◆王 楓 武玉龍 呂玥玥

?

簡述呼和浩特市氣象站自動放球系統(tǒng)

◆王 楓1武玉龍2呂玥玥1

(1.中國氣象局上海物資管理處 上海 200050；2.呼和浩特市氣象局 內蒙古 010051)

隨著氣象現(xiàn)代化事業(yè)的不斷發(fā)展，氣象觀測設備的數(shù)量和類型日益增多，現(xiàn)代氣象業(yè)務對氣象觀測設備智能化的期望也越來越高。高空氣象探測存在大量偶然性和不確定性，特別是遇到雷暴、強降水、大風等惡劣天氣時常會導致遲放重放，甚至缺測。自動放球系統(tǒng)使用智能化的氣球充氣及探空儀施放，解決了在惡劣天氣條件下、放球難的問題，提高探測質量，為天氣預報服務提供更穩(wěn)定的參考依據(jù)。

自動放球；安裝流程；大風放球

1 自動放球系統(tǒng)概述

1.1 主要功能與性能

自動放球系統(tǒng)是常規(guī)高空氣象觀測系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，具有探空氣球自動充灌、自動施放等功能。該系統(tǒng)通過計算機控制一套機械裝置代替復雜的人工操作，實現(xiàn)從探空氣球充氣到探空氣球攜帶探空儀施放全過程的自動化，以保障在雷暴、大風、強降雨等惡劣天氣條件下，高空探測工作的正常進行。

1.2 自動放球系統(tǒng)結構

自動放球系統(tǒng)由自動放球方艙、氫氣源及氫氣輸送管道、探空工作室、超聲波測風儀等配套設施組成。見圖1自動放球系統(tǒng)結構圖。其中自動放球方艙由氣體控制室、電氣控制室、氣球施放室三部分組成。氣體控制室由匯流集裝置、氫氣泄漏檢測儀、氣體輸送高壓軟管等構成；電氣控制室由配電分機、控制分機、監(jiān)控分機、串口分機、交換機、伺服控制箱、電機減速器、網(wǎng)絡交換機、空調、UPS電源等構成；氣球施放室由充氣施放裝置、放球筒、擋風頂蓋、光柵、監(jiān)控攝像機、氫氣泄漏檢測儀、防爆照明燈等構成。配套設施由配電系統(tǒng)、無線網(wǎng)橋、避雷針、安防設施、PC計算機等等組成。

圖1 自動放球系統(tǒng)結構

2 呼和浩特市氣象站建設內容

2.1 選址要求

自動放球方艙安裝場地應平坦堅實、四周開闊，半徑50米范圍內無架空電線、建筑、林木等障礙物，并遠離排水不暢的低洼地。同時，安裝場地還應滿足10噸起重機作業(yè)的需要，運輸?shù)缆放榔露炔淮笥?5°，最小轉彎半徑不小于9米，凈高不小于4.5米，以便于運輸車輛進入、起重機吊裝及各種設備移動、存放[1]。自動放球方艙與L波段雷達配合使用，兩者的相對位置關系在選址時也需要考慮在內。

（1）相對距離。自動放球方艙相對L波段雷達天線的直線距離應大于60米，且不能處于L波段雷達天線與原有人工放球點的連線上。

（2）相對高度。L波段雷達仰角存在下限，因此自動放球方艙與L波段雷達天線的相對高度，應使雷達跟蹤方艙裝載平臺（距地面高度850mm）上待釋放的探空儀時，L波段雷達天線仰角指示不低于-3°。

（3）相對方位。自動放球方艙應處于相對于L波段雷達天線地面盛行風的下風方向，且自動放球方艙軸線與起始放球時L波段雷達天線光電軸指向應盡可能相互垂直，以避免探空儀升空后出現(xiàn)過頂跟蹤丟球的情況。

2.2 基礎建設

在架設安裝自動放球系統(tǒng)前，架設臺站需要預先修建施工架設場地的道路、建好方艙基礎平臺和管道敷設地溝等，保證其他建設工作順利進行，縮短方艙建設時間。

2.3 自動放球方艙

將自動放球方艙用12噸的吊車，吊裝到先前建設好的方艙基礎平臺上。設備吊裝完成后，進行方艙水平基準標定和方艙方位零度標定。標定完成后，放置地腳螺栓，澆筑混凝土，將方艙固定在方艙基礎平臺上。

2.4 超聲波測風儀

首先將超聲波測風儀、無線網(wǎng)橋和安裝桿組裝起來，然后將超聲波測風儀頂端的“N”標志與正北方向對齊，最后將其固定在先前建設好的超聲波測風儀安裝桿基礎平臺上。

2.5 氫氣輸送管道焊接

呼和浩特市氣象站高空氣象觀測站采用電解水制氫。在制氫房的灌球室出氣口處增加1個三通，通過三通引出兩路管路，其中一路保留人工充氣功能，另一路經氫氣管道連接至自動放球方艙。

2.6 探空值班室

安裝有自動放球系統(tǒng)軟件的計算機安裝在高空氣象站探空工作室內，通過無線網(wǎng)橋與自動放球方艙聯(lián)接。自動放球系統(tǒng)控制計算機與高空氣象站探空雷達終端協(xié)同工作，實現(xiàn)氣球施放的聯(lián)動[2]。探空工作室可遠程管理監(jiān)控自動放球方艙內設備運行，并通過自動放球方艙內外安裝的攝像頭進行遠程視頻監(jiān)控。

2.7 配套設施

配套設施主要包括自動放球系統(tǒng)建設的供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、防雷設施、安防設施等。

（1）供配電系統(tǒng)

在自動放球方艙5米范圍內安裝室外配電箱，并通過電纜線將室外配電箱與高空氣象觀測站供電端連接。其中電源電壓為AC220V，電源頻率為50Hz，電源負荷不小于10kW。

（2）通信系統(tǒng)

自動放球方艙與探空工作室之間采用無線網(wǎng)橋通信方式。

（3）防雷設施

由于高空氣象觀測站現(xiàn)有的防雷設施能夠覆蓋自動放球系統(tǒng)，按照規(guī)定沒有增設防雷設施，但在進出自動放球方艙和探空工作室的電源電纜、網(wǎng)線等我們加裝金屬套管并與高空氣象觀測站現(xiàn)有地網(wǎng)進行了等電位連接。

（4）安防設施

在距自動放球方艙四周外圍5米處，建設隔離柵欄，并在其顯著位置設置“氫氣危險嚴禁煙火”的警示標志。

3 總結

呼和浩特市氣象站自動放球系統(tǒng)的使用，將結束一直以來探空氣球只能由人工釋放的歷史。通過了解自動放球系統(tǒng)基本功能與結構，對于高空觀測人員，提高了工作效率以及放球時間與氣球釋放的實際性與同步性。不僅減輕了高空氣象站業(yè)務人員的工作量，更解決了業(yè)務人員惡劣天氣下放球難的問題。

[1]李偉，張春暉，孟昭林等.L波段氣象探測網(wǎng)運行監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].應用氣象學報，2010.

[2]郭啟云，李偉，劉鳳琴.L波段雷達探空系統(tǒng)定位高度應用于位勢高度的研究分析[J].儀器儀表學報（增刊），2011.