才讓羅加 郭航

摘要：強對流天氣是在我國各地經(jīng)常出現(xiàn)的一類災害性天氣，主要在對流云系或單體對流云塊中出現(xiàn)，屬于中小尺度天氣系統(tǒng)。強對流天氣持續(xù)時間短、突發(fā)性強、來勢兇猛，對高空氣象探測作業(yè)的影響較大。本文分析了大風、強雷暴、強降雨等強對流天氣對高空氣象探測所產(chǎn)生的影響，并給出具有針對性的防范對策。以期能有效降低強對流天氣帶來的不利影響，提升高空氣象探測質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：強對流天氣；高空氣象探測；影響；應對

隨著科學技術(shù)的快速提升，各種現(xiàn)代化的觀測儀器設(shè)備在氣象觀測中得到了廣泛應用，使高空氣象探測的自動化程度越來越高，為天氣評估提供更加具有準確性和可靠性的依據(jù)。但在高空氣象探測過程中，復雜的強對流天氣情況時有發(fā)生，如暴雨、雷電、狂風、強降雨、大霧等天氣的出現(xiàn)，嚴重影響了高空氣象探測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。因此，研究強對流天氣出現(xiàn)的原因和應對策略，對有效降低其產(chǎn)生的影響，提升強對流天氣下的高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量具有積極作用。

1? ? 強對流天氣概述

強對流天氣是指破壞性大、出現(xiàn)迅速和變化突然的中小尺度天氣系統(tǒng)，其主要特點是突發(fā)性強、影響范圍小，生命史較短，長則幾小時或十幾小時，少則只有幾分鐘。在出現(xiàn)時大都伴隨著強降雨、雷暴大風、冰雹等天氣，屬于殺傷性強的災害性天氣。強對流天氣出現(xiàn)的原因是空氣垂直運動引起的，而夏季午后出現(xiàn)典型強對流天氣的頻率較高，由于地面不斷吸收白天來自太陽發(fā)射的短波輻射，使得地溫增加幅度較大，隨后地面則會將熱量向空氣中釋放，低層空氣和地球表面在吸收能量后，會導致空氣溫度上升，根據(jù)熱脹冷縮原理，此時的空氣體積膨脹，密度減少，整個空氣始終位于不穩(wěn)定的狀態(tài)下，密度較小的空氣則會有上升運動出現(xiàn)，而在最上層則漂浮有密度較小的空氣。因強對流天氣種類較多，其出現(xiàn)的原因也有一定差異，主要受到天氣熱力和空氣動力的共同作用。

另外，不同地區(qū)強對流天氣出現(xiàn)時間也不盡相同，南方強對流天氣出現(xiàn)時間要比北方提前，且強對流天氣大都在春、夏、秋三季出現(xiàn)，冬季很少有強對流天氣。從春季過渡到夏季這段時間出現(xiàn)龍卷風天氣的概率較大，而在每年2～5月份，也就是冷暖空氣交匯階段極易出現(xiàn)冰雹。由于龍卷風持續(xù)時間短、破壞力強和風力大，其產(chǎn)生的破壞僅次于暴雨洪澇、地震、臺風。強對流天氣的出現(xiàn)嚴重危害著人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的正常開展，還會阻礙國民經(jīng)濟建設(shè)步伐。為了將強對流天氣造成的危害降到最低，應不斷提升對強對流天氣的預報水平。

2? ? 影響高空氣象探測數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素

強對流天氣出現(xiàn)時，會同時伴隨雷暴、冰雹、強降雨、龍卷風等天氣出現(xiàn)，可將其看做是短期災害性天氣。其中在出現(xiàn)雷暴時，會造成高空處的氣象傳感器出現(xiàn)變形；若是出現(xiàn)強降水天氣，會造成傳感器接收高空氣象數(shù)據(jù)異常；而在強風天氣出現(xiàn)時，極易引發(fā)高空氣象探測儀器與上風向的障礙物之間發(fā)生碰撞。這些都嚴重影響高空氣象探測的數(shù)據(jù)質(zhì)量，其主要影響因素：

