摘要: 根据海口高空气象探测站L波段雷达探测资料的审核实践,从基值测定、瞬间观测、探空数据、测风数据、施放点、终止层确定及特殊记录处理等方面总结分析了L波段雷达探测资料审核要点,以保证出站记录和报表合格无错,为气象预报、气候分析和科学研究提供准确可靠的高空气象情报和资料。
关键词:高空探测资料;数据审核;L波段探测系统
中图分类号 : P413文献标识码 : A文章编号: 1007-5739(2009)20-0306-02
L波段探测系统于2008年11月在海口站安装、调试完成,2009年1月1日正式投入业务运行。与59-701 探测系统相比,L波段探测系统具有基值测定方便、自动化程度高、探测数据精度高、功能全、操作简便、记录校对方法多且便捷等优点,有效地减少了错情率和值班员的工作量[1,2]。其探空资料应用于高分辨率数值预报,在气象防灾减灾中起到重要作用[3]。但在实际工作中,观测人员因错误操作和仪器设备本身存在的一些不稳定性因素,往往会影响探空资料的准确性[4-8]。根据笔者多年的预审经验,结合对海口探测站L波段雷达探测记录预审中出现的问题,总结分析了L波段雷达探测资料审核要点,以保证出站记录和报表合格无错,为气象预报、气候分析提供准确可靠的高空气象情报和资料[9]。
1地面人工采集的数据审核
L波段探测系统的地面采集数据包括基值测定数据和瞬间数据,虽然该系统实现了数据的自动采集(测风1.0s采集1次,探空1.2s采集1次)、自动处理功能,但地面基值测定数据和瞬间数据仍需人工观测、输入。
1.1L波段探测系统使用的台站常量参数校对
台站常量参数包括“本站常用参数”中的台站名称、拔海高度、区站号、经度、纬度、干湿球器差订正值、气压表器差订正值、值班人员代码等;“设置发报参数”中的站名代号、报文标志。台站常量参数的设置正确与否,直接影响到探测数据处理的准确性,需认真仔细选择、填写。“参数”需在第1次运行软件时输入1次,以后日常工作中,注意及时修改变动的“参数”项,并经常检查其正确性,同时严禁使用超检仪器,否则就会发生不可意料的错误,造成处理后资料不可用的后果。
1.2确定探空仪序列号
检查探空仪序列号是否正确;调入的探空仪参数文件与厂家配发的纸质所列参数是否一致[5],注意校对dD0～dD5值;T0、R0读数是否有误,尤其是2数值接近时有没有输反,R0是不是在合格范围(正常可使用范围是:8.0kΩ≤R0≤20.0kΩ[10])。
1.3基值测定数据
L波段探测系统的基值测定是放球前30min在室内的基值测定箱内完成,基值测定前必须做高湿活化、低湿检测,且读取T0、R0值[10]。预审时一定要认真校对高表-14中所有的原始数据。检查高表-14中基值测定数据比较是否合格(合格条件:-0.4℃≤△T≤0.4℃;-5%≤△U≤5%;-2.0 hpa≤△P≤2.0hpa[10]),只有合格的仪器才能施放。若施放了不合格仪器必须在规定的时间内重放球,否则该时次的资料不可用,可能造成这次观测资料缺失。
1.4瞬间数据
瞬间数据是在放球前后5 min内,读取干、湿球温度、气压、气压附温、云、能见度、天气现象、风等数据[4,10]。必须认真观测、准确输入瞬间数据,否则有可能造成观测记录系统错误。基值测定和瞬间的温度和湿度相差可能较大,但基值测定、与瞬间的气压和附温一般不会相差太大。一般情况下,基值测定、瞬间观测的气压差值在0.5hPa以内,附温差值在1℃以内,若气压相差大于1hPa,附温大于2℃,就要查地面的人工、自动站记录,对比变化趋势是否一致,是否是因天气变化引起的跳变,通过与地面站记录比较来判断读数是否有误。
地面风也是瞬间观测的数据,它包括风向和风速的观测,海口站的地面风是从地面自动站直接读取,如果地面自动站仪器出现故障,就可能引起地面风读数错误[11-13],而地面的风向、风速与0.5 min量得风层的风向、风速比较接近,审预时可通过比较地面风与0.5 min量得风层的风来判定数据是否正确。
2施放点的审核
