L波段雷达探空异常记录的分析与处理

2015-05-04刘永莲黎朝钧

中低纬山地气象 2015年2期

关键词：探空高空气压

刘永莲，黎朝钧

(广西壮族自治区梧州市气象局，广西梧州 543002)

L波段雷达探空异常记录的分析与处理

刘永莲，黎朝钧

(广西壮族自治区梧州市气象局，广西梧州 543002)

L波段雷达探空资料的获取，是通过对自由大气各气象要素的直接或间接观测。观测期间存在着一些偶然性和不确定性，某些现象例如：仪器变性、气球下沉会导致观测记录的异常。该文通过实例分析，总结出异常探空记录的判别方法和处理技巧；提出了避免异常记录出现的一些预防措施，在实际的应用中获得了较为合理、客观的高空气象资料，为相关部门的研究和应用提供可靠数据。

L波段雷达；探空；异常记录；分析；处理

1 引言

L波段雷达系统是我国新一代的高空气象观测系统，其探空资料的获取，是通过对自由大气各气象要素的直接或间接观测。随着现代气象业务、服务的不断深化，对高空气象观测资料的数量和质量的要求越来越高。现阶段我国气象部门主要是使用L波段雷达探测系统，由气象探空气球携带数字式电子探空仪(GTS1型或GTS1-2型)在空中自由漂移上升的方法来完成高空气象观测[3]。在观测期间存在着一些偶然性和不确定性导致了探空资料的异常，影响其准确性[4]。在我国南方，对流性天气[6]较为频繁，规定时次的高空气象观测，经常会在暴雨、台风等恶劣天气下进行，探空记录有时会出现异常。近年来，在广西全区高空气象观测业务检查中发现，观测员对于一些异常记录的处理方法和计算结果值得商榷。有鉴于此，针对如何处理异常探空记录，本文通过实例，对L波段雷达系统(GTS1型探空仪)的探空记录进行诊断[5]，总结出异常记录的判别方法和相应的处理技巧，并提出了避免出现异常记录的一些预防措施，在实际的探测中获得较为合理、客观的高空气象资料。

2 异常探空记录实例诊断及处理方法

本文结合观测时本站的云状、云量、天气现象、探测记录中温度、气压、相对湿度以及测风每秒数据的变化趋势等各项要素，对高空探测中的异常记录以及气球下沉记录进行诊断分析和处理方法探讨。

2.1 高空探测记录中温度、气压、相对湿度变性的异常记录

在获取高空气象资料的探测中，有时会出现一些异常记录，需要观测人员分析处理。从广西梧州高空气象观测站2013年6月7日07时的探空曲线(图1)可以看出可疑的记录在16分43秒至33分53秒(可疑记录开始和结束的时间可从探空秒数据中分析得出)时段中。

图1 温、压、湿变性的探空曲线

2.1.1 记录的分析现阶段我国气象部门所用的GTS1数字式电子探空仪，在高空气象观测过程中，其温度传感器是暴露在探空仪外部的，如果有降水或穿过水汽较大的云层(例如Sc、Cb、Ns)时，温度传感器有可能会沾上水或结冰，当探空仪从云中进入干燥层后，传感器上的水或冰蒸发或结冰，与大气进行热交换，其测量结果明显会有误差；雨水直接打在湿度片上也会影响水汽测量的准确度。温度、湿度传感器受到雨水或冰的影响，有时会造成信号传导的不正常，雷达接收到的是一些通信乱码，其在探空曲线上表现为一段异常的跳变。这种情况，不应该仅仅考虑重新放球组织观测或简单的删除一段记录来解决，而要根据施放时的天气情况综合分析、处理，把可用的资料合理地保留下来[8]。特别是探空仪在对流层低层穿过云层时，温度、湿度的异常跳变，其观测结果更应谨慎处理。该高空观测站2013年6月7日07时的观测记录与这种情况相似。

2.1.2 记录的处理该时次的高空气象观测，测站天空的云状为Sc、Cb云，并伴有雷暴和降水，属于较强的对流性天气。温、压、湿讯号的异常跳变，极有可能是仪器气压变性、温度和湿度传感器受雨水影响所至。因此，对各时刻温、压、湿异常跳变数据的分析，可参考数据辅助处理中的“探空每秒数据查询”，根据高空气象观测规范的规定以及探空曲线的变化趋势，用“手动修正探空曲线”和“自动修正探空数据错误”功能，在“探空曲线显示”放大倍数不低于10倍的状态下，剔除明显的异常跳变信号，并认真检查探空高表-14中各等压面和特性层的每项数据，核对数据的准确度、合理性。

2.1.3 处理后的记录经过以上处理的观测资料，与近期同时次、相似天气状况下的观测资料相对比，对客观、合理、有效的结果保留，不合理的舍弃，可看出各等压面和各高度层的资料没有出现缺测的现象，如图2。