第一，雷達故障影響。L波段探測雷達作為一種新型的探測設(shè)備，目前在我國的使用仍處于初級階段，因而雷達突發(fā)故障時有發(fā)生。雷達故障使高空探測出現(xiàn)重放、遲放球等情況，如果大氣探測中沒有備件準備而造成數(shù)據(jù)缺測則會給高空探測工作造成一定的損失。另雷達的集成化程度和技術(shù)含量高，對維修也尚處于摸索階段，因而在實際探測中因雷達出現(xiàn)故障不能及時得到修復，是的探測數(shù)據(jù)記錄缺測，影響高空探測質(zhì)量。第二，計算機故障影響。在高空氣象探測過程中，雷達采集到的資料會被存儲在電腦硬盤中，因此，計算機的正常工作對于保障雷達的正常工作至關(guān)重要。在放球之前，計算機出現(xiàn)故障，會造成遲放球、重放球和報文漏測，對探測的質(zhì)量造成很大的影響。第三，探空儀受損影響。由于受到氣壓、高度等因素的影響，探空儀傳感器會出現(xiàn)變性的情況，使觀測數(shù)據(jù)發(fā)生嚴重跳變，如每一時刻1 s內(nèi)溫度從-52 ℃跳變得到40 ℃，這種異常跳變就是探空儀溫度傳感器變性的表現(xiàn)，從變性到氣球爆炸的這段時間內(nèi)的探測數(shù)據(jù)記錄都是缺測，缺測會使高空氣象探測質(zhì)量受到嚴重影響。此外，為了進一步增強高空氣象探空儀的探測精度和數(shù)據(jù)采樣率，以更好地緩解儀器壓力和重量，在設(shè)計儀器的過程中，制造商主要選用具有數(shù)字化、電子化和模塊化特征的儀器，其對雷暴的反應十分敏感。但強對流天氣出現(xiàn)在探空儀器周圍，一旦釋放儀器之后會進入到較大的積雨云中，而傳感器等電子元件在遭受到雷雨、雷電釋放的強烈回波電流后，將會對傳感器電子元件造成損壞，進而造成信號轉(zhuǎn)換板消失或者是傳感器電子元件受損，此時觀測到的氣象要素會發(fā)生跳變，降低準確性水平。

因此，在實際的高空氣象探測中，一旦遇到強對流天氣現(xiàn)象，探測人員應結(jié)合雷達強度和雷達回波移動速度，適當推遲釋放球時間。若是探測終止高度未達到500 hPa高處，需第一時間組織探測人員開展補放氣球，重新進行高空氣象探測，從而有效降低強對流天氣帶來的不利影響，提高高空探測質(zhì)量。

3? ? 強對流天氣對各種高空氣象探測的影響及應對

3.1 大風天氣時的影響及應對

若是在釋放氣球的過程中遇到大風天氣，而探空氣施放點恰好位于大風上風處，探測雷達則在大風下風處位置，這種情況出現(xiàn)時會造成施放氣球后，氣球會從雷達上空飄移，很難確保雷達可以準確跟蹤到探空氣球。因此，在大風天氣中開展放球的過程中，需要重點關(guān)注以下幾方面的問題：①若是在放球時風速較大，探測人員需對風向情況進行判斷，并在大風放球器的幫助下，避開雷達上風處選擇合適氣球施放位置。若是大風天氣仍舊持續(xù)，即使借助于大風放球器也于事無補，可以結(jié)合當時的風向，在風速減小的瞬間來施放探空氣球。若是遇到颶風或者是強對流天氣狀況下的大風天氣，這種狀況下的大風天氣持續(xù)時間較短，可以選擇大風天氣結(jié)束后施放氣球。若是放球時遇到強風暴天氣，位于高處的氣球極易出現(xiàn)下沉，探測人員需對當時氣壓變化情況進行密切關(guān)注，若是觀測到的氣壓值不足500 mbar，需做好重新放球操作，如充灌氣球、準備探空儀器、浸泡電池等。若是氣球被高壓壓下來的不太明顯，可以觀察一段時間后等待氣球再次升空，同時需要將觀測到的數(shù)據(jù)信息真實記錄下來；若是在該階段的探空儀器出現(xiàn)受損，需重新開展該項工作。若是在施放氣球時在大風天氣下，應根據(jù)當時天氣情況，確定放球位置，防止因放球失敗影響探空。

若是在放球之前遇到大風天氣，需要探測人員提前準備好大風放線器、熟知連接放球器和探空儀的技巧方法、氣球與探空儀的連接技巧、放球路線、結(jié)合當時風向情況選擇合適氣球施放點、放球之后的跟蹤要領(lǐng)。在利用放線器前，需全面查看儀器的持鉤和繞線板上的放球線線繩的連接是否牢固，同時還要對繞線板上的裂紋情況進行檢查；在探空氣球施放時，應避免系球充氣口的環(huán)形繩余線線頭過長，否則會直接與放球線互相纏繞；在放球時，需對當時風向進行準確判斷，隨后選擇合適的施放點，應始終確保施放路線的暢通性水平。針對大風天氣下的高空探測工作來說，可以將專業(yè)技術(shù)強的雷達人員與經(jīng)驗豐富的放球人員強強聯(lián)合，以確保雷達可以成功跟蹤到探空氣球。若是高空探測中出現(xiàn)丟球現(xiàn)象，需要室外放球人員以目測方式對探空儀所處的方位角、仰角等進行準確判定，并第一時間告知室內(nèi)跟蹤操作人員。在能見度較低的情況下，且看不到探空氣球的身影時，此時將很難獲取到氣球的準確位置，而室內(nèi)操作人員則可以借助于儀器預估氣球大致方位，此時還要結(jié)合雷達扇掃功能，將假定向情況排除出去，避免出現(xiàn)旁瓣跟蹤。