L波段雷达测角波瓣窄,自动跟踪的角速度受到一定限制(方位角≤25°/s,仰角≤18°/s),为避免近距离气球过顶丢球,放球时应尽量选择雷达便于自动跟踪的下风方向[14-17]。一般台站都有2～3个放球点,若不在默认的施放点放球时,须在“空中风记录中”修改放球点参数,假如忘了修改,就可能影响0.5min的量得风层的风,从而导致近地面的规定等压面或规定高度上的风错误。预审时可通过查看每秒球坐标数据来判断值班员是否作了修改。一般情况下,00s与01s方位相差在10°以下,若差值在10°以上则要看是否因地面风速大于6m/s,施放瞬间采用近地面手动抓球,如果不是手动跟踪,则可判断值班员未作放球点订正[18]。
3施放后数据采集及数据处理
3.1放球时间的校对
(1)常规定时高空气象探测应在正点时间开始。正点施放时间分别为北京时1时15分、7时15分、13时15分、19时15分,任何情况下都不得提前施放[4,10]。遇有恶劣天气或其他原因,不能正点施放时,可延时放球,但不能超过正点后75min。所以预审时一定要仔细校对高表-14或高表-13的放球时间。
(2)若施放气球时,早按或迟按了放球“确定”键,必须要进行放球时间订正。预审时打开数据处理软件中的探空秒数据查询,比较00s与01s的气压值,由此气压差值来确定早按或迟按了“放球键”的时间[10]。早按了“放球键”的时间很容易确定,由于气球未放,探空仪仍在地面,其气压值不变,所以气压值不变的时间就是早放的时间;迟按了“放球键”,要根据气球升速在350～400m/min,计算气压在近地面每秒变化0.6～0.8hPa左右,若00s与01s的气压值>1.5hPa,则可判断值班员未做放球时间订正。
3.2探空数据
(1)删除飞点。探空仪施放后,由于频率漂移、外来信号干扰、雷达跟踪异常或天气状况异常等原因,可能会造成信号弱,飞点多。若飞点删除不尽会引起高度、温度、湿度数据错误,特性层选取混乱。审核时可利用自动控制或手动修改探空曲线。在放大10倍的状态下查看有无飞点,再利用气球高度飞行轨迹看看有无毛刺现象。
(2)超升速处理。检查气球升速的轨迹图,看看是否超升速。超升速是指从某一等压面内开始至观测终止气球的平均升速是否<150m/min或>600m/min,若发现升速异常,则应从终止层逐点往下移,直到升速在规定范围内(150～600m/min之间)。
3.3测风数据
(1)量得风层的风向和风速变化是否有规律。L波段雷达的测风数据是由每个整分钟点及其前后2s的数据平均而得到的,即58s、59s、10s、91s、92s记录的平均值[10]。在审核测风记录时,首先要看各分钟的仰角、方位、斜距变化是否有规律,各分钟参与计算的5s内记录有无突变,再利用L波段数据处理软件中提供的图形功能,如“风随高度变化曲线”、“球坐标曲线”、“处理前后球坐标对比图”等,检查各量得风层的风计算是否有误,是否按规范要求将突变数据做了删除处理。
(2)测风秒数据的合理处理。下面以海口站一份方位跳变的记录为例说明数据的合理性。
L波段雷达探测系统业务操作手册规定:参与量得风层风向、风速计算的球坐标仰角、方位角、斜距计算分钟数据分别是该分钟及其上下各2s的仰角或方位角或斜距数据之和的平均值[5]。如表1中的第16分钟计算分钟数据由15′58″、15′59″、16′00″、16′01″、16′02″5组秒数据相加后求平均值而得来的。由此得出表1中第16分钟的方位为127.03,很显然16′01″的方位跳变,此秒采集的数据不可信,应该剔除,准确而又合理的处理应是将其余的4组合理的秒数据相加求平均值得到第16min的方位,即158.79°,比上者更为合理些。当然,数据处理软件是不可能做出这种特殊处理的,只能人工计算出正确读数,再在处理软件中运用手动修改球坐标曲线中的“修改球坐标数据”将正确的数据人工输入进去。这样计算出来的量得风层的风向、风速才是准确可靠的。
4终止层的确定
打开“探空数据查询”,检查终止层是否选在气压值最小的点上。由于L波段探空系统数据采集密度大,1min采集近60个点,最后经常出现气压值不变的情况,所以终止层除了根据气压、温度、湿度点的变化作出综合判断外,还应再结合测风秒数据的高度变化来作出准确的判断。一般情况下,测风秒数据高度开始持续下降,气压值最小点处,温度、湿度无明显突变的时间,就是探测的终止时间[18-20]。
5特殊记录处理
