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一问到底丨如何在3万米高空给大气“做CT”?来看这对北斗探空“搭子”

来源:央视网2025-10-19 08:38

  央视网消息:记者从中国气象局获悉,我国气象探空业务系统已实现从L波段探空向北斗探空的全面升级,标志着我国在高空气象观测领域,跻身国际先进行列。北斗探空系统整体观测数据准确率超过99%,已在天气预报、气候监测等领域实现应用。

  据了解,目前我国已建成由9颗风云卫星、842部天气雷达、9万余个地面气象观测站组成的陆海空天一体化综合气象观测系统。我国自主研发的北斗探空系统达到全球领先水平,打破了GPS系统在气象探空领域的垄断。与以往相比,北斗探空系统有哪些优势?有了北斗助力,天气预报的精确度会得到怎样的提升?北斗探空气球是如何飞上3万米高空,给大气“做CT”的?

  北斗探空系统如何进行气象观测?

  目前,我国已建成陆海空天一体化综合气象观测系统。在高空气象观测领域,主要通过施放搭载探空仪器的气球,获取各层次大气的温度、湿度、气压和风速风向等信息。这次升级的北斗探空系统是我国自主研发、具有国际先进水平的新一代气象探空系统,主要是利用气球搭载北斗探空仪,基于高精度的北斗卫星导航定位信息进行解算,可稳定获取更加准确的地面至3万米大气垂直温度、湿度、气压、风向、风速廓线等数据。

  中国气象局气象探测中心主任 张鹏:我国气象部门已经全面建成自主可控的北斗探空观测站网,包括11个新建北斗探空站,已经全部使用了新一代太空技术。此前,全国范围内120个探空站进行了为期1年的北斗探空与上一代探空的平行比对与试验运行。

  北斗探空气球如何给大气"做CT"?

  我们了解到气象探空的一个概念——探空气球,气象工作者一般管它叫“放气球”。

  1902年,德国气象学家阿斯曼开创了利用橡胶气球、经纬仪开展大气垂直探测的模式。施放探空气球是目前主流的大气探测手段。每天,全球各国1300余个高空气象观测站的工作者,都会在同一时间放飞探空气球,为天气预报、气候研究等领域提供连续可靠的直接观测资料。

  长期以来,我国探空站也使用该技术,每天两次施放探空气球。然而,探空站间距稀疏、观测间隔为12小时的探空观测,很难捕捉大部分历时短、骤发性强的强对流灾害性天气。如今北斗探空气球是如何解决这个问题的?

  探空气球的工作原理很直接,通过向高空施放携带探测仪器的气球,实时采集从地面到高空的气象要素,这种直接接触大气的观测方式,让监测数据具有高精度、高分辨率等优势。预报员可以根据这些观测资料,判断当前大气状态,作为天气预报的重要依据。

  中国气象局地球系统数值预报中心正高级工程师 王金成:气象探空数据是天气预报业务的重要基础性支撑,对数值天气预报贡献率约为14%。同化北斗探空资料后,我国0至24小时累积降水预报准确率提高约1%,12小时至36小时累积降水预报评分平均提高2%,特别对长江中下游和华南地区预报具有显著正贡献。

  以往的探空模式,通常施放一个探空气球,只能获取气球上升段的气象观测资料。而北斗探空系统采用双球,经过一次施放,就可以获取“上升—平漂—下降”三段观测数据,这样的模式也革新了全球沿用近百年的高空观测模式。目前,我国已拥有世界最大的综合气象观测体系,实时监测地球上的风霜雨雪变化。

  北斗探空气球的新搭档是谁?

  气象探测,北斗探空气球还有自己的“国产新搭档”——北斗探空仪。北斗探空仪与北斗探空气球“组队”,飞升到3万米左右的高空,测量出各层次大气的温度、湿度、气压和风速风向等信息。北斗探空仪内安装了我国首款气象专用北斗导航芯片,可以实时接收北斗卫星的高精度定位数据,再将采集的探空数据,通过无线电传输回地面接收系统,数据质量已达到世界气象组织探空数据最高要求。

  相比L波段探空 北斗探空有何提升?

  以往气象探空气球的搭档是“L波段信号发射器”,如今实现了北斗探空的全面提升。那么,北斗探空相比L波段探空,实现了怎样的提升呢?

  L波段探空,指的是采用L波段频率通常在1-2GHz无线电技术,通过L波段信号实现探空仪数据的精准传输与跟踪。L波段探空核心是用L波段频率1-2GHz无线电信号,追踪携带探空仪的气球,实现对高空温度、气压、湿度、风向风速的精准测量。简单说,就是给气象气球装了个“L波段信号发射器”,地面用专用雷达“盯紧”这个信号,一边追着气球跑,一边接收它发回的高空气象数据。而现在有了北斗探空仪,则可以实时接收北斗卫星的定位数据并采集探空数据。

  气象探空迈进“北斗时代”带来哪些变化?

  有了实时数据的支撑,北斗探空系统可以让气象预测精准到什么程度?又会给气象观测工作带来哪些变化呢?

  北斗探空系统在数据精度、传输速率等方面均有所提升,测风误差从1米每秒缩小至0.3米每秒;气球高度误差从100米降至16米。数据传输方面,从原来的“分钟级”传输提升到“秒级”传输,且数据完整率达100%。广东河源国家高空气象观测站是率先完成业务切换的观测站之一,对于基层工作者而言,北斗探空系统不仅带来了业务变革,更切实减轻了他们的工作负担。

  同时,北斗探空还为我国深度参与全球气象观测、预报、服务提供了重要支撑。目前,我国的131个北斗探空站占全球探空站总量的12%,其中88个为全球资料交换站,提交的共享资料占全球总量约11%,为全球数值天气预报、应对气候变化等提供重要数据参考。

  中国气象局综合观测司副司长 王建凯:这一里程碑跨越不仅为我国防灾减灾提供技术支撑,也为全球综合气象观测体系升级与技术普惠贡献了“中国方案”。

[ 责编:袁晴 ]
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