▲气象台施放高空探测气球做测量。

气象自动探空系统。

 L波段探测雷达

　　李 伟

　　新闻背景

　　近日，中国气象局决定将在全国建成气象自动探空系统。据悉，目前我国拥有120个高空气象观测站，但存在站点分布不均、东部站点较密、西部站点较疏的现象；同时，我国天气上游的气候敏感地区，如青藏高原，是高空气象观测资料空白区。新系统可以有效填补我国在边远、艰苦地区高空气象观测的空白。

　　温度计捆绑在风筝上

　　高空气象观测经过200多年艰难探索

　　高空气象观测，是借助地基设备跟踪探空仪实现对大气中各高度的气象状况进行观察和测定。观测项目有空气温度、湿度、气压和风等，其他还有一些特殊项目，如大气成分、臭氧、辐射、大气电等。主要的观测方法有气球观测、气象飞机观测、无线电探空和测风、气象雷达观测、气象火箭观测、气象卫星观测等。

　　风筝是高空气象探测的先驱，1749年，英国人亚利山大·威尔逊把温度计捆绑在风筝上，用以测量最低层的大气温度，从而开始了人类向高空气象探测的跬步。三十几年后的1783年，法国人查理制成携带温度、气压自记装置的氢气球测定高空温度和气压。1809年，英国人沃利斯和福雷斯首创用测风气球探测高空风。

　　但以上这些方法都不适宜做业务观测，因为时间上来不及。于是人们设法让气球携带发报机，把观测到的气象记录通过无线电信号，即时发送到地面上来。这种试验最早开始在1918年，但并没有成功。1923年美国陆军气象学家布赖尔继续试验时，地面得到了历时20分钟的讯号，这是无线电探空第一次获得成功。1927年德国气象学家爱德拉格和布利欧首次把波长42米的电子管发报机系在上升气球下面进行试验，收到了发报机发自平流层的讯号。

　　对高空气压、温度和风等较完善的探测，还是在1928年。当时，前苏联的莫尔恰夫发明了无线电探空仪。该仪器是随氢气球升入高空，并将所测的各高度上的气压、温度、湿度、风等要素，通过仪器上的无线电发报机将气象要素信息传回地面，由地面收报机接收，从而获得高空气象资料的一种装置。它体积小巧，观测简便，探测结果可靠，探测高度一般达到10至15公里，因而很快成为高空气象观测普遍使用的工具。1931年12月，芬兰人维萨拉也发明了著名的芬式无线电探空仪。这类探空仪是现今探测30至40公里以下高度高空气象要素的主要仪器，全世界都在使用。

　　探空气球加二次雷达

　　高空探测仪器实现数字化自动化

　　高空气象观测资料在天气预报和气候监测中发挥着重要作用。大气中各个高度上的气压、温度、湿度、风向、风速随时间和空间分布的资料，是研究大气热力和动力过程以及天气分析和预报的最基础资料。

　　上世纪50年代，我国自主研制生产的049型探空仪开始改变我国探空仪依赖芬兰的局面，以后又研究试验了57型、58型、59型探空仪。到上世纪80年代末，全国气象部门共有118个探空站，均使用59-701探空系统。

　　自2002年起，我国高空探测以L波段二次测风雷达-GTS1电子探空仪系统为主，逐步取代了“59-701”系统。到2010年底，中国气象局完全实现了全国120个探空站L波段雷达业务使用。它可探测从地面至30000米高空的风向、风速、气温、气压、湿度等气象要素，具有探测精度高、采样速率快、使用方便等特点，实现了高空探测仪器的数字化和自动化。

　　这个系统的工作原理是，探空气球携带着无线电回答器升空后，雷达在地面向它发出“询问信号”，回答器被“询问信号”所触发，向地面发回“回答信号”。根据每一组询问与回答信号往返时间之间隔和回答信号的来向，就可测出每一瞬间探空气球在空间距地面雷达的直线距离、方位角和仰角，再根据高空风计算公式，可得出各高度层的风向、风速。

　　而压力、温度、湿度三个气象要素的探测，是利用升空气球携带的探空仪来完成的。探空仪由压力传感器、温度传感器、湿度传感器及转换电路、编码电路和回答器所组成，各传感器的电参量随高空的压力、温度、湿度的变化而变化。转换电路则对变化的电参量进行采集、编码而形成探空码，然后用此探空码去控制回答器，数据传回地面后，经解码软件进行解码，就得到了高空中不同高度的压力、温度和湿度三个气象要素数据。

　　青藏高原是影响气候敏感区

　　加强西部高空气象观测迫在眉睫

　　目前，中国气象局拥有120个高空气象观测站，平均间距基本满足世界气象组织对全球交换探空站平均间距在250公里以内的布局要求，但存在站点分布不均、东部站点较密、西部站点较疏的现象；同时，我国天气上游的气候敏感地区，如青藏高原，是高空气象观测资料空白区。

　　青藏高原是一个隆起的巨大地形，大气在经过高山地形时，产生动力作用和热力作用，使大气环流形式发生变化。青藏高原不仅对影响我国天气气候的副热带高压、南亚高压、东亚大槽、冷涌等大的天气系统的形成和发展具有重要作用，而且对东亚季风的建立、维持与传播有重要作用。此外，青藏高原的雪盖与我国大气环流、雨季及季风等都有密切关系；青藏高原夏季大气低频变化的周期也影响我国下半年的降水分布和强度。西藏地区处在影响我国天气系统的重要位置，因此，通过加密布设探空站，获取更准确、全面的探测要素资料，将对研究影响我国天气气候形成的机理产生重要意义。

　　为了实现对西藏地区山洪地质灾害发生发展状况的有效捕捉，对气象观测站点的密度及稳定性提出更高要求。西藏全区约120万平方公里，目前只有5个探空站（定日、拉萨、林芝、那曲和昌都），平均每24万平方公里才有1个探空站，站距300至500公里，且均处在西藏东南地区；尤其是西部和西北部地区，仅有狮泉河和改则两个小球测风站，站点异常稀疏，与全国平均间距小于250公里的站距要求相差甚远。

　　在现有高空气象观测站网布局的基础上，利用自动探空系统适当增建自动探空站，可填补西部气候敏感区的资料空白，使西部站点密度基本达到中部平均水平，满足天气预报和气候监测的需求。