恶劣天气对高空气象探测的影响与防御策略分析

恶劣天气对高空气象探测的影响与防御策略分析

张世军

（达日县气象局  814200）

摘要：环境因素以及人为因素都会影响到高空气象探测工作的质量和水平。随着我国引进高空无线电子探空雷达技术后，迅速在各地区气象站投入使用，无线电子探空仪波段雷达系统的优势众多，比之以往使用的迭代技术更为稳定，而且对人工操作的繁琐程度也降低了不少，但是恶劣天气的威胁和影响力巨大，使用无线电子探空雷达技术进行气象观测遇到了重大恶劣天气也会受到不同程度的影响，包括不限于雷暴电闪、台风等，受到了影响的无线电子探空雷达波段仪器系统可能会出现数据测量延迟或者缺失等状况，因此，本文主要分析了恶劣天气对高空气象探测的影响，并提出相关的防御策略，希望进一步提高高空气象探测能力。

关键词：恶劣天气；高空探测；影响；防御策略

引言

随着科学技术的发展进步，我国高空气象探测技术有了大幅度的改进提升，高空气象探测能力进一步加强，高空气象探测工作更加准确、高效。可仍存在多方面的因素会对高空气象探测工作的质量造成不利影响，制约高空气象探测的提升发展。其中，大风、雷暴、强降水等恶劣天气会严重影响到高空气象探测工作的有序展开和高空气象探测的质量水平。因此，高空气象探测工作尚有较大的进步发展空间，应该根据影响高空气象探测工作的因素采取相应的方法措施进行应对，以减少其对高空气象探测工作的不利影响，有效地提升高空气象探测质量和水平。本文将对恶劣天气对高空气象探测的影响进行探讨分析，并提出一些具有可行性的处理策略来降低或避免恶劣天气对高空气象探测工作的不利影响，保障气象工作的有效开展。

1.高空气象探测概念

达日县气象局地处青海省果洛州中部，海拔平均4000米以上，气候恶劣，是闻名全省乃至全国的艰苦地区，该站属国家一类艰苦台站，是高空观测站和国家基准气候站，高空气象观测主要针对地面至3万米高空的温湿度、气压、风向风速等要素，目前高空气象观测主要手段包括气球、飞机和火箭途径携带仪器设备进入高空作业探测。其中达日高空观测一直沿用施放探空气球的作业方式来工作，利用气象气球讲无线电探空仪器设备携带至高空，设备在气球飞行上升过程中探测周围空气的温湿度、气压，并将探测到的信号转为无线电讯号连续传输至地面接收系统，地面观测人员基于接收系统的数据进行整理计算，获得各高度的温湿度、气压等气象要素信息，并且跟踪气球飞行上升过程的位置信息，计算各高度的风向、风速。达日探空作业1965年4月15日，开始探空业务。每天08时、20时进行常规高空观测，编发报文。每月编发气候月报和编制月报表。观测要素有高空温度、气压、湿度、风向、风速。

2.恶劣天气对高空气象探测的影响

实际上，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，气旋、雷暴和冰雹等天气现象在相对较短的时间内发生，使得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。暴雨和闪电这类的恶劣天气条件如果出现在高空，很容易击中并造成高空气象传感器变形，或高空出现强降雨时，传感器经常会记录异常情况，高空有强风时，探测仪器很容易遇到地面障碍物。此外，恶劣天气下也会影响工作人员探空气球的有效投放，如果缺乏适时的调整，会导致探空气球的上升高度不能达到标准要求，容易受到雷击造成探测器的损毁。

2.1影响探空气球的投放

气象工作规范中有对探空气球的投放做出明确的规定，严格禁止提前投放探空气球，并且对探空气球的探测高度也做出相应的要求。而在强对流天气下，由于冷空气、气压、云层厚度的影响或是雨水的干扰，探空气球在上升时会受到阻力压迫而无法达到规定的投放高度，使得探测器容易受到雷击而被破坏，从而影响高空探测工作的正常进行。此外，强对流天气还容易引发重放球、丢球的现象，使得观测记录异常或缺失，影响高空气象探测数据的准确性和时效性，在一定程度上还造成了人力物力的资源浪费。

