强对流天气对高空气象探测的影响及应对策略探究

才让罗加 郭航

摘要：强对流天气是在我国各地经常出现的一类灾害性天气，主要在对流云系或单体对流云块中出现，属于中小尺度天气系统。强对流天气持续时间短、突发性强、来势凶猛，对高空气象探测作业的影响较大。本文分析了大风、强雷暴、强降雨等强对流天气对高空气象探测所产生的影响，并给出具有针对性的防范对策。以期能有效降低强对流天气带来的不利影响，提升高空气象探测质量。

关键词：强对流天气；高空气象探测；影响；应对

随着科学技术的快速提升，各种现代化的观测仪器设备在气象观测中得到了广泛应用，使高空气象探测的自动化程度越来越高，为天气评估提供更加具有准确性和可靠性的依据。但在高空气象探测过程中，复杂的强对流天气情况时有发生，如暴雨、雷电、狂风、强降雨、大雾等天气的出现，严重影响了高空气象探测数据的质量。因此，研究强对流天气出现的原因和应对策略，对有效降低其产生的影响，提升强对流天气下的高空气象探测数据质量具有积极作用。

1    强对流天气概述

强对流天气是指破坏性大、出现迅速和变化突然的中小尺度天气系统，其主要特点是突发性强、影响范围小，生命史较短，长则几小时或十几小时，少则只有几分钟。在出现时大都伴随着强降雨、雷暴大风、冰雹等天气，属于杀伤性强的灾害性天气。强对流天气出现的原因是空气垂直运动引起的，而夏季午后出现典型强对流天气的频率较高，由于地面不断吸收白天来自太阳发射的短波辐射，使得地温增加幅度较大，随后地面则会将热量向空气中释放，低层空气和地球表面在吸收能量后，会导致空气温度上升，根据热胀冷缩原理，此时的空气体积膨胀，密度减少，整个空气始终位于不稳定的状态下，密度较小的空气则会有上升运动出现，而在最上层则漂浮有密度较小的空气。因强对流天气种类较多，其出现的原因也有一定差异，主要受到天气热力和空气动力的共同作用。

另外，不同地区强对流天气出现时间也不尽相同，南方强对流天气出现时间要比北方提前，且强对流天气大都在春、夏、秋三季出现，冬季很少有强对流天气。从春季过渡到夏季这段时间出现龙卷风天气的概率较大，而在每年2～5月份，也就是冷暖空气交汇阶段极易出现冰雹。由于龙卷风持续时间短、破坏力强和风力大，其产生的破坏仅次于暴雨洪涝、地震、台风。强对流天气的出现严重危害着人们日常生产生活的正常开展，还会阻碍国民经济建设步伐。为了将强对流天气造成的危害降到最低，应不断提升对强对流天气的预报水平。

2    影响高空气象探测数据质量的因素

强对流天气出现时，会同时伴随雷暴、冰雹、强降雨、龙卷风等天气出现，可将其看做是短期灾害性天气。其中在出现雷暴时，会造成高空处的气象传感器出现变形；若是出现强降水天气，会造成传感器接收高空气象数据异常；而在强风天气出现时，极易引发高空气象探测仪器与上風向的障碍物之间发生碰撞。这些都严重影响高空气象探测的数据质量，其主要影响因素：

