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探讨高空探测质量的影响因素与解决方法

2020-06-11 366 上传者：管理员

摘要：高空气象探测系统具有较高的探测精度和自动化程度。文章通过对高空探测中影响探测的重放球、迟放球原因的分析，结合工作实践，总结了雷达、计算机、基测箱、探空仪等在运行过程中出现的问题，并提出具体的解决方法，实践证明运行效果显著，为业务人员提供参考。

关键词：
气象观测
解决方法
质量
高空气象观测
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随着社会的快速发展以及气象业务现代化建设的推进，L波段高空气象探测系统已经全面应用在国家高空气象探测业务中。该系统实现了对高空气象数据采集、监测及集成自动化操作，为进一步提高高空探测业务质量奠定了坚实的基础[1]。在实际应用中，由于雷达长时间的操作运行和探空仪本身的技术缺陷，以及计算机、天气原因和人工干预等，时刻影响着高空气象探测业务的正常运行，从而影响高空探测质量。据统计，在实际工作中，影响高空探测质量占比最大的是系统故障、迟放球、重放球问题。中国气象局最新的质量考核办法对于重放球和系统故障做了新的规定：重放球次数≤6次的，人为重放球1次扣1分；非人为重放球1次扣0.5分；重放球次数>6次的，超过6次的部分，人为重放球1次扣2分；非人为重放球1次扣1分，扣完为止[2]。旧的质量考核办法是系统故障不扣分，次数直接取消，根据每次迟放的时间进行扣分。新的质量考核办法是只要有重放、迟放及系统故障出现就扣分，新的考核办法提高了台站考核质量达标难度，并对台站工作人员的优秀考评也造成极大影响。

针对高空气象探测质量的研究，许多专家、学者及业务人员从各方面入手进行了研究，例如，崔炳俭、马福云等从L波段雷达故障的维护维修方面进行了探讨[3,4]；高英杰等从重放球操作及信号重叠的处理方面进行了分析，并提出了具体的解决方法[5]；有的学者专门对L波段雷达探测丢球的原因做了分析，并提出了应对措施[6,7,8]；还有专家从探空仪使用的角度进行分析，提出了故障处理方法及注意事项[9,10]。文章以《常规高空气象观测业务规范》[11]和高空气象业务质量考核办法为基础，结合实际工作中遇到的问题和作者多年工作经验，总结了影响探空放球质量的原因，从雷达、计算机、基测设备及探空仪等方面进行原因分析，提出了相应的解决方法，供业务人员参考。

1、雷达故障问题

在高空气象探测过程中，雷达状态的好坏是影响高空气象探测质量的重要因素。正常情况下，雷达会进行定期的维护和检查，出现故障的情况比较少，但是也不能排除有特殊情况发生，造成重放、迟放球现象，从而影响高空探测质量。放球前雷达发生故障，需第一时间进行维修，发现越早越能够保证雷达尽快恢复正常，保证正常放球[12,13,14]。

1.1雷达不能自动跟踪

雷达不能自动跟踪是指业务软件、雷达各开关均打开的情况下，手动摇动雷达正常，切换至自动档位时，雷达不能自动跟踪。出现这种情况大部分是由于雷达开机时驱动箱打开过快，导致硬件和软件之间有不同步现象，造成雷达不能自动跟踪探空仪。解决方法是：按步骤关闭雷达和放球软件，保证硬件和软件都复位后再重新按步骤启动雷达和计算机（放球软件）。

1.2手控盒不受控制

手控盒是高空放球过程中最常用的硬件部分，每次启用雷达，手控盒的使用是最频繁的，长期使用难免会出现一些问题：1）手控盒接口处松动，造成连接不实，影响手控盒操作；2）在北方冬季干燥地区，由于静电的问题会导致手控盒不受控制或者控制异常；3）由于手控盒的使用频率较高，容易造成手控盒其它硬件损坏。解决方法是：平时做好防静电系统处理，有效避免静电的影响；手控盒备件准备充足，存放得当，发生以上情况立即更换手控盒，保证雷达在放球前恢复正常，不影响正常放球。

1.3雷达方位只能顺时针或逆时针旋转

雷达方位只能顺时针或逆时针旋转，在平时放球过程中比较常见。这种情况下如果软件中显示角度不正常（即手动控制雷达转向正常，但是软件中显示的角度不对，无论正摇还是反摇都会显示角度一直增大或减小），应更换11-7或11-8号轴角转换单元板。若软件角度显示正常，但手控盒无法控制雷达，雷达点击自动跟踪时方位一直顺时针或逆时针转动，应更换11-3号测距单元板，更换后此种问题就能解决。

