...于聚类和主成分分析的城市空气质量影响因素研究

梁雪莲　缪集群

[摘 要]本文结合清远市气象部门开展高空大气探测的实际，对影响高空气象探测数据质量的因素进行了分析，并给出了几点提升高空大气探测质量的对策。

[关键词]高空大气探测 质量 因素 对策

中图分类号：P412.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0068-01

引言

高空大气探测是气象部门获取天气变化资料的基本手段，是发展气象科学的重要基础，而常规高空探测又是大气探测系统的重要组成部分之一。当前，各级气象台站用于高空气象探测时主要是通过氢气球携带探空仪来实现的，探空气球上升的高度越高，探测仪获取到的气象资料也随之增多。高空气象探测设备和仪器的更新、数字探空仪的开发研究、L波段雷达的使用以及电子计算机的广泛应用，使得高空大气探测设备的自动化程度越来越高，高空气象探测基本迈入了现代化探测技术行列，为增强高空气象探测质量奠定了一定的基础。自清远市气象局正式投入运行新一代L波段高空气象探测雷达以来，通过假单脉冲二次雷达工作体制可以对角度进行一系列的自动跟踪、测距、近距离抓球等，较之前的探测系统相比探测数据错情率得到了显著降低，但因多方面造成的错情还是很难避免。基于此，本文重点分析影响高空大气探测质量的因素。

1、影响高空气象探测数据质量的因素

1.1 重放球

气象部门在开展高空大气探测中，若重放球现象是人为和非人为因素造成的，则会有大量的人力和财力浪费，同时还会影响探测记录的时效性水平，不利于高空大气探测质量的提升。在重放球现象所有的因素中，非人为因素占据的概率高达60%以上，主要包括有雷达故障（如气球过顶及雷达卡死产生的丢球）、天气因素（例如雷雨天气出现时气球进入到Cb云后信号突然丢失等），未做好施放球之前的准备工作、输入的地面气象要素数据不正确、在观测过程中没有及时调整频率或者是没有第一时间发现雷达卡死等情况，这些均会导致重放球现象，是影响高空大气探测质量的重要原因之一。

1.2 丢球

在施放气球后，若气球在瞬间出现过顶现象，则很容易出现丢球现象，严重阻碍着雷达的自动跟踪；若气球过顶丢球出现在放球过程中，会导致过顶丢球重放或者是测风记录异常，尽管可以进行补放操作，但是如果在补放过程中受到天气等因素的影响，会对整个高空大气探测记录的准确性和完整性水平产生影响，由此不难看出丢球也是影响高空大气探测质量的主要原因之一。丢球的原因有很多，例如测场周边环境、雷达自身性能、人为因素等原因。清远高空站的雷达跟踪状况维护良好，在放球之前探测组人员会再次检查并调整频率，确保其处于最佳的工作状态，在施放气球后会根据接收讯号的四条亮线变化情况对频率及时进行调整，所以丢球受探测环境的影响较大。因地理因素的限制，台站内的放球场地有限，在施放球的瞬间不能因风向的变化对施放球场地任意调整，这就导致了第一时间发现了丢球过顶却不能及时跟踪。所以，高空气象探测中避免气球过顶丢球及其重要。

1.3 环境因素

雷达周围的探测环境也会在一定程度上对高空大气探测质量产生影响。因此，高空大气探测中要求天线四周开阔，周围障碍物对雷电天线的挡角应在5°以内，即使在探测站盛行风下风方向时也要确保在120°以内的障碍物对雷达天线的挡角不能超过2°。为了防止气球过顶现象出现在近地面，应选择雷达天线近地面盛行风的下风方向作为放球场地；应确保放球场点与探空系统天线之间处于同一水平线上；在出现特殊天气时，为了避免障碍物挡住雷达天线，应确保雷达天线对放球点之间的仰角在2°以上，以放球场为圆心，以50m为半径的圆周围不能有高大建筑物、架空天线、树木等障碍物出现，在当地盛行风下风方向时必须保证放球场地四周空阔。