3.2 強雷暴天氣時的影響及應對

通常情況下，雷暴天氣出現(xiàn)時大都具備高電壓和高電流的特點，且能量釋放時間短、危害性大，雷暴天氣會將地面儀器損壞，還會造成應答器受損，使得探空儀沒有信號。因此，若是在高空氣象探測中遇到強雷暴天氣或者即將移動到探測位置所處的高空區(qū)域內(nèi)，嚴禁進行高空氣象探測；即使已經(jīng)到達指定高空氣象探測規(guī)定的氣球施放時間，也要等待一段時間，只有在強雷暴天氣減弱后或者是移動到同臺站方向相反的位置后，才能夠?qū)馇蜻M行施放。需要引起探測人員注意的是，在強雷暴天氣下應盡量避免開展放球工作，否則將會對高空氣象探測工作產(chǎn)生影響。另外，探測人員可以將高空風運動及變化情況與積雨云進行結(jié)合，以對雷暴運動方向進行分析和判斷。例如，若是在本站雷暴天氣出現(xiàn)時，高空處以西南風相關(guān)為主，而該方向上的積雨云則會朝著本站上方區(qū)域進行移動，探測人員需對該地雷暴動態(tài)變化趨勢進行密切監(jiān)視，避免探空氣球施放后進入到強雷暴區(qū)域，或者是遭受雷擊，進而造成重新放球。實際上，L波段探測雷達附件上大都進行了防雷設(shè)計。因此，探空儀器很少遭受雷擊，但應考慮到室外放球人員生命安全。在雷暴天氣出現(xiàn)時，受到雷電強電磁干擾的影響，將會造成無線電探空儀出現(xiàn)間歇性消失。在短時間內(nèi)，探測人員不應放棄探測，可以在信號恢復正常后，也就是始終呈現(xiàn)接收狀態(tài)后繼續(xù)探測；若是這種現(xiàn)象持續(xù)5 min后仍舊不能接收到有效數(shù)據(jù)，需重新進行探空作業(yè)。

3.3 強降雨天氣時的影響及應對

若是在施放探空氣球時出現(xiàn)強降雨天氣，雨水將會附著在探空氣球表面，或者是氣球進入到零度層后，由于不能及時脫落雨水形成的冰，會造成探空氣球重量增加；二是在探空氣球上升的過程中，由于雨水之間的碰撞作用，也會增加氣球上升阻力。不管是氣球重量或者是上升阻力增加，都會造成氣球升空速度下降，特別是充灌氣球時凈舉力沒有增加的情況下，結(jié)合凈舉力計算公式A=F浮-G氫-B，該公式中的A表示凈舉力，F(xiàn)浮則是探空氣球在空氣中的浮力，而G氫則是灌入到氣球內(nèi)部的氫氣重量，B則是附加物，如探空氣球外皮、探空儀和繩子等的總重量，根據(jù)計算算式，隨著附加物（B）數(shù)值的增加，凈舉力A會隨之減小，A可以將探空氣球上升及其上升快慢的情況表示出來，若是A≤0，說明探空氣球不會上升，甚至會隨著時間的推移出現(xiàn)下沉，隨著時間的變化，氣壓值將不會下降，有時會有增加的情況出現(xiàn)；若是在探空氣球上升到500 hPa高度以下有下沉記錄出現(xiàn)，且之后下沉現(xiàn)象不再增加，在正點放球的75 min內(nèi)需對探空氣球進行重新施放。在出現(xiàn)強降雨天氣時，探測人員需結(jié)合天氣雷達回波強度圖上的反射強度等級，提前判斷施放探空氣球時的降水量強度和持續(xù)時間。需要引起探測人員注意的是，若是反射率數(shù)值不足35 dBz以下，出現(xiàn)小雨天氣的概率較高；若是反射率數(shù)值位于35～45 dBz之間，則說明會出現(xiàn)中雨天氣；而反射率數(shù)值超過45 dBz，則可能會有大雨天氣出現(xiàn)；若是反射率數(shù)值在50 dBz以上，則說明有強對流天氣，如雷雨、大風、冰雹天氣出現(xiàn)。探測人員可以根據(jù)降水天氣強度，適當增大凈舉力數(shù)值A(chǔ)，確保探空氣球施放之后可以繼續(xù)升空，避免出現(xiàn)下沉情況；若是最強回波過境出現(xiàn)在正點放球時刻，為了避開最強降水時段，可延遲探空氣球施放時間。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，高空氣象探測對掌握大風、強雷暴、強降雨等強對流天氣變化以及氣象研究都有著重要的作用，由于高空探測的準確性受多種因素的影響，如氣候條件的復雜多變，強降水、雷暴、大風等強對流天氣的出現(xiàn)等等，因此在具體觀測過程中，需要根據(jù)影響高空氣象探測的不同因素采取相應的策略，提升對強對流天氣下高空氣象探測的應對和處理能力，從而有效降低強對流天氣帶來的不利影響，提升高空氣象探測質(zhì)量。

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