1.4摄像头问题

摄像头故障往往发生在放球前，主要有3种常见故障状态：1）摄像头蓝屏。通常是计算机软件问题，由于软件点击过快造成程序滞后未能响应，造成蓝屏状态，遇此情况重启放球软件就可以恢复。2）摄像头黑屏。由于摄像头未能加上12V电压，属于雷达硬件问题，遇此情况通过重启雷达一般可以恢复正常。3）摄像头图像闪烁有干扰。因为视频卡连接线出现问题可能是连接线松动造成，或是静电导致干扰，遇此情况需重新插拔视频采集卡的连接线。要注意的是必须将雷达完全关闭再进行操作，否则会导致电脑直接死机，无法正常关机。

2、计算机故障问题

高空气象探测系统工作期间，雷达所获得的数据是实时存入计算机硬盘内存的，所以计算机的正常工作是保证雷达系统正常运行的关键。放球前计算机发生故障会导致迟放球、重放球及报文缺测，严重影响到观测质量。

2.1放球前计算机故障

若在放球前计算机发生故障，立刻更换备份计算机，保证正常放球。这就要求备份计算机的业务软件的使用参数要同业务专用计算机保持一致，同时更新。每次业务专用计算机导入最新的探空仪参数时，一定要在备份机中也导入一份；平时要定期开启备份计算机进行测试，保证在突发状况下能够应急使用，保证放球时效。否则势必会影响正常放球时效，导致迟放球，影响观测质量。

2.2放球中计算机故障

放球过程中计算机出现故障是最常见也是发生最多的情况。在放球过程中计算机突然发生蓝屏、死机等情况时，如果未达到规范中要求的500hPa，缺失的气压数据超过5min就必须重放球；如果未超过5min也会因为接收数据缺测造成报文缺测，影响发报质量。因此保证计算机死机后快速恢复是保证观测质量的基本条件。由于目前多数台站计算机都是厂家直接配发的主机，使用的机械硬盘速度比较慢，在雷达传输数据存储时速度较慢，容易造成死机。死机后重新开机的时间有时甚至可能高达2～3min，造成观测数据缺测，影响报文质量，甚至造成重放球。因此建议有条件的台站最好自己更换速度更快的固态硬盘，最好更换M.2接口或者PCI-E接口的固态硬盘，在计算机蓝屏、死机需要重启时能保证硬盘快速启动（最快只需要10～20s），解决因计算机重启慢问题造成的数据缺测。

3、基测箱问题

放球前对探空仪的基测是最重要的准备工作，也是检验探空仪是否合格，能否施放的关键一步。基测就是使用基测箱对探空仪温湿度传感器与检测箱内温度、湿度的标准器进行比对，使探空仪各传感器在基测箱环境中充分感应，探空数据的变化特性与标准仪表的响应特性相适应，达到规定施放的要求。实际工作中基测箱常见问题如下：

基测时数据显示异常，出现温度-90℃、相对湿度98%RH或2%RH，导致基测无法进行。此种情况会被误认为是探空仪出现故障，实际上是基测箱的数据连接线出现了问题。造成此情况的原因是由于基测箱数据连接线频繁插拔，使得插头处接触不良或内部线路断路，造成数据不能正常传输进基测箱内，导致温度和湿度出现极值现象。解决方法是：首先更换备份数据连接线，重新开关基测箱即可解决；如果更换数据线后仍未正常，需更换探空仪；如果两种方法都未能解决问题，可以确定是基测箱出现故障，需迅速更换备份基测箱。值班员应熟练掌握以上更换流程，最大限度避免时间来不及造成的迟放球问题。

4、探空仪问题

由于探空仪器的感应特性和地面自动站的仪器特性不相同，经常会造成施放瞬间两者的差值比较大，超过规定的数值（温度在±1.0℃范围内、湿度±10%RH范围内，气压±2.6hPa范围内），造成探空仪器不能施放。因此必须更换探空仪，而更换探空仪往往需要较长的时间，常会造成迟放球问题发生。