第一，雷达故障影响。L波段探测雷达作为一种新型的探测设备，目前在我国的使用仍处于初级阶段，因而雷达突发故障时有发生。雷达故障使高空探测出现重放、迟放球等情况，如果大气探测中没有备件准备而造成数据缺测则会给高空探测工作造成一定的损失。另雷达的集成化程度和技术含量高，对维修也尚处于摸索阶段，因而在实际探测中因雷达出现故障不能及时得到修复，是的探测数据记录缺测，影响高空探测质量。第二，计算机故障影响。在高空气象探测过程中，雷达采集到的资料会被存储在电脑硬盘中，因此，计算机的正常工作对于保障雷达的正常工作至关重要。在放球之前，计算机出现故障，会造成迟放球、重放球和报文漏测，对探测的质量造成很大的影响。第三，探空仪受损影响。由于受到气压、高度等因素的影响，探空仪传感器会出现变性的情况，使观测数据发生严重跳变，如每一时刻1 s内温度从-52 ℃跳变得到40 ℃，这种异常跳变就是探空仪温度传感器变性的表现，从变性到气球爆炸的这段时间内的探测数据记录都是缺测，缺测会使高空气象探测质量受到严重影响。此外，为了进一步增强高空气象探空仪的探测精度和数据采样率，以更好地缓解仪器压力和重量，在设计仪器的过程中，制造商主要选用具有数字化、电子化和模块化特征的仪器，其对雷暴的反应十分敏感。但强对流天气出现在探空仪器周围，一旦释放仪器之后会进入到较大的积雨云中，而传感器等电子元件在遭受到雷雨、雷电释放的强烈回波电流后，将会对传感器电子元件造成损坏，进而造成信号转换板消失或者是传感器电子元件受损，此时观测到的气象要素会发生跳变，降低准确性水平。

因此，在实际的高空气象探测中，一旦遇到强对流天气现象，探测人员应结合雷达强度和雷达回波移动速度，适当推迟释放球时间。若是探测终止高度未达到500 hPa高处，需第一时间组织探测人员开展补放气球，重新进行高空气象探测，从而有效降低强对流天气带来的不利影响，提高高空探测质量。

3    强对流天气对各种高空气象探测的影响及应对

3.1 大风天气时的影响及应对

若是在释放气球的过程中遇到大风天气，而探空气施放点恰好位于大风上风处，探测雷达则在大风下风处位置，这种情况出现时会造成施放气球后，气球会从雷达上空飘移，很难确保雷达可以准确跟踪到探空气球。因此，在大风天气中开展放球的过程中，需要重点关注以下几方面的问题：①若是在放球时风速较大，探测人员需对风向情况进行判断，并在大风放球器的帮助下，避开雷达上风处选择合适气球施放位置。若是大风天气仍旧持续，即使借助于大风放球器也于事无补，可以结合当时的风向，在风速减小的瞬间来施放探空气球。若是遇到飓风或者是强对流天气状况下的大风天气，这种状况下的大风天气持续时间较短，可以选择大风天气结束后施放气球。若是放球时遇到强风暴天气，位于高处的气球极易出现下沉，探测人员需对当时气压变化情况进行密切关注，若是观测到的气压值不足500 mbar，需做好重新放球操作，如充灌气球、准备探空仪器、浸泡电池等。若是气球被高压压下来的不太明显，可以观察一段时间后等待气球再次升空，同时需要将观测到的数据信息真实记录下来；若是在该阶段的探空仪器出现受损，需重新开展该项工作。若是在施放气球时在大风天气下，应根据当时天气情况，确定放球位置，防止因放球失败影响探空。

若是在放球之前遇到大风天气，需要探测人员提前准备好大风放线器、熟知连接放球器和探空仪的技巧方法、气球与探空仪的连接技巧、放球路线、结合当时风向情况选择合适气球施放点、放球之后的跟踪要领。在利用放线器前，需全面查看仪器的持钩和绕线板上的放球线线绳的连接是否牢固，同时还要对绕线板上的裂纹情况进行检查；在探空气球施放时，应避免系球充气口的环形绳余线线头过长，否则会直接与放球线互相缠绕；在放球时，需对当时风向进行准确判断，随后选择合适的施放点，应始终确保施放路线的畅通性水平。针对大风天气下的高空探测工作来说，可以将专业技术强的雷达人员与经验丰富的放球人员强强联合，以确保雷达可以成功跟踪到探空气球。若是高空探测中出现丢球现象，需要室外放球人员以目测方式对探空仪所处的方位角、仰角等进行准确判定，并第一时间告知室内跟踪操作人员。在能见度较低的情况下，且看不到探空气球的身影时，此时将很难获取到气球的准确位置，而室内操作人员则可以借助于仪器预估气球大致方位，此时还要结合雷达扇扫功能，将假定向情况排除出去，避免出现旁瓣跟踪。

