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天氣科技利器助力奏響盛世華章

金秋十月,慶祝中華人民共和國成立70周年活動在北京舉行。在這場國之盛典的天氣服務保障中,天氣部門用上了最新銳、最尖端的科技成果,這些天氣科技利器分別發揮了怎樣的作用?下面就讓我們一探究竟。

9月30日,正陽門,一部測風雷射雷達正在運轉。

位於正陽門的測風雷射雷達。圖/馮子晏

形如方盒的它,看上去不起眼,卻能將低至20米、高至800米的風場變化盡收眼底。

向北約1千米處,天安門廣場上設置的天氣應急觀測車,時刻捕捉著廣場周邊的天氣數據。

天氣應急指揮車在活動現場。圖/范雪波

從這裡異塵餘生開來,由北京中心到城郊,再到京津冀三地,一直到廣袤的太空,在174個國家級地面天氣觀測站、8部氣象雷達加密觀測的基礎上,更有風廓線雷達、毫米波雲雷達、微波異塵餘生計、風雲四號衛星、高分四號衛星、“天衡”系統、“天衍”系統等諸多先進設備與技術“加持”,一張由最先進技術織就的觀測大網,不放過氣象系統的每一寸變化。

地面+雷達+衛星

成熟技術布下天羅地網

對於降水、雷暴等高影響氣象,氣象雷達無疑是反應最快的觀測利器。在京津冀地區,8部S/C波段氣象雷達、5部X波段氣象雷達組成了相互彌補、彼此支援的密集觀測網絡,每6分鐘組網加密觀測,力圖捕捉每一處細微的大氣波動。

太空中,風雲四號A星與高分四號衛星同時忙碌起來。風雲四號A星中國區域5分鐘衛星觀測數據,被全面應用到此次保障中,其搭載的干涉式大氣垂直探測儀有1600多個探測通道,30分鐘進行一次區域大氣溫濕度三維探測。而具備50米光學分辨率的高分四號衛星,可以幫助預報員對小尺度的氣象現象進行追蹤,觀察強氣象系統的快速變化,用於短臨預報以及氣象預警。

慶祝活動期間,探空氣球每天三次裝載著無線電探空儀飛上高空,將溫度、壓力、濕度和風力的數據源源不斷傳回。與此同時,京津冀三地174個國家級地面天氣觀測站在自動化觀測的基礎上,開展逐3小時雲量、雲高人工加密地面觀測。

天氣人將日常業務中應用的觀測系統發揮到極致,確保萬萬無一失。而在這場至關重要的保障中,他們還投入了許多新銳技術,追求著精精益求精。

測風測雲測霧-霾

新銳技術追求精益求精

9月23日,南郊觀象台。

柏油路、假發、藍色塑料椅、溫度傳感器,幾種看似風馬牛不相及的物品構成了奇妙的組合。一旁的工作人員記錄著溫度傳感器上的讀數,原來,他們在研究暴露在陽光下的物體表面實際溫度與氣溫的差別。

這項觀測試驗的結論,將運用在慶祝活動期間的預報與服務中,為精細預報氣溫、體感溫度及製作人性化相關影響性服務材料提供定量依據。在慶祝活動天氣保障中,這是一處細節。而天氣部門正是如此,不放過氣象變化的每一個細節。

風,正是天氣保障人員最關心的細節之一。飛行表演,焰火、氣球施放乃至現場人群的體感溫度,無不受到風的影響。因此,人們迫切需要了解不同高度下風的情況。位於正陽門的測風雷射雷達,便是響應這一需求而設立。通過觀測試驗,這部雷達的測風數據已經可以實時傳輸並實現可視化。而慶祝活動核心區域的6個風場觀測站,更為風的觀測加上了雙重保險。