1.4 雷达保障能力

L波段雷达作为一种新型的探测设备，在我国仍旧处于使用的初级阶段，其不稳定性能较为突出，使得雷达突发故障的概率较大，进而出现迟放、重放或者记录缺测。所以，备件和备份设备的保障十分重要。高空大气探测中因没有备件储备而造成的记录缺测也时有发生，给探测工作造成了严重的损失。另外，L波段雷达的集成化程度和高新技术含量都比较高，对其的维护和维修尚处于摸索阶段，在出现故障后不能第一时间解决，机务保障是高空大气探测的薄弱环节。实际探测中因雷达故障找不出原因进行修复，使得记录缺测问题出现，影响高空大气探测质量。

1.5 仪器受损

对于GTS1型数字探空仪来说，自身整体性能较为稳定，但也存在少量的质量问题。在实际的高空大气探测中，温度、气压以及湿度传感器变性的情况也会出现，其具体的表现形式是观测数据有严重的跳变，这种因仪器受损产生的跳变与干扰引起的跳变之间有很大的趋势，其中温度、高度以及湿度有明显的异常情况，如某时刻1s内温度从-56.3℃跳变到-38.4℃，根据这种规律一直发生跳变直到气球爆炸，这就是温度传感器变性的直接表现形式，从变性开始到气球爆炸的这段时间内的观测数据不能使用，需要删除记录为缺测，影响了高空大气探测质量。另外，因雷电、雷雨等强对流天气出现时，传感器遭受到雷击变性，这种情况出现的频率较低。

2、提升高空大气探测质量的对策

2.1 做好放球前的准备工作

应结合地面方向选择合适的放球点，使用科学合理的方法对雷达增益和频率进行调整，应确保放球点与雷达天线之间的距离在25m内，因信号处于饱和状态，可以将增益调整为不太饱和，同时还要对频率进行调整，防止出现旁瓣跟踪；在浸泡电池时应选择35℃的水温，含盐量3g，冬季的电池电压应在20v左右，而夏季的则应在18～19v，将天线对准探空仪，探空仪与电池之间的连接时间适宜，避免因作业时间过长在探空仪升空后消耗较多的电池能量，对探空仪发射机工作状态产生影响。

2.2 加强培训

清远市气象局应对探空组人员的基础业务技术加强培训，在气象局内部不断推出多种技术培训方法和方式，以此增强本站大气探测业务人员的综合素质和业务水平。做好大气探测地面测报培训基地工作，尽快建立起科学有效的管理机制和运行方案，定期组织业务人员对新规范和自动气象站技术加强学习，借助于网络媒体面向业务人员开展技术专题讲座，并通过考试和竞赛等形式，以增强探测人员综合能力，同时还能起到培养业务骨干的目的。对于探测人员来说，应对L波段高空气象探测系统业务操作手册进行熟练掌握，在不违反高空大气探测专业技术规定的基础上，正确处理高空大气探测中的问题，不断降低人为原因造成的气象探测数据缺测，提升高空大气探测质量。

2.3 正确处理过顶丢球

在高空气象探测工作中，当遇到过顶丢球时，工作人员应沉着应对。当在摄像头中发现气球时，应时刻观察仰角变化，当仰角超过90°时，需要对摄像头的焦距进行调整，确保在摄像头中可以看到整个气球，之后将天控按钮调节成手动，同时摇动雷达的方位和仰角，气球在摄像头中偏向哪边就往哪边摇，确保气球在画面的正中央，最后将天控按钮调节成自动。若距离跟踪有较大的误差存在，应对距离进行调整。在斜距跟踪正常的情况下扇扫一下，如果扇扫过程中的四条亮线没有任何变化，则说明抓球成功。

参考文献

[1] 刘振伟.高空气象探测数据质量的提高措施[J].现代农业科技，2015（23）.

[2] 张聪娥.影响高空探测数据质量的因素分析[J].陕西气象，2014（3）：26-29.

作者简介

梁雪蓮（1974-）.女，汉族，大专学历，广东省从化市人，从事高空大气探测工作。