图2 2013年6月7日07时处理后的探空资料

这样，既避免了因直接删除整段记录而使观测资料缺测或者进行重新放球组织观测而影响资料的及时性，又保证了探空资料的客观性、准确性和完整性[9]。

2.2 气球下沉记录

高空气象观测中，探空气球在升空的过程中遇到雷雨、冰雹等强对流天气或进入Cb云等对流旺盛的云层时，往往会遭遇强大的下沉气流，气球随之被迫下降，然后再缓慢继续上升恢复正常。这一过程，高空气象观测称之为气球下沉，该时段获取的高空观测记录也称之为下沉记录。

现在高空观测台站所用的软件可以对下沉记录进行处理，但判别下沉记录和对记录的具体处理还是需要观测人员具体情况具体分析的。通常下沉记录中也会出现温、压、湿变性的异常记录，对于这类记录更应认真分析、谨慎处理，合理地保留可用资料。

2.2.1 判别下沉记录的一些方法 ①观测时段内，本站出现雷雨、冰雹、台风等恶劣天气或气球进入Cb云等对流旺盛的云层时，应认真查看数据处理软件[10]中的气球升速曲线图，如果升速有很明显的下降趋势(如小于150 m/min甚至为0 m)，此时气球有可能会下沉。

②在探空的每秒数据中，气压在升空过程中随时间的变化逐渐减小。如果出现气球下沉现象，气压随时间变化显示增大趋势，温度、湿度随之也有相应的变化，并且探空高度逐渐下降。

③气球下沉的时段内，相对应的测风每秒数据的高度也是下降的，否则可能是仪器气压变性。

④气球下沉过程是气压、高度下降又回升至恢复正常的连续变化，温、湿要素也会有连续渐变的过程。

⑤气球下沉的现象在同一次的观测中，有可能会出现不止一次的下降过程，特别是夏季的强对流天气，更要具体情况具体分析。

2.2.2 气球下沉记录实例分析及处理图3是梧州市高空观测站2012年6月6日19时的探空曲线图。这一时次的观测，是典型的下沉记录，出现了2次气球下沉过程。

图3 气球下沉探空曲线图

①下沉记录的分析：该时次的观测过程中，测站天空的云状为Sc、Cb云，并伴有雷暴和降水，为强对流天气。在图3处理前的探空曲线图中可以看出，气压曲线显示异常、高度下降，温湿曲线也相应异常，从气球升速曲线上看，也可发现某一时段的升速有明显的下降(升速小于150 m/min)。

图4是把该时次观测记录中一些异常温度、气压、湿度数据以及测风的秒数据结合在一起的分析结果，判断出第1段下沉记录：气球下沉的起始点14分33秒至终止点15分06秒，气压值由545.7 hPa 逐渐增大到558.2 hPa即高度下降的最低点，然后气压又逐渐减小恢复至终止点545.7 hPa。

图4 第1段下沉记录的探空、测风每秒数据

用同样的分析方法可判别第2段下沉记录：气球下沉的起始点16分12秒至终止点17分32秒，气压值由502.3 hPa逐渐增大到539.2 hPa即高度下降的最低点，然后气压又逐渐减小恢复至终止点502.3 hPa。

②下沉记录的处理：该时次的观测记录不仅有气球下沉记录，也有温度、气压、相对湿度跳变的异常记录。

第1段14分33秒—15分06秒下沉记录的处理：探空数据的处理，首先由人工选定下沉的起始时间14分33秒和下沉的终止时间15分06秒，计算机自动将14分33秒—15分06秒之间的数据删除，15分06秒以后的时间、数据记录前移，以后记录照常整理；测风14分33秒—15分06秒的数据、时间，随探空数据删除而自动删除，15分06秒以后的时间、数据记录前移。从经过下沉记录处理后的每秒球坐标上读取第15分00秒的数据作为整15分的数据，16分00秒的数据作为整16分的数据，依次类推。

第2段的下沉记录的处理方法与第1段相同。处理记录时，最理想的是先处理第2段下沉记录16分12秒—17分32秒，再处理第1段下沉记录14分33秒—15分06秒，这样既可保证记录的处理时效，又可避免因下沉记录时间的改变而需要重新分析下沉时段的起止时间。

最后按2.1的方法分析，处理温度、气压和相对湿度变性的异常记录。经过对下沉记录和变性记录的处理，观测资料14分23秒—17分30秒共3分07秒为缺测时段，虽然规定等压面500 hPa的温度、相对湿度缺测，但却避免了重放球，其结果与近期同时次、相似天气状况下的观测资料相对比，也是客观、合理的，记录的可比性和准确性都得到了保证。