探析新型探空仪常见问题分析及解决对策

探析 新型探空仪常见问题分析及解决对策

宋明明

（

宜昌市气象局 443000）

摘要：新型探空仪在使用过程中暴露出故障率较高的问题，本文针对新型探空仪常出现的故障进行了分析，并为如何减少以及排除故障提出了针对性建议。

关键词：新型探空仪；故障分析

引言

为进一步提高我国高空气象观测水平，我国于2020年1月1日正式完成全国气象站新型探空仪升级换型工作，由GTS11型、GTS12型和GTS13型数字探空仪取代原有的GTS1型数字探空仪。新型探空仪在一定程度上弥补了旧版探空仪的不足，但是在实际投入使用的过程中，却发现新型探空仪依旧存在着一些问题需要完善，同时，出现了一些新的问题，新款探空仪在使用过程中发现，故障率均要高于旧版GTS1型探空仪，使得需要频繁对探空仪进行维修更换，对高空探测工作带来了很大的不便，不仅造成人力资金的浪费，还极大的影响了工作进程。本文针对，新型探空仪常见的问题进行了分析讨论，希望能够为新型探空仪的改进提供一定的参考。

1. 新型探空仪与GTS1型数字探空仪对比

由于GTS1型数字探测仪在高空气象观测过程中存在着温度感应元件体积大、，防水性能和防辐射性能不佳、，湿度片响应速度慢、滞后误差较大、无法重复使用等问题，探测的精度、稳定性能不够优良，为气象探测活动的开展带来了诸多不便，为了进一步提升我国高空气象观测水平，我国进行了探空仪的换型工作。相比旧版的探空仪，新型探空仪对温压湿感应元件进行了制作工艺的改良，在温度湿度的测量上弥补了旧款的不足，同时，提升了温湿度的测量精度，在操作方面也更加快捷方便^[1]。

2. 新型探空仪常见问题

相关调查研究数据表明据统计宜昌探空站换型前两年和换型后两年的问题仪器数量，图一为宜昌探空站2018-2019年GTS1型探空仪问题仪器个数，图二为2020-2021年新型探空仪问题仪器个数，三种从图中可以看出，新型探测仪的故障率均远高于换型前的GTS1型数字探测仪。在用气球将探空仪带入空中进行高空观测前，新型探空仪的故障主要表现为基测不合格或探测仪器空仪没有信号，温度传感器容易出现断裂以及湿度传感器的保护套容易出现脱落等，而在放球后，探空仪的问题主要表现为，温湿度传感器变性，当它向地面接收系统传送无线电讯号的过程中易出现信号突失的问题，导致重放球，影响高空气象观测活动的顺利开展。

图一 宜昌探空站2018年-2019年问题仪器数量

图二 宜昌探空站2020年-2021年问题仪器数量

3. 新型探空仪故障判断

3.1传感器变性判断

温度湿度测量工作中经常出现的故障是温湿度数值突变产生僵值。当探空测仪在进入冷空气时，若温度传感器表面有水分残留，会造成水分凝固放热，使温度传感器附近的气温上升，温度到达0℃附近，产生到达“0℃等温层”的假象。温度测量工作中僵值状态一般表现为在-90℃保持不变；湿度原件在高空低温层易被冻结，致使原件瘫痪，湿度降低在2%以下僵持不变，在对流层低层，湿度原件从高饱和度到低饱和度过程中转换不及时，也会导致湿度僵值的出现^[3]。

3.2信号突失判断

在探测过程中，温度、湿度、气压的信号突然消失的原因主要分为以下几种，一是探空测仪在面对恶劣天气如大雨、雷暴和强积冰的冲击，或者在穿越对流云层的过程中，遭受气流、雨点的冲击影响，探空仪各连接处发生松动，造成信号突失；二是仪器由于保护不当，使仪器内进水，造成电路板沾水等原因，导致仪器故障，信号突失，仪器遭受雷击也会导致信号突失，目前还没有更好的办法可以使探空测仪免遭雷击，可以适当推迟气球释施放的时间，对雷电持续的时间进行预判，避免探空仪遭受雷击损坏；三是电池在浸泡过程中，浸泡时间过长或者浸泡液氯化纳浓度过高，造成电池电压过高，探空仪在施放后智能板被烧坏，或者电池电压未达到标准电压值以上，都有可能造成信号突失。

