韓 玲，朱彩霞，劉立輝，馬廷德

（1.甘肅省氣象局，甘肅 蘭州 730020；2.酒泉市氣象局，甘肅 酒泉 735000；3.邢臺(tái)市氣象局，河北 邢臺(tái) 054000）

榆中國家基準(zhǔn)氣候站于1954 年1 月建站至今，屬于國家基本觀測(cè)站、探空站，是國家觀測(cè)站網(wǎng)的重要站點(diǎn)，承擔(dān)著榆中縣氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)觀測(cè)和大氣探測(cè)采集與傳輸?shù)戎匾蝿?wù)。榆中探空站每天開展02 時(shí)、08 時(shí)、20 時(shí)3 個(gè)時(shí)次的觀測(cè)任務(wù)，參與全球數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)，地理位置非常重要。但是近年來，隨著榆中縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市的發(fā)展對(duì)氣象探測(cè)環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，尤其是電磁波干擾嚴(yán)重影響到了榆中探空站的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，為了提高改善雷達(dá)的探測(cè)環(huán)境、靈敏度和觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并提升氣象服務(wù)質(zhì)量，對(duì)L波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)及臺(tái)站氣象業(yè)務(wù)進(jìn)行院內(nèi)整體遷移。

1 榆中國家基準(zhǔn)氣候站L 波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)遷移位置說明

榆中國家基準(zhǔn)氣候站原雷達(dá)平臺(tái)經(jīng)緯度為東經(jīng)104°08′36″，北緯35°52′02″，擬遷移新雷達(dá)平臺(tái)東經(jīng)104°08′32″，北緯35°52′03″；雷達(dá)天線高度由原來的1884.1m，變?yōu)?898.1m，升高14m；經(jīng)實(shí)地測(cè)量，新雷達(dá)平臺(tái)與舊雷達(dá)平臺(tái)距離90m，放球點(diǎn)采用原位置不變，探空站海拔高度和氣壓傳感器海拔高度均以榆中國家基準(zhǔn)氣候站地面自動(dòng)氣象站為準(zhǔn)，不需改變。

2 數(shù)據(jù)比對(duì)分析的觀測(cè)方法

雙經(jīng)緯儀基線測(cè)風(fēng)是科研和大氣環(huán)境評(píng)價(jià)中常用手段之一，榆中L 波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)的遷移數(shù)據(jù)評(píng)估就采用雙經(jīng)緯儀基線測(cè)風(fēng)方法。雙經(jīng)緯儀基線測(cè)風(fēng)就是把兩臺(tái)光學(xué)測(cè)風(fēng)經(jīng)緯儀分別安裝在已知距離的兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)氣球的運(yùn)動(dòng)，讀出仰角、方位角然后利用三角法或矢量法計(jì)算氣球高度和風(fēng)向、風(fēng)速。雙經(jīng)緯儀基線測(cè)風(fēng)的基本要求是：具備兩臺(tái)觀測(cè)精度優(yōu)于0.05°的光學(xué)測(cè)風(fēng)經(jīng)緯儀；熟練掌握經(jīng)緯儀的調(diào)平、追蹤和讀數(shù)的觀測(cè)人員，每次觀測(cè)兩點(diǎn)各需倆人，一人觀測(cè)，一人記錄和指揮；選擇適當(dāng)?shù)幕€。一般選擇基線與盛行風(fēng)向垂直。本文就2020 年4 月7 日—4 月30 日14 時(shí)（施放時(shí)間13：15 分）在榆中觀測(cè)站新舊雷達(dá)地址利用雙經(jīng)緯儀小球觀測(cè)。經(jīng)緯儀測(cè)風(fēng)儀器小而輕便，方位角和仰角坐標(biāo)測(cè)量精度較高，但容易受到天氣條件的限制，只適用于能見度好的少云天氣，夜間還必須配掛可見光源，為了更好提高測(cè)量精度，榆中站選擇每天中午觀測(cè)，共觀測(cè)15 個(gè)時(shí)次。

3 雙經(jīng)緯儀基線測(cè)風(fēng)觀測(cè)準(zhǔn)備及觀測(cè)過程

在新舊地址選擇兩個(gè)四周沒有遮擋物，觀測(cè)條件最佳的位置，將經(jīng)緯儀位置固定，新址經(jīng)緯儀架設(shè)點(diǎn)為雷達(dá)搬移后經(jīng)緯儀固定觀測(cè)點(diǎn)。舊址經(jīng)緯儀觀測(cè)前進(jìn)行固定目標(biāo)物的器差檢查，器差允許范圍在仰角-0.3°＜Δβ＜0.3°，方位角-0.5°≤Δα≤0.5°，即可使用。新址架設(shè)經(jīng)緯儀并進(jìn)行標(biāo)定（建議用北極星法），在距離大于250m 范圍內(nèi)不同方位、距離上選取適合白天、夜間觀測(cè)時(shí)用的固定目標(biāo)物，即孤立的燈光、塔尖等體積盡量小的目標(biāo)物為固定目標(biāo)物，且讀取對(duì)應(yīng)的仰角、方位角為以后觀測(cè)時(shí)使用，同時(shí)測(cè)出放球點(diǎn)距離、方位角、仰角。同樣在觀測(cè)前利用固定目標(biāo)物進(jìn)行經(jīng)緯儀器差檢查，器差在允許范圍內(nèi)可使用。保證兩臺(tái)經(jīng)緯儀能同時(shí)測(cè)定氣球的仰角、方位角，這對(duì)提高測(cè)高準(zhǔn)確度極為重要。在每次觀測(cè)前，都應(yīng)對(duì)經(jīng)緯儀進(jìn)行調(diào)平，且讀取固定目標(biāo)物仰角、方位角數(shù)據(jù)；在每次觀測(cè)后，都要檢查經(jīng)緯儀是否保持水平，同樣讀取固定目標(biāo)物仰角、方位角數(shù)據(jù)，檢查經(jīng)緯儀器差，是否在器差允許范圍內(nèi)。

