务提供了技术基础。20世纪40年代，逐渐研发出了气象火箭，高空气象探测高度能够达到100 km以上。到了20世纪60 年代，气象卫星技术和科学技术水平得到大幅提升，发展越来越快，高空气象探测网在很大程度上推动了全球性以及全天时的高空数据的获取。现阶段各国以及地区高空观测系统的技术特点是借助于无线电技术、计算机以及遥感进行数据定量控制。从高空测风方式来说，南美、大洋洲、非洲、欧洲的大多数国家采取的系统均为GPS测风系统;加拿大、韩国等采取罗兰导航系统测风—无线电探空系统;中国、俄罗斯等采取二次雷达测风系统;美国、日本主要采取无线电经纬仪高空测风系统。现阶段，美国军方已经形成了比较完善的高空气象探测数据获取体系，充分反映了很长一段时期内高空气象探测装备的发展趋势。

我国在新中国成立初期构成了气象高空探测网，现阶段已逐步发展成全球高空气象数据探测网的关键构成之一。自20世纪50年代起，我国逐渐将59-701探测系统应用于高空气象探测中，并发挥了极其关键的作用。自1998年12月起，南京大桥机械厂成功研制了L波段二次测风雷达系统，且通过了国家大气探测中心的相关考核以及试验，大幅度提升了高空气象探测设备的自动化水平以及精度。自2002起，中国气象局对常规高空探测设备进行更新升级，将以往的59型无线电探空仪以及701二次测风雷达系统替换为新型的 L波段探空系统，将以往的59型机械式无线电探空仪替换为电子探空仪，截至目前，我国120 个探空台站均换成了L波段雷达探空系统，彻底替代了59-701探测系统。L波段探空系统站距地面30 000 m左右，每日北京时间08：00和 20：00观测，为天气预报和气候监测提供地面至30 000 m高度不同高度层的气压、风速、风向、湿度、温度等相关气象信息[1]。

2 高空气象探测系统构成

L波段高空探测系统大致包括下列几个部分： GFE（L）1型二次测风雷达、GTS1型数字式电子探空仪以及数据处理系统。探測系统主要利用氢气球将探空仪升空，探测从地面开始到30 000 m高空内不同高度风向、气压、风速、湿度、温度等相关气象要素，且凭借无线电将数据信息实时传输至地面接收系统。

L波段高空探测系统主要借助于 GFE（L）1型二次测风雷达对大气中携带探空仪自由移动的气球位置进行测定，从而获取仰角、方位以及斜距数据，之后结合携带探空仪随风移动的气球位置的变化对气球在每分钟的高度、升速以及经纬度等信息进行计算，结合每分钟气球移动的方向以及距离，通过计算获取每分钟的风向以及风速，同时配合GTS1 型数字式电子探空仪则能够同时进行空中的温度、气压、湿度探测任务[2]。

3 强对流天气对高空气象探测的影响

强对流天气属于我国许多地区时常出现的一类灾害性天气，往往发生于对流云或单个对流云中，属于中小尺度天气系统。强对流天气的特点如下：产生比较突然、持续时间一般较短，发展较快、破坏性特别大。一般情况下，在大风天气发生的时候开展高空探测业务，极易导致仪器释放的时候与障碍物相互碰撞。在强降水出现的时候，探空气球往往会下沉，抑或接收记录产生异常;出现雷电天气的时候，仪器的信号还可能会突然消失或者损坏元件传感器[3]。一旦在高空探测业务中出现这些强对流天气，探测人员需要高度重视，科学谨慎地应对。若气球上升高度未达到500 hPa，同时这个时候探测器遭受雷击或其他异常，那么应在规定时间内进行重放球操作，应尽可能确保高空探测工作的顺利实施。

4 强对流天气下高空气象探测相关条件下的防御对策

4.1 大风天气下的防御对策

第一，提前准备好大风高空探测放线器，了解清楚放球器以及探空仪的连接技巧[4]。在使用大风放线器之前，需仔细查看染线板有无裂开的现象，仪器挂钩是否与绕线板放球线线绳连接牢靠;减速环在安装之后要把仪器放到探空仪盒的铝吊片孔上，同时要求将气球嘴系好，手上握有的环形绳一般来说越来越适宜，绕线板套上面的线孔最好可以开口套入。在放球的同时还要抓住绕线板以及放球线，避免线发生散脱现象，收到释放气球的指令时放出。大风天气握住球充气口的那只手同时还需抓住放线器上端，防止在风中摆动导致放线器受到不同程度的损坏;另外一只手需要抓住仪器挂钩以及探空仪吊片。接收到气球释放指令时，探测人员双手都要求顺风朝上送出，之后放球。夜间操作的时候应在气球以及绕线板间设置1根2 m左右的放球绳，在绳的一半区域挂上灯笼，挂灯笼的线长度要适宜。

