研究分析高空觀測(cè)球炸后的探空記錄可用性

郝文強(qiáng)+朱宇

摘要：高空氣象觀測(cè)站，實(shí)際采集的球炸后，探空設(shè)備下降的時(shí)候，能夠?qū)Ω袘?yīng)信息實(shí)行具體分析。這時(shí)，可發(fā)現(xiàn)探空儀上升、下降氣壓層溫度差，主要因?yàn)槟Σ猎鰷亍笳`差、設(shè)備故障、溫度因素等所構(gòu)成。為此，應(yīng)對(duì)采集下降資料，儀器下降發(fā)生摩擦增溫誤差和滯后誤差測(cè)算方法的分析，以便明確球炸后探空儀下降四周環(huán)境氣象信息的方向，進(jìn)而為日后高空觀測(cè)球炸、降落傘使用情況提供有利的參照。

關(guān)鍵詞：高空觀測(cè)球炸后；探空記錄；可用性

攜帶探空儀器升空的氣球球炸后，探空界一般會(huì)采取終止觀測(cè)處理。然后，發(fā)報(bào)球炸前的記錄。59型的探空儀器為雙金屬片和空盒、腸衣，對(duì)溫度、氣壓和濕度等實(shí)行測(cè)量[1]。經(jīng)機(jī)械性變的表征環(huán)境氣象，因數(shù)據(jù)的采樣較好，會(huì)產(chǎn)生較大的滯后誤差，大部分探空儀球炸后均不能夠準(zhǔn)確的接受四周的大氣氣象變化。然而，GTS1型數(shù)字探空設(shè)備，球炸后能夠繼續(xù)工作，不受到障礙物遮擋，所發(fā)出的信號(hào)，即可被雷達(dá)接受、處理。

一、下降記錄的研究

高空觀測(cè)站的周圍均會(huì)出現(xiàn)一些障礙物，為信號(hào)的仰角主要為3°～4°停止。所以，兩份記錄下降的時(shí)間僅能夠觀測(cè)到600hPa、700hPa。以實(shí)際的情況來(lái)看，不被遮擋儀器的信號(hào)均不會(huì)發(fā)生異常。下降記錄的分析能夠看出，球炸后，>1000hPa的記錄溫度升高，<100hPa的記錄和上升記錄比較相近，進(jìn)而易于導(dǎo)致設(shè)備上升、下井的時(shí)候，溫度差通過(guò)分析會(huì)構(gòu)成摩擦增溫、設(shè)備故障、時(shí)間及空間變化等情況。儀器故障為偶發(fā)性，所以不需要進(jìn)行考慮。若可明確摩擦增溫情況和滯后的誤差規(guī)律，即可獲得溫度空間變化的信息、時(shí)間變化的信息。因?yàn)榈蛯淤Y料的缺失，使得全部壓面的高度也會(huì)出現(xiàn)壓低的情況[2]。相對(duì)濕度因?yàn)榭臻g分布變化較大，設(shè)備升空、下降中無(wú)較大的差異，然而經(jīng)一些情況能夠看出，濕度層相對(duì)穩(wěn)定，且能夠合理的風(fēng)不再一定范圍，且濕度儀器相對(duì)可靠、安全。經(jīng)氣壓線能夠看出，第77分左右的球炸，會(huì)隨著儀器而發(fā)生降落情況。這時(shí)，氣壓就會(huì)增加，溫度曲線、濕度曲線、球炸點(diǎn)上下圖形曲線對(duì)稱性較佳，如濕度線。儀器經(jīng)3000m高空下降，直至地面，時(shí)間在10min左右，平均下降的速度為每秒40s。每次下降的時(shí)候，速度存在一定的差異，探空設(shè)備的重量基本相同，然而球炸的方式有一定的不同。總結(jié)得出，接近地面更慢，向下的空氣密度就會(huì)更大。

二、獲取相關(guān)資料的分析

經(jīng)積累、分析能夠觀察到，日常所提煉的工作中，實(shí)行修訂、記錄非常必要。因?yàn)樵O(shè)備下降的過(guò)程，易于產(chǎn)生摩擦增溫和滯后誤差、時(shí)間、空間等改變情況。為此，相關(guān)工作人員需經(jīng)技術(shù)分析，做好摩擦增溫、滯后誤差的工作，以便獲得準(zhǔn)確的溫度空間變化、時(shí)間變化的信息。

1、摩擦增溫探空記錄的可用性

球炸下降時(shí)，相關(guān)的感應(yīng)元件易于發(fā)生摩擦增溫的情況。球炸瞬間的溫度會(huì)升高，進(jìn)而構(gòu)成舌狀溫度特性的曲線，將其作為球炸的標(biāo)志。通過(guò)下降的記錄能夠觀察到，摩擦增溫不同高度，10hPa左右的高空能夠達(dá)到≥5°C。圖形截取探空軟件的處理界面，橫坐標(biāo)分別表示：溫度和濕度、氣壓；縱坐標(biāo)代表時(shí)間。