2.2影响仪器设备的正常运行

由于强对流天气是短时间内的气流强烈运动引发的突发性灾害天气，来势迅猛，冲击性强，很容易对高空气象探测的仪器造成干扰或破坏，影响高空气象探测工作的有效开展。比如雷电、雷雨天气会对高空气象传感器造成信号干扰，影响对气象要素的感应，甚至还会直接造成高空气象传感器的变形，使得传感器对高空气象要素的感应出现异常。再加上当前，随着科学技术的发展进步，探测仪器更加精良，对电磁感应更加灵敏，雷电天气下更加容易受到雷电侵入而遭到破坏，影响气象要素探测结果的准确性和精确性。此外大风、暴雨天气下还会出现高空探测仪器设备被刮倒或冲毁的现象，雨雪天气下温度感应器内会进水结冰，雨水也可能进入回答器，增加回答器电池的电能消耗，造成接收系统瘫痪。这些都会影响仪器设备的正常运行从而致使高空探测工作难以顺利进行。

3.恶劣天气条件下高空气象探测防御策略

3.1雷暴天气

雷暴天气是自然界中非常普遍的天气，它是一种短时间内有闪电和强降雨的天气，其特点包括高压、能量迅速释放并破坏电力。因此，一旦发生雷雨，不仅会对加油站和地面设备造成重大损坏，也会对无线电波造成巨大破坏，无线电探测可能受到影响暂时断电失去信号。处于安全考虑，是不允许在雷暴天气发生之时进行高空探测作业，遇有雷暴天气，只要风速及探测能量释放所需的时间符合气象站的要求，亦须确保逐渐排出球体，等候雷暴雨强度减低，或迅速向高空交通及风速以外的方向移动。天气晴朗的情况下，探测球离气象站距离需要尽可能的小，因为这个方面做不好会影响风速和效率及其探测精准度。而且高空探测器还可以利用雨云、顶风变化以及具体的运动速度和规律来确定高空雷暴的轨迹和运动速度，比如气象站上空出现雷暴和西北风气象变化，那么西北地区很可能出现雨云。因此工作人员应实时监测雷暴的发展趋势，避免释放落入强雷暴地区的气球，L波段雷达主要配备防雷装置，使得闪电对探测仪器造成伤害的可能性大大降低，但已经不能对人员的人身安全掉以轻心。

3.2强降水天气

强降水天气会因冷空气以及气压而影响到探空气球的升降，并且，若高空探空气球在上升时沾有水分，在气球突破零度气层时就会结晶增加气球压力，若是超出气球的自身净举则会下降，而下落到零度气层以下又会因为结晶融化而再次上升。这就需要相关工作人员提高强对流天气下的进行探测工作的灵活应变能力，根据实际情况对探空气球投放的时间、探空气球的充氢量以及重放球次数及时的做出相应的调整，以确保气球顺利升空进行探测工作。因为强降雨一般不会持续太长时间，所以要尽可能地避免在雨势大的期间进行探空气球投放，对雨势进行实时的监测，抓准时机选择在降水强度较缓时进行探空气球投放。此外，还需要根据降水强度和降水量的变化选择适当浓度的氢气确保气球含氢量充足，使得探空气球能具备足够的净举力在合理飞行速度下顺利升空进行探测工作。一般来说阴雨天气需要1.4千克的净举力，而强降雨天气下需要保持1.6千克的净举力。强降水天气不仅会对高空气象探测中探测气球的投放造成影响还会对探测仪器设备造成破坏。为了避免强降雨天气下温度感应器的纸盒进水而影响高空气象探测工作，可以在纸盒上钻孔来进行排水。而为了避免探空气球回答器进水导致电池毁损影响接收系统正常运行，可以用密封袋对回答器的引线外端部分进行保护，防止雨水浸入。