第二，仔细把控好探空观测时机。一旦在探测中有大风天气发生，探测人员可以选择风速开始变小的间隙去放球。一旦碰到风速较大的大风天气，不仅应认真等待时机，还应结合风向选择理想的放球地点，保障放球路线的通畅性。在正点之前，探测人员要有效连接探空仪及气球，同时在充气室等待气球释放指令，一旦监测到风速变小，需要立即放球，并且沿风向区奔跑，等到气球的角度逐渐上升，手上的拉力越来越小时松手放球。

第三，认真掌握雷达跟踪技术要点。在大风状况下进行气象探测工作，需保证雷达有效跟踪，这就需要放球人员具备良好的操作技能，并且在释放探空气球之前仔细掌握地面风向、风速信息，准备充分才能对释放之后的初始运动轨迹进行更加精准地判断;放球点一般布设在天线的下风向，释放气球之后雷达才可以成功自动跟踪，确保探测业务的顺利实施[5]。

4.2 强降雨天气下的防御对策

强降雨天气还时常伴随雷电、大风天气过程，经常会影响到高空气象探测的有序开展利。针对强降雨天气，需要注意以下防御对策。

首先，若强降雨天气持续时间较短，应根据强降雨雨势的强度变化情况来确定气球释放时间，尽可能不要在雨势较大的时间段进行气球释放工作。在探空观测之前需要掌握降水强度的变化趋势，抓住雨势渐渐变弱的有利时机进行防球，避免再次探空或出现数据缺测现象。

其次，一旦发现气球升空区域的降水量特别大，需考虑另外的选取地点以及时间来放球探测。

最后，降水天气放球还需掌控净举力。在高空气象探测工作中，若天气晴好，净举力一般为1.3 kg，释放高度很高;若出现小雨或阴天，净举力通常为1.4 kg;若遭遇强降雨，则净举力需要控制在1.6 kg左右，以便顺利放球[6]。

4.3 雷电天气下的防御对策

雷电天气时常伴随着闪电、强降水天气，其主要特点是电压高、破坏性较强。雷电天气不仅会给地面仪器造成极大损害，还会导致应答器遭受损坏，使无线电探测器无信号。假如在探测上方高空发生雷暴或即将移动至探测器所处地方的上空时，需禁止在此处进行放球探测;即使已经到了指定放球探测时间，也要等待雷电强度变弱或雷电移动到气象测站高空风的相反方向上，然后才能进行探测。

一般来说，探测人员能够凭借对积雨云的移动趋势以及高空风的具体情况来判断雷电活动轨迹。例如，若本气象台站有雷电活动，高空存在西南风，西南部的积雨云往往会移到本测站上方区。探测人员要认真探测雷电活动，避免气球释放后进入活动区因雷击导致重新放球。当然，L波段雷达都有避雷装置。雷电很少会损坏无线电探空仪，应充分考虑探测人员的安全性。一旦出现雷电活动，受闪电强电磁带来的干扰，无线电探空仪的信号会若隐若现，呈不稳定性，这时探测人员要仔细观察，尽量确保信号处于正常接收状态，若连续4 min仍未获得有效数据，应重新放球[7]。

5 提升高空气象探测业务质量的建议

5.1 认真选取放球点，确保放球顺利开展

在高空气象探测过程中，气象台站需要仔细观测、剖析地面风向及风速等气象要素，根据观测到的具体情况挑选适宜的放球点位置[8]。一旦遭遇恶劣天气，应仔细掌握气球释放后的运行状况，以便于在自动抓球失败后可以及时选择手动的方式进行抓球。释放人员放球后要对气球保持跟踪状态，依据操作规范观察探空气球。放球时还需及时与放球工作人员进行仔细沟通，保证放球工作的高效开展，最大程度地降低高空气象探测错误率[9]。