3.2 强雷暴天气时的影响及应对

通常情况下，雷暴天气出现时大都具备高电压和高电流的特点，且能量释放时间短、危害性大，雷暴天气会将地面仪器损坏，还会造成应答器受损，使得探空仪没有信号。因此，若是在高空气象探测中遇到强雷暴天气或者即将移动到探测位置所处的高空区域内，严禁进行高空气象探测；即使已经到达指定高空气象探测规定的气球施放时间，也要等待一段时间，只有在强雷暴天气减弱后或者是移动到同台站方向相反的位置后，才能够对气球进行施放。需要引起探测人员注意的是，在强雷暴天气下应尽量避免开展放球工作，否则将会对高空气象探测工作产生影響。另外，探测人员可以将高空风运动及变化情况与积雨云进行结合，以对雷暴运动方向进行分析和判断。例如，若是在本站雷暴天气出现时，高空处以西南风相关为主，而该方向上的积雨云则会朝着本站上方区域进行移动，探测人员需对该地雷暴动态变化趋势进行密切监视，避免探空气球施放后进入到强雷暴区域，或者是遭受雷击，进而造成重新放球。实际上，L波段探测雷达附件上大都进行了防雷设计。因此，探空仪器很少遭受雷击，但应考虑到室外放球人员生命安全。在雷暴天气出现时，受到雷电强电磁干扰的影响，将会造成无线电探空仪出现间歇性消失。在短时间内，探测人员不应放弃探测，可以在信号恢复正常后，也就是始终呈现接收状态后继续探测；若是这种现象持续5 min后仍旧不能接收到有效数据，需重新进行探空作业。

3.3 强降雨天气时的影响及应对

若是在施放探空气球时出现强降雨天气，雨水将会附着在探空气球表面，或者是气球进入到零度层后，由于不能及时脱落雨水形成的冰，会造成探空气球重量增加；二是在探空气球上升的过程中，由于雨水之间的碰撞作用，也会增加气球上升阻力。不管是气球重量或者是上升阻力增加，都会造成气球升空速度下降，特别是充灌气球时净举力没有增加的情况下，结合净举力计算公式A=F浮-G氢-B，该公式中的A表示净举力，F浮则是探空气球在空气中的浮力，而G氢则是灌入到气球内部的氢气重量，B则是附加物，如探空气球外皮、探空仪和绳子等的总重量，根据计算算式，随着附加物（B）数值的增加，净举力A会随之减小，A可以将探空气球上升及其上升快慢的情况表示出来，若是A≤0，说明探空气球不会上升，甚至会随着时间的推移出现下沉，随着时间的变化，气压值将不会下降，有时会有增加的情况出现；若是在探空气球上升到500 hPa高度以下有下沉记录出现，且之后下沉现象不再增加，在正点放球的75 min内需对探空气球进行重新施放。在出现强降雨天气时，探测人员需结合天气雷达回波强度图上的反射强度等级，提前判断施放探空气球时的降水量强度和持续时间。需要引起探测人员注意的是，若是反射率数值不足35 dBz以下，出现小雨天气的概率较高；若是反射率数值位于35～45 dBz之间，则说明会出现中雨天气；而反射率数值超过45 dBz，则可能会有大雨天气出现；若是反射率数值在50 dBz以上，则说明有强对流天气，如雷雨、大风、冰雹天气出现。探测人员可以根据降水天气强度，适当增大净举力数值A，确保探空气球施放之后可以继续升空，避免出现下沉情况；若是最强回波过境出现在正点放球时刻，为了避开最强降水时段，可延迟探空气球施放时间。

4    结语

综上所述，高空气象探测对掌握大风、强雷暴、强降雨等强对流天气变化以及气象研究都有着重要的作用，由于高空探测的准确性受多种因素的影响，如气候条件的复杂多变，强降水、雷暴、大风等强对流天气的出现等等，因此在具体观测过程中，需要根据影响高空气象探测的不同因素采取相应的策略，提升对强对流天气下高空气象探测的应对和处理能力，从而有效降低强对流天气带来的不利影响，提升高空气象探测质量。

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