(1)下沉记录处理。当遇有恶劣天气如大到暴雨或球入Cb云,探空气球下沉后又上升的记录,称为下沉记录。下沉记录由人工确定气球下沉的起始时间和终止时间,“终止时间”是指气球回升到气压符号开始大于气球下沉起始时的气压符号的时间。当遇有下沉记录时,审核时首先要看是否做了下沉记录处理,再检查下沉的起始时间和终止时间确定是否准确。
(2)仰角低于测站“雷达仰角确定值”的处理。当仰角从某分钟开始低于 “雷达仰角确定值”,而后又回升到其值以上,测风记录照常处理;当仰角从某分钟开始低于“雷达仰角确定值”直至球炸分钟,测风记录则只处理到等于或大于“雷达仰角确定值”之处。
(3)气球过顶,仰角大于90°处理[10]。在探测中,有时会遇到正好在整分钟气球过顶的情况,当测风整分钟的仰角读数大于90°时:仰角=180°-仰角读数,方位角=方位角读数±180°(方位角读数大于180°时,用“-”号;小于180°时,用“+”号)。
6结语
L波雷达探测系统虽然实现了数据的采集和自动处理,但在运行中仍然需要值班人员、预审人员认真细致地工作,预审人员要把好出站记录的最后一道质量关。审核中既要面面俱到,又要重点突出。定期检查“本站常用参数”的设置,重点审核探空仪序列号、基值数据、瞬间数据、放球时间、探空、测风数据采集及数据处理、终止层确定及特殊记录处理是否准确,在探测过程中自动采集的数据确定有跳变现象时,应按规范要求适当地加以人工干预,保证出站记录和报表合格,为天气预报和历史资料提供准确的高空气象探测资料。
7参考文献
[1] 华行祥,朱兰娟,赵向荣.新一代高空探测系统使用技巧和故障处理方法[J].气象科技,2006,34(2):198.
[2] 卢帮维,廖新发.探空记录出现信号点异常的原因及处理[J].广东气象,2008,30(3):58.
[3] 刘红亚,薛纪善,沈桐立,等.探空气球漂移及其对数值预报影响的研究[M].应用气象学报,2005,16(4):518-525.
[4] 中央气象局.高空气象观测手册[M].北京:气象出版社,1985.
[5] 中国气象局大气探测技术中心.L波段高空气象探测系统常见技术问题综合解答[M].北京:气象出版社,2006.
[6] 中国气象局监测网络司.L波段高空气象探测系统维护、维修手册[M].北京:气象出版社,2004.
[7] 韦丽英,覃晓玲,覃爱金.高空气象探测记录及报表预审的探讨[J].气象研究与应用,2008,29(3):79.
[8] 黄梅艳.谈谈如何避免高空观测记录错情[J].广西气象,2006,27(2):50-51.
[9] 奉超.浅谈L波段探空系统资料及在预报中的应用[J].气象研究与应用,2007,28(2):84-87.
[10] 中国气象局监测网络司.L波段(1)高空气象探测系统业务操作手册[M].北京:气象出版社,2005.
[11] 蒲廷超.如何提高仪器观测质量[J].广西气象,2006,27(S3):92.
[12] 黄军.巡视仪器的注意事项与仪器异常的解决方法[J].广西气象:2006,27(S1):125.
[13] 卢帮维,张运林.701—C型雷达因本振不稳定造成的故障现象及排除[J].广东气象,2006,28(3):
[14] 马佩强,张运林,李茂,等.L波段探空雷达跟踪异常成因及应对措施[J].广东气象,2008,30(S2):89-90.
[15] 谭鉴荣,杨用球.701C探空雷达发射系统典型故障分析与排除方法[J].广东气象,2004,26(1):43.
[16] 梁科炎.L波段雷达探测系统存在问题的研究和解决方法[J].气象研究与应用,2007,28(S3):6-7.
[17] 谭鉴荣,杨用球.701C探空雷达发射系统典型故障分析与排除方法[J].广东气象,2004,26(1):43-44.
[18] 刘朝晖,张晓平.L波段高空气象探测资料质量控制要点[J].山东气象,2007,27(4):31-32.
[19] 文芳一,李江.使用L波段雷达放球软件和数据处理软件的几点技巧[J].广西气象,2006,27(1):63.
[20] 刘永莲.L波段雷达—电子探空仪系统的几点实用技巧[J].广西气象,2004,25(4):44-45.