5.2 加强高素质探测人才的培养

氣象台站应当根据高空气象探测业务实际，强化高素质探测人才的培养。要求探测人员认真学习地面以及高空探测理论知识的学习，熟练掌握地面以及高空观测知识，加强高空气象探测实践演练，增强应急处置能力，以便在强对流天气下及时采取有效措施进行应对，确保高空气象业务质量。

5.3 加强高空探测仪器的维护管理

气象台站应注重高空探测仪器的维护管理，相关人员要掌握L波段雷达的基本原理，熟练记住其在稳定运行时的发射机频率、磁控管电流与接收机增益等相关参数，若某些参数不正常，能够及时发现故障点，确保探空仪、探测雷达以及氢气球等设备保持正常运行状态，正确操作探测仪器，对风、气压、温度等气象要素进行观测。

此外，经过一定工作时间的使用后，雷达会因为污垢、腐蚀、生锈和霉变等原因造成故障，雷达的各种元器件在长期的风吹日晒雨淋下也会变质，操作人员除了按使用说明书正常操作外，还必须对其进行良好的维护管理，确保探测设备正常工作，获取最真实可靠的气象数据[10]。

6 结束语

高空气象探测属于综合气象观测系统的重要组成部分，在气象预报预测、公共气象服务等方面具有重要的作用。在高空气象探测时经常会碰上大风、强降雨、雷暴等强对流天气，给高空探测工作带来负面影响。气象观测站的工作人员要加强对高空气象探测技 术的学习，总结工作中遇到的难题，及时解决问题，提升对突发灾害性天气的应急处置能力，确保高空气象探测工作的高效、高质量开展。

参考文献

[1] 王柳.高空气象探测系统现状分析与未来发展[J].农村经济与科技，2018，29（4）： 20.

[2] 中国气象局.L波段高空气象探测系统业务操作手册[M].北京：气象出版社，2005： 10.

[3] 王博.关于恶劣环境对高空气象探测质量的影响分析[J].农技服务，2015，32 （1）：118.

[4] 董福镇，缪集群，钟凯仪.强对流天气对高空气象探测的影响及应对措施[J].气象水文海洋仪器，2018，35（2）：21-24.

[5] 贺美萍.影响高空探测质量主要因素及应对措施[J].内蒙古农业科技，2015，43 （4）：60-61，69.

[6] 韦肖林，韦振华，黎洁波.恶劣天气高空探测技术探讨[J].贵州气象，2013，37 （6）：60-62.

[7] 刘清芳，乔玉新.特殊天气高空探测应对方法与技巧[J].气象水文海洋仪器， 2017（1）：34-36.

[8] 赵宏毅.浅析L波段高空气象探测资料常见问题及措施[J].时代农机，2018，45 （11）：202.

[9] 刘兴瑞，王芳.L波段高空气象探测业务常见问题的应急处理[J].科技风，2015 （6）：44.

[10] 赵建军.高空气象探测数据质量的影响因素及控制对策[J].现代农业科技， 2017（3）：199，201.

责任编辑：黄艳飞

The Influence of Severe Convective Weather on the Detection of High Altitude Phenomenon and Countermeasures

DAOREN Tuya （Xilinhot National Climate Observatory， Xilingol League， Inner Mongolia  026000）

Abstract With the advancement of science and technology and the continuous development of meteorological undertakings， my country's meteorological observation business has been greatly changed. As an important part of comprehensive meteorological observation work， the upper-air meteorological detection business generally covers observations from the ground to 30 000 m at different altitudes. Wind direction， air pressure， wind speed， humidity， temperature and other related meteorological information. The application of the L-band radar detection system has greatly improved the accuracy of high-altitude meteorological detection services in various regions of my country， and provided more valuable guidance for meteorological services such as weather forecasting， meteorological services， and climate change research. The weather forecast occupies a pivotal position. Based on the current situation of high-altitude meteorological detection at home and abroad and the characteristics of high-altitude meteorological detection and detection systems， This study explores the impact of strong convective weather such as strong winds， heavy rainfall， and lightning on high-altitude meteorological detection and its defense countermeasures， for reference by peers.

Key words Severe convective weather; High-altitude weather detection; Impact; Defense countermeasures

作者簡介 道仁图娅（1987—），女，内蒙古通辽人，本科，助理工程师，主要从事综合观测工作。

收稿日期 2021-11-10