每時(shí)次觀測(cè)前準(zhǔn)備對(duì)講機(jī)、報(bào)分鐘（秒表）歸零上發(fā)條，確定一人發(fā)令施放并及時(shí)啟動(dòng)報(bào)分鐘，觀測(cè)員同時(shí)在新舊址跟蹤目標(biāo)物，發(fā)令者利用對(duì)講機(jī)55s 發(fā)出預(yù)備指令，觀測(cè)員將球影調(diào)至十字線附近，60s 發(fā)出讀數(shù)訊號(hào)，觀測(cè)員將球影調(diào)至十字線中間，并準(zhǔn)確讀出仰角、方位角，讀數(shù)精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，至觀測(cè)結(jié)束。將觀測(cè)的仰角、方位角數(shù)據(jù)輸入L波段（Ⅰ型）數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算出該時(shí)次各高度間的平均風(fēng)向、風(fēng)速即量得風(fēng)層風(fēng)向、風(fēng)速資料。

為保證資料的精確性，每時(shí)次觀測(cè)時(shí)間不得小于30min，如遇天氣狀況不良觀測(cè)時(shí)間不足，順延下一日觀測(cè)，確保數(shù)據(jù)達(dá)到15 個(gè)時(shí)次，在放球前需向軍方和民航部門申請(qǐng)空域。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

依據(jù)榆中站2020 年4 月7 日—30 日15 個(gè)時(shí)次雙經(jīng)緯儀小球測(cè)風(fēng)在新、舊址觀測(cè)獲取仰角、方位角數(shù)據(jù)計(jì)算所得量得風(fēng)層的風(fēng)向、風(fēng)速進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。本文選擇具有代表性的4 月13 日13 時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)如圖1—4 所示:

圖1 2020 年4 月13 日新舊址仰角對(duì)比

圖2 2020 年4 月13 日新舊址方位角對(duì)比

圖3 2020 年4 月13 日新舊址風(fēng)向?qū)Ρ?/p>

圖4 2020 年4 月13 日新舊址風(fēng)速對(duì)比

仰角、方位角1～10 分對(duì)比差值較大，可能是新舊址經(jīng)緯儀讀數(shù)時(shí)間有誤差造成或舊址觀測(cè)員讀數(shù)錯(cuò)誤造成偏差大，因此影響到各高度量得風(fēng)層風(fēng)向、風(fēng)速的計(jì)算，致使 8.5 分量得風(fēng)層風(fēng)向差值達(dá)166°，在數(shù)據(jù)評(píng)估是在超差同范圍內(nèi)，可以剔除，但風(fēng)速影響不大。

通過15 個(gè)時(shí)次新、舊址仰角、方位角、量得風(fēng)層風(fēng)向、風(fēng)速依次進(jìn)行的數(shù)據(jù)比對(duì)分析得出結(jié)論：

（1）仰角1～5min 對(duì)比數(shù)據(jù)誤差較大，10min 后對(duì)比數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，在計(jì)算各時(shí)次平均值時(shí)以數(shù)值較穩(wěn)定為主計(jì)算，這在平時(shí)的雷達(dá)、經(jīng)緯儀對(duì)比觀測(cè)中屬正常現(xiàn)象。

（2）方位角1～10min 對(duì)比數(shù)據(jù)誤差較大，在計(jì)算各時(shí)次平均值時(shí)也有較大取舍，同樣在平時(shí)的雷達(dá)、經(jīng)緯儀對(duì)比觀測(cè)中屬正?，F(xiàn)象。

（3）量得風(fēng)層風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)比數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算，主要對(duì)應(yīng)仰角、方位角取舍數(shù)據(jù)計(jì)算。故15 時(shí)次平均數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。

5 結(jié)論

（1）雙經(jīng)緯儀基線測(cè)風(fēng)仍將是大氣邊界層和大氣環(huán)境研究中一個(gè)必要的手段，在榆中國家基準(zhǔn)氣候站L 波段測(cè)風(fēng)雷達(dá)遷移的數(shù)據(jù)評(píng)估中提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)資料。

（2）通過榆中國家基準(zhǔn)站2020 年4 月7 日—30日經(jīng)過15 個(gè)時(shí)次的經(jīng)緯儀觀測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)，除個(gè)別數(shù)據(jù)誤差較大剔除外，仰角平均值為-0.6°、方位角平均值為-2.0°、量得風(fēng)層風(fēng)向平均值為-1°、量得風(fēng)層風(fēng)速平均值為0m/s，故新址雷達(dá)搬移后對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)基本無影響。

（3）新址與舊址距離較近，對(duì)站網(wǎng)布局影響較??；新址與舊址地處同一氣候區(qū)，下墊面基本一致，高空風(fēng)基本一致；榆中站探空觀測(cè)資料完整性、均一性較好。