3.3大风天气

一般来说，在航空气象探测中，遇有强风时，作为观察者必须采取有效的措施，特别是在下列方面:首先，在风暴天气来临之前，必须准备在高空安装探测线，以确保球体与探测科学之间的联系。采用大型风避雷器，需确保染线开裂，仪器附着及钢丝绳绕网送球；在使用制动圈之前，必须将工具挂在探头盒悬挂架的摇篮中，将气球杆固定在手上，吊环最好是相对较短的，在放球过程中，无论是绕着电线还是绕着线放球，都应同时持球，以防收到放球信时线脱落，让球向上释放。强风天气在抓地力下充气嘴和散热器顶部应同时保持，否则由于风比较大，放射性辐射有断裂；此外，一只手必须握住绑定吊坠和探头仪器。接到发球命令后松手把球垂直向上释放出去。入夜时，需要将球绳在球和钢丝板之间增加到两米，绳子半挂灯笼，灯笼要合理控制，不能过长；二是为了正确判断探头的时间，而要到正点，工作人员需要如何有效地连接探头和气球，在充气室中等待球，如果风速降低，就必须立即放下球，并在球开始上升时顺风奔跑，手上的拉力逐渐减小，释放探头；三是要在工作中掌握雷达跟踪技术，在天线下正常布置泡沫探测，使气球释放后，雷达能很好地跟踪，使气象探测工作有序进行。

3.4静风和大雾天气

没有刮风的晴朗天气基础下，放飞探空气球的角度需要多加注意，如探空气球上升时遭遇大雾中低沉的风可能会致使雷达信号跟踪不上，而且因为雾天的视野很差，工作人员也不方便手动去调整。这样的状况下工作人员就要依托自己的专业能力放探空气球时候做到胸有成竹，提前做好手动改球的准备措施，雷达信号跟踪不上时可及时控制室内雷达站进行人工抢球。

4.提升高空气象探测业务质量的建议

4.1合理操作，防止丢球

施放球之前，必须仔细观察地面附近的风向和风速，掌握地面层附近的风向和风速的一般规律，并参考上一班次将这些气象因素进行记录。通过分析气球的行进路径，放球人员可以很容易对本班次初放气球之后的运动路径进行掌握。在夜晚或低能见度的天气条件下，放球之前需要提前将探空仪放置到距离雷达天线50m以外、距离地面1～4m的地方，将雷达天线对准探空仪，之后将天控手自动开关、频率、增益、距离手/自动开关都设置成自动状态，始终确保4条亮线清晰饱满，凹口清晰并在竖线中间。然后将天控自动开关设置为手动状态，将雷达倾斜到一个小角度，然后将天控自动开关设置为自动状态以检查雷达的自动跟踪状态。另外，要及时与放球工作人员认真沟通，保证放球工作的高效开展，将高空气象探测的失误率降到最低，确保探测质量。

4.2雨天净举力的把握

根据工作人员的以往作业流程可知，没有风的好天气进行净举力操作会速度较小，但是在下雨天时候就需要增加重量，根据实际天气情况调整，并不是一成不变的，不仅要考虑到目前的天气情况，还要考虑到天空中的云层模式，如工作人员观察的作业区域上空的云层增厚且压低趋势，就需要改变气球的重量保障气球正常升空，净升力应提高到3000-3500克才合适，其他雨天则采取浇球所需的净升力，可在1500-3000克之间使用，具体取决于实际降水和云层状况。

4.3加强高素质探技术的培训

气象台站要根据高空气象探测的实际情况，加强对高空探测业务人员的培训，重点培训探高空探测理论知识和应急处理能力，提高探测工作人员的技术水平和综合素质。与此同时，还需要注重加强高空气象探测实践演练，确保遭遇强对流天气突发情况时可以及时有效处理，降低缺测率，提升高空气象探测业务质量。同时，我们还可以在网络媒体等技术的帮助下举办业务和技术研讨会。可以不定期对员工的基本知识和业务技能进行评估和竞赛，以将工作人员的技能水平和综合素质提高到更高水平。另外，高空气象探测人员需要了解L波段高空气象探测系统的操作手册，在处理高空气象探测问题时需要结合使用，将人为因素对探测数据造成的影响降到最低。

4.4加强高空气象探测仪器的维护

在进行任何高空气象探测业务之前，必须仔细调整探测设备，以确保探测设备的完整性和可用性。高空气象探测完成后，应定期维护探测设备，以确保探测雷达，氢气球和其他相关探测设备始终正常工作。

结语

综上所述，在高空气象探测的工作中，遇到恶劣天气之时对作业进行的顺利性影响因素有多种，严重影响到了高空气象探测工作的开展，降低了探测结果的质量和效率，也会造成人力物力资源的浪费。因此，需要采取科学的防范策略进行应对，减少或避免强对流天气给高空气象探测工作带来的不利影响。

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作者简介：张世军（1995.12）男，汉族，青海省海东市乐都区，本科学历，助理工程师，从事探空工作。