（1）球炸區(qū)域四周溫度變化較小區(qū)域的摩擦增溫規(guī)律

高空一般多會(huì)出現(xiàn)一定厚度溫度不變的區(qū)域，也可能為邊度較小的區(qū)域。儀器下降經(jīng)過(guò)上述的區(qū)域時(shí)，區(qū)域的厚度較厚，底部滯后誤差可不進(jìn)行考慮。針對(duì)性的對(duì)球炸四周的區(qū)域?qū)嵭杏^察、記錄，并不考慮環(huán)境溫度空間、時(shí)間的改變。所以，設(shè)備上升、下降的時(shí)候，這一區(qū)域的底部溫度差，即為摩擦增溫的誤差。因?yàn)榻邓佟h(huán)境的差異，促使不同摩擦增溫的誤差也有較大的不同。實(shí)行一定數(shù)量資料分析的時(shí)候，應(yīng)準(zhǔn)確的計(jì)算出不同氣壓和降速條件下，摩擦增溫的誤差規(guī)律。

（2）其他區(qū)域誤差的分析要點(diǎn)

其他區(qū)域?qū)τ诹鲗禹斚虏康臏囟葻o(wú)顯著改變，和流層頂下相比，產(chǎn)生的溫度變化并不大，但還是存在一定的變化。部分季節(jié)全過(guò)程探空球飛行的距離較近，在部分時(shí)段上升、下降能夠重合。氣球飛行區(qū)域能夠滿足上述的條件，可消除溫度之后的誤差、溫度空間改變。大氣垂直進(jìn)行分布存在一定的規(guī)律，儀器下降摩擦增溫具有一定的物理原理。經(jīng)統(tǒng)計(jì)測(cè)算能夠得出，部分下降的速度、部分空氣密度的情況，可合理的計(jì)算出摩擦增溫的規(guī)律。

2、滯后誤差的測(cè)算要點(diǎn)

摩擦增溫影響儀器下降中的溫度，需高于相同高度上升中的溫度。而實(shí)際記錄的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生相反的狀況。滯后誤差，為相關(guān)人員日常工作中需要考慮的，儀器升空、下降時(shí)，滯后的誤差并不屬于常數(shù)，正、負(fù)的可能性均為50%，也可能出現(xiàn)0的可能，這和儀器運(yùn)動(dòng)的速度、環(huán)境、溫度等因素均有一定的聯(lián)系。可采取逆溫、溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)的方式，測(cè)算出滯后的誤差。上升過(guò)程，明確對(duì)稱逆溫點(diǎn)層，取上、下對(duì)稱溫度的相同點(diǎn)，獲得兩點(diǎn)的氣壓、溫度。因?yàn)闇囟茸兓氏喾矗@也是使得滯后誤差呈相反的主要原因。

3、降落傘下降速度的完善要點(diǎn)

摩擦增溫、滯后誤差，均和探空儀器下降有關(guān)。若儀器下降的速度降低，能夠控制上述情況的發(fā)生。采取尺寸為0.4×0.5m的塑料紙，制作成降落傘，球炸時(shí)的氣壓為9.3hPa、8.9hPa，降速顯著[3]。球炸點(diǎn)四周的摩擦增溫分別為：1.7°C、1.5°C，摩擦增溫情況得以顯著緩解。與此同時(shí)，增加降落傘的方式，加強(qiáng)高空風(fēng)的觀測(cè)力度，可防止球飄的距離過(guò)遠(yuǎn)，或是在控制停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)下行的高空站觀測(cè)、航空飛行情況構(gòu)成不良影響。

總結(jié)：球炸后的資料，可利用氣象資源，鑒于氣球飛行的距離>10km。所以，部分地區(qū)的高空觀測(cè)站布設(shè)不可再實(shí)行加密處理。球炸后，可實(shí)行站間的空缺區(qū)域作為參考。實(shí)際上升、下降的時(shí)候，比較重合能夠?qū)罩械臍庀髸r(shí)間改變、一定距離同期空間變化實(shí)行分析。建議臺(tái)站球炸后加強(qiáng)觀測(cè)，指導(dǎo)信號(hào)完全消除位置。部分沿海站臺(tái)、邊遠(yuǎn)臺(tái)，均可設(shè)置降落傘，以便為日后的氣象分析，提供更加豐富、準(zhǔn)確的參照。

參考文獻(xiàn)

[1]陳存根，許霞，馬艷秋等.高空觀測(cè)球炸后的探空記錄可用性分析[J].氣象科技，2015，43（3）：410—416.

[2]趙毅勇，張素琴，戴玉芝等.全程探空記錄數(shù)據(jù)分析[J].內(nèi)蒙古氣象，2015（6）：30—32.

[3]閔昌紅.貴陽(yáng)L波段氣象雷達(dá)小風(fēng)條件下探空球施放技術(shù)的探討[J].科技風(fēng)，2016（3）：26—27.