处理措施：1）如果探空仪出现问题，放球前10min准备新探空仪就可以及时更换，避免迟放球；2）由于探空仪本身的问题，经常出现放球前气压超过2.6hPa的情况，如果在确定序列号时就发现探空仪气压明显偏高于地面自动站气压值（实际工作中一般超过1.7hPa），应立即更换探空仪。因为一般探空仪做完装配后气压往往会升高1hPa左右，造成施放瞬间气压值超出规定值而不能施放；3）如果在室外感应期间探空仪气压开始升高，室内操作人员必须密切关注探空仪数据变化情况，若发现上升趋势比较明显，应立刻在室内重新准备探空仪，因为电池已经放电完毕，大多数情况可以避免迟放球的发生；4）序列号确定完毕，基测也已经做好，装配探空仪时有时会出现探空仪电池接电，导致雷达放球软件自动崩溃，需要重启软件再重新确定序列号。正常情况下只要重新确定序列号，做完的基测值会自动调入软件，有时会遇到基测值丢失的情况，需要重新做基测。如果值班员没有仔细校对，认为基测值已经做好，放球时软件会提示未做基测，这时再拿回室内重新做基测会导致迟放球的发生。

5、特殊天气和气球问题

5.1大风天气问题

放球时若遇风速大于6m/s时须使用放线器放球，由于风速较大人工很难控制气球，常会出现气球晃动太猛被大风放线器扎破漏气、对讲设备不方便使用、室内和室外配合失误等情况。若气球被扎破需要更换气球，势必会造成迟放球的发生（因风速较大，大多在放球前2～3min才将气球拉出灌球室）；若对讲机设备使用不当，造成室内、室外配合不一致，导致未能正常捕获，轻则需要补放小球，重则需要重放球（探空数据缺测超过5min）。所以遇到此种天气状况时必须要安排辅班人员按时到位，避免和减少天气原因带来的影响。

5.2雷雨天气问题

在放球期间恰好有Cb云过境或是高空风较大时需适当多充灌一些氢气（根据经验一般多加1kg的负重物为宜），保证气球顺利穿越Cb云。因为在Cb云比较严重的雷雨天气下，气球飞行速度只有正常天气的一半左右（正常天气气球升速约400m/min），在穿越对流层时容易受到Cb云雷电干扰，甚至直接被雷击，造成可用数据达不到500hPa而重放球的现象。因此为使气球快速穿过对流云层，有效避免雷击造成的探空仪被雷击而重放球，应该适当调整（增加）气球的氢气充气量。

5.3高空风较大问题

在高空风速较大的天气下也需要增加气球充气量。因为探空仪升空后由于高空风速太大，造成气球升速过小，雷达跟踪仰角比较低。在实际应用中由于地物杂波及周边建筑物的影响，乐亭在仰角低于8°时就会出现信号极其微弱甚至丢球的情况，探空记录后期只能放弃处理。所以在高空风较大时要适当对气球充气量进行增加调整。

6、结束语

L波段高空气象探测系统虽然基本实现了自动化操作，为提高高空探测业务质量奠定了坚实的基础，但在实际应用中暴露的问题仍然不少，也时常影响着高空气象探测业务的正常运行。因此，为提高高空探测质量，需高空探测工作人员强化高空探测业务知识和雷达机务的学习，掌握一定的雷达常见问题的应急处理方法，不断增强高空探测业务能力以及突发故障应急处理能力，尽量避免或减少迟放、重放球次数，确保正常放球，有效提高高空探测质量的基本保障。当然最主要问题还是从减少雷达、探空仪器故障率入手，从根本上保障探测质量。

参考文献:

[1]中国气象局监测网络司.L波段(1型)高空气象探测系统业务操作手册R10[M].北京:气象出版社,2005.

[2]中国气象局.高空气象观测业务质量考核办法[M].北京:气象出版社,2010.

[3]崔炳俭,董卫红,崔灿,等.浅谈L波段气象探空雷达常见故障的维护维修方法[J].大众科技,2010,12(4):101-102,81.

[4]兰小建.L波段雷达故障维修的几点体会[J].浙江气象,2006,27(1):32-34.

[5]高英杰,顾黎燕,郭义涛,等.高空气象探测中重放球操作及信号重叠处理[J].气象水文海洋仪器,2016,33(1):20-25.

[6]宋连春,李伟.综合气象观测系统的发展[J].气象,2008,34(3):3-9.

[7]屠江敏.L波段雷达探测气球丢球的原因及对策[J].浙江气象,2011,32(1):39-40.

[8]王雯燕,杨忠全.L波段雷达发生丢球的原因及解决办法[J].陕西气象,2007,(4):47-48.

[9]盖晓东,王盛坤,陈颖.GTS1型数字式电子探空仪基值测定过程中故障分析及处理[J].黑龙江气象,2010,27(2):37-38.

[10]贾晓玲,文芳一,周锦才.浅谈GTS1型电子探空仪的检查维护方法[J].贵州气象,2013,37(S1):99-100.

[11]中国气象局.常规高空气象观测业务规范[M].北京:北京气象出版社,2010.