更多的細節,依托超大城市綜合天氣觀測試驗的科技成果得到呈現。在毫米波雲雷達監視下,過去常常要憑借觀測員肉眼判斷的雲,無論雲高、雲厚和雲體垂直結構,還是雲的微物理過程,均無所遁形。微波異塵餘生計能夠準確判斷大氣中0℃層、-20℃層、逆溫層位於何處,溫度、濕度、水汽密度如何變化。風廓線雷達能夠準確把握風速、風向,進而判斷大氣動力過程。氣溶膠雷射雷達則能夠測得大氣氣溶膠濃度和汙染物的多少。X波段氣象雷達能夠分析降水等災害性氣象過程。此後,再將這5種設備的觀測資料融為一體,天氣科技工作者便能憑借這一產品,將風、雲、大氣熱力過程、大氣成分等多種不同要素綜合考慮,更好地對風切變、急流、雷暴、霧-霾、降水等高影響氣象做出判斷。

在後方,“天衍”與“天衡”系統為數據的可靠性、可用性做好了後勤保障。

作為國家級綜合觀測質量控制系統,“天衡”集成了近30種先進的智能化質控評估算法,實現八大類觀測設備分鐘級質控全覆蓋,特別是針對此次保障中佔據中堅地位的雷達數據,“天衡”能夠剔除94.25%的故障壞圖,以及93.68%的電磁干擾錯誤。而綜合天氣觀測產品平台“天衍”,覆蓋了氣象雷達、風廓線雷達、雷電、地面、探空、水汽、土壤水分、大氣成分等八大類天氣觀測數據,並具備個性化深度定製區域監測預警信息和多雷達流數據產品同步顯示功能,確保將最好的裝備送到在“前線”作戰的預報員手中。

睿圖聯手GRAPES

預報著眼細節 務求精準

給預報員提供支撐的,除了周密的立體監測體系以外,還有強大的數值模式預報系統。

在重大活動頻繁的北京市,市天氣局的主力數值模式預報系統“睿圖”,是重大活動保障的一大“利器”。這套覆蓋華北地區,實況分析產品、預報產品水準分辨率分別達1公里、3公里,可10分鐘快速循環更新的模式系統,能夠毫無障礙地融入到慶祝活動天氣保障中。

慶祝活動期間,“睿圖”模式實時提供0-72小時北京地區10米風場、氣溫、降水、形勢場等客觀要素預報產品,其他包括慶祝活動重點區域未來12小時的雲量、雲高、能見度、垂直風等要素的模式支撐產品,為預報專家組決策分析提供技術支持。

9月29日,慶祝活動天氣預報專班和天氣專家分析討論10月1日上午天安門地區氣象。圖/劉璐

“睿圖”模式系統對天安門區域不同高度的風力風向預測。供圖/馮子晏

值得一提的是,這套系統已經在國家天氣信息中心高性能計算資源池中異地實時熱備份,並完成應急切換演練,確保能夠不間斷運行。

無論是焰火燃放,還是臨時設立的大型構建物,都會受到風的直接影響。“睿圖”模式針對這一點,將重點區域10米空間分辨率的地面風實況分析產品、10米至1600米高度的風向風速預報產品提煉出來集中展示。

與常規預報有所區別的是,當所有的天氣要素匯集在眼前,預報員所承擔的重任,是做出立體空間內的精準預報。這就需要他們綜合考慮從地面到空中的所有要素。

在北京市局天氣信息綜合顯示系統 LDAD中,天氣要素立體觀測和預報產品通過信息重大活動天氣保障專題可視化模塊集中展示。預報員可以縱覽活動重點區域多種關鍵氣象要素實況和模式預報產品,以最直觀的視角進行對比分析,猶如一面立體的畫布,任由預報員“指點江山”。

在中央天氣台,GRAPES數值模式針對慶祝活動保障全面升級,技術人員研發了能夠更好反映氣象系統三維垂直結構整體變化的產品釋用技術,提升了預報精細化程度。如今,對於活動區域三天以內的氣象情況,中央天氣台可以做到逐小時預報。

另一方面,由數十個成員組成的GRAPES集合預報也得到升級,借此,預報員能夠更好地把握各類氣象事件發生的概率,從錯綜複雜的氣象形勢中提取最有用的信息,以做出合理判斷。

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