地基微波輻射計觀測網建設方案

陳后財+任雍

摘 要 QFW-6000型地基微波輻射計作為大氣觀探測、天氣監測新型儀器裝備，憑借其高時空分辨率、高探測精度、全天候、數據產品豐富、直觀、實時、連續等優點，成為遙感大氣溫度、濕度、云液態水廓線的有力工具，在氣象、環保、航空、測控等諸多領域廣泛使用。本文提出了地基微波輻射計組網觀測方案架構，本方案不僅適用于業務應用中的輻射計設備，還適用于觀測網中其他設備，甚至對整個業務觀測網絡的建設也具有參考意義。

【關鍵詞】微波輻射計 強對流天氣 組網觀測

1 引言

按照中國氣象局的發展戰略和省市氣象局的部署，以及地區性的農業經濟發展規劃，氣象工作的重點之一應是增強災害性天氣監測預警能力，提高中短期天氣預報準確度，為防災減災、大氣環境保護、農業保障和資源開發利用，生態系統平衡等方面提供優質氣象服務。

溫度、相對濕度、液態水廓線（0～20km高空）是描述大氣熱力狀態的基本參數，實時探測溫度、相對濕度、云液態水分布及其變化，對于數值天氣預報和氣候變化研究以及各種氣象保障工作，都是必不可少的。QFW-6000型地基微波輻射計作為大氣觀探測、天氣監測新型儀器裝備，憑借其高時空分辨率、高探測精度、全天候、數據產品豐富、直觀、實時、連續等優點，成為遙感大氣溫度、濕度、云液態水廓線的有力工具，在氣象、環保、航空、測控等諸多領域廣泛使用。尤其是診斷分析得到的一系列連續的大氣熱力學參數、預報指標，對霧霾的監測治理、人工影響天氣、區域水資源的評估、航空氣象保障以及對雷暴、冰雹、暴雨等強對流極端天氣的研究有很好的指示作用，為災害性天氣預報、預警提供數據依據，為相關決策部門制定防災、減災預案提供數據支持。

目前，河北地區計劃在唐山、廊坊、滄州、衡水、邯鄲等地投入使用有5臺地基微波輻射計。為充分發揮儀器設備的功效，有效利用其數據資源，使河北地區各市、區氣象預報保障、短時及臨近預報、災害性天氣預警、人工影響天氣、防雷、消雹等氣象預報業務及相應的決策部門，都能夠及時、準確地利用5臺地基微波輻射計的數據資源，實現互聯互通、資源共享、有效決策，有必要對現有地基微波輻射計的安裝運行、觀測分析數據的存儲、傳輸、共享以及產品信息的發布等進行規范統一，使其網絡化、系統化。

本文提出了地基微波輻射計組網觀測方案架構，本方案不僅適用于業務應用中的輻射計設備，還適用于觀測網中其他設備，甚至對整個業務觀測網絡的建設也具有參考意義。

2 組網運行方案及數據產品設計

河北地區在唐山、廊坊、滄州、衡水、邯鄲等微波輻射計觀測站，除實時向本市、區局提供溫度、相對濕度、云液態水廓線探測數據、圖形圖像數據、診斷分析產品數據外，應通過河北局內部網絡向河北市局數據處理中心計算機（服務器、數據庫）實時提供溫度、相對濕度、云液態水廓線探測數據、圖形圖像數據、診斷分析產品數據。省局中心服務器對收集到的各市、區的微波輻射計觀測數據進行綜合分析，以便實現對河北地區的出現的各類天氣系統進行有效跟蹤、監視。并依據分析結果指導各市、區氣象預報保障、短時及鄰近預報業務。對影響本地區的災害性天氣發布預警信息，為人工影響天氣、防災等部門提供數據支撐。數據、產品傳輸網絡如圖1所示。

3 診斷產品分析

通過分配局域網內各微波輻射計控制電腦不同的IP地址，使局域網用戶均可通過瀏覽器登錄到各微波輻射計控制終端，實現對微波輻射計的遠程控制及數據產品的瀏覽。同時利用數據文件同步軟件，實現各微波輻射計觀測站點與中心控制電腦（服務器、數據庫）之間的數據及產品的實時同步。微波輻射計具有實時輸出溫濕度廓線、積分水汽含量及積分液態水含量的功能，在此基礎上開發了大氣穩定度（KI、LI、TTI、AI等）、邊界層高度（BLH）等多種熱力學參數及常用參量，通過對這些指標的分析得出雷暴、冰雹、霧霾等災害性天氣可能發生的概率，為天氣過程的監測和預警提供有效支撐數據。

圖2、圖3分別給出了強對流天氣和霧霾天氣的實時監測結果。

微波輻射計可實時監測對強流天氣的整個演變過程。在降水發生前，空中水汽聚集，積分液態水含量和積分水汽含量急劇增加，穩定度指數也指示強對流天氣出現的概率極大，對降水的臨近預報和預警有明顯的指示作用。

圖3為微波輻射計監測的大氣溫濕度分布及邊界層高度的變化情況。在典型灰霾過程中，強逆溫的形成使污染物在近地面層大量積聚，較低的邊界層高度表征污染物的擴散能力較差，垂直擴散條件差是這次典型灰霾過程形成的重要原因之一。因此微波輻射計實測的廓線時空分布及邊界層高度可對霧霾天氣的監測和預警提供有效的數據支撐。

參考文獻

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