4. 新型探空仪故障分析与处理

4.1温湿度感应器传感器故障分析

由于探空仪在施放前容易出现传感器的断裂与保护套脱落的情况，因此在施放前应当加强对传感器相关方面的关注。在施放前以及进行基测过程中，应当注意不要因为失误导致传感器断裂，尤其是在进行仪器装配的过程中，更要加强关注，同时可以在施放前先将传感器的保护套取下，等到基测结束后再套上，避免影响高空探测工作的推进。同时，在大风天气下作业，应当在进行与气球的连接时，将传感器的保护套取下，一来避免保护套的脱落，二来佩戴保护套会导致高空温湿度信号波动，影响探测结果。

4.2对出箱的探测仪进行外观检查

新型探空仪由温度、气压、湿度传感元件、测量转换器、发射机等部分组成。当对仪器开箱准备投入使用前，应当首先对各部分进行详细的外观检查，查看温度传感器是否完好是否出现断裂、湿度传感器保护套是否有出现脱落的迹象，以及各部位连接处连接是否出现松动等方面进行检查。同时，在检查过程中需要注意，手不可以直接触摸传感器，否则会导致传感器被损坏，使得产生温湿度变性，对连接处松动情况进行检查，可以避免飞升过程中仪器故障导致信号突失。

4.3对基测不合格和无信号仪器进行原因分析

由于基测过程中温湿度数据不合格的情况远比出现信号故障的情况更频发，所以，在考虑仪器自身是否产生故障的同时，还要考虑周围的环境因素对基测结果是否产生了一定的影响。例如，基测过程中，出现湿度测量值不合格的情况时，需要对恒湿盐的影响进行考虑。在湿度的基测过程中，由于不同地区的探测情况是不同的，当地气象站会依据当地实际情况配置相应的恒湿盐百分比，所以，当湿度基测不合格时，可以首先考虑恒湿盐百分比不同是否对湿度的基测结果造成了影响。可以将仪器放在自然稳定的室内环境空间中，对湿度值进行测量，查看基测值与仪器值之间的差值是否合格。若差值在合格范围内，就可以排除仪器故障，直接跳过恒湿盐的环节，继续基测工作，若差值离合格范围差距较大，应当对纱布是否湿润进行检查，纱布的干燥也是湿度基测不合格的重要原因之一。

4.4探空仪其他使用注意事项

在进行仪器开箱准备投入使用的过程中，要注意不能用手直接碰触传感器，避免造成仪器故障，使得温湿度变性。下雨天气下进行高空气象探测时，为了避免雨水进入探空仪内部，应当对探空仪进行一定的调整。^[2]GTS11型号的探空仪在雨天进行施放时，应当将温湿度测量元件的支撑臂向上弯曲，当探空仪天线向下时,将支撑臂与水平面的夹角保持在15°～45°之间，防止雨水通过传感器的杆进入仪器舱内，造成仪器故障；GTS12型数字探空仪在雨天使用过程中要用防水胶布将温湿感应器支架伸出的部位与包装盒衔接处的空口进行密封,以防雨水渗入导致电路板短路。GTS13型探空仪在进行装配操作过程时，上推支撑泡沫块的动作要平缓，温湿感应器支架要保持一定的弯曲弧度，当遇到有泡沫块吻合度小的情况时，要用胶布进行紧密缠绕，否则容易造成支架松动和引线折断,从而导致温湿度变性，信号突失。

5.结语

本文通过对新型探空仪相比旧款探空仪的优点以及新型探空仪在使用过程中所暴露出来的问题进行分析，对新型探空仪的优缺点进行全方位的了解，同时，针对新型探空仪所暴露出来的问题进行了故障分析，并对如何避免以及排除探空仪故障的事项与操作提出了一些建议，例如，怎么避免温湿度传感仪的故障，在出箱过程中需要进行外观的详细检查来提前预防使用过程中出现故障，基测过程中出现问题怎么进行故障排除以及一些其他注意事项，希望能够减少新型探空仪在使用过程中的故障，为新型探空仪的改进提供一些参考。

参考文献

[1]王健春, 张银廷, 左春艳. GTS11,GTS12,GTS13型数字探空仪相互对比以及与GTS1型数字探空仪对比之初探讨[J]. 科学与信息化, 2020(35):2.

[2]梁建平, 郭凯, 谭婓,等. 新型探空仪常见问题分析[J]. 气象水文海洋仪器, 2021, 38(2):4.

[3]孙丽, 赵姝慧. 探空仪湿度测量误差研究现状及其对云识别的影响[J]. 地球科学进展, 2018, 33(1):8.

作者简介：宋明明（1983.11）男，汉族，湖北宜昌人，本科学历，工程师，从事气象高空探测工作。