如何在3萬米高空給大氣“做CT”

記者從中國氣象局獲悉，我國氣象探空業務系統已實現從L波段探空向北斗探空的全面升級，標志著我國在高空氣象觀測領域，躋身國際先進行列。北斗探空系統整體觀測數據準確率超過99%，已在天氣預報、氣候監測等領域實現應用。

據了解，目前我國已建成由9顆風云衛星、842部天氣雷達、9萬余個地面氣象觀測站組成的陸海空天一體化綜合氣象觀測系統。我國自主研發的北斗探空系統達到全球領先水平，打破了GPS系統在氣象探空領域的壟斷。與以往相比，北斗探空系統有哪些優勢？有了北斗助力，天氣預報的精確度會得到怎樣的提升？北斗探空氣球是如何飛上3萬米高空，給大氣“做CT”的？

北斗探空系統如何進行氣象觀測？

目前，我國已建成陸海空天一體化綜合氣象觀測系統。在高空氣象觀測領域，主要通過施放搭載探空儀器的氣球，獲取各層次大氣的溫度、濕度、氣壓和風速風向等信息。這次升級的北斗探空系統是我國自主研發、具有國際先進水平的新一代氣象探空系統，主要是利用氣球搭載北斗探空儀，基于高精度的北斗衛星導航定位信息進行解算，可穩定獲取更加準確的地面至3萬米大氣垂直溫度、濕度、氣壓、風向、風速廓線等數據。

中國氣象局氣象探測中心主任張鵬：我國氣象部門已經全面建成自主可控的北斗探空觀測站網，包括11個新建北斗探空站，已經全部使用了新一代太空技術。此前，全國范圍內120個探空站進行了為期1年的北斗探空與上一代探空的平行比對與試驗運行。

北斗探空氣球如何給大氣"做CT"？

我們了解到氣象探空的一個概念——探空氣球，氣象工作者一般管它叫“放氣球”。

1902年，德國氣象學家阿斯曼開創了利用橡膠氣球、經緯儀開展大氣垂直探測的模式。施放探空氣球是目前主流的大氣探測手段。每天，全球各國1300余個高空氣象觀測站的工作者，都會在同一時間放飛探空氣球，為天氣預報、氣候研究等領域提供連續可靠的直接觀測資料。

長期以來，我國探空站也使用該技術，每天兩次施放探空氣球。然而，探空站間距稀疏、觀測間隔為12小時的探空觀測，很難捕捉大部分歷時短、驟發性強的強對流災害性天氣。如今北斗探空氣球是如何解決這個問題的？

探空氣球的工作原理很直接，通過向高空施放攜帶探測儀器的氣球，實時采集從地面到高空的氣象要素，這種直接接觸大氣的觀測方式，讓監測數據具有高精度、高分辨率等優勢。預報員可以根據這些觀測資料，判斷當前大氣狀態，作為天氣預報的重要依據。

中國氣象局地球系統數值預報中心正高級工程師王金成：氣象探空數據是天氣預報業務的重要基礎性支撐，對數值天氣預報貢獻率約為14%。同化北斗探空資料后，我國0至24小時累積降水預報準確率提高約1%，12小時至36小時累積降水預報評分平均提高2%，特別對長江中下游和華南地區預報具有顯著正貢獻。

以往的探空模式，通常施放一個探空氣球，只能獲取氣球上升段的氣象觀測資料。而北斗探空系統采用雙球，經過一次施放，就可以獲取“上升—平漂—下降”三段觀測數據，這樣的模式也革新了全球沿用近百年的高空觀測模式。目前，我國已擁有世界最大的綜合氣象觀測體系，實時監測地球上的風霜雨雪變化。

北斗探空氣球的新搭檔是誰？

氣象探測，北斗探空氣球還有自己的“國產新搭檔”——北斗探空儀。北斗探空儀與北斗探空氣球“組隊”，飛升到3萬米左右的高空，測量出各層次大氣的溫度、濕度、氣壓和風速風向等信息。北斗探空儀內安裝了我國首款氣象專用北斗導航芯片，可以實時接收北斗衛星的高精度定位數據，再將采集的探空數據，通過無線電傳輸回地面接收系統，數據質量已達到世界氣象組織探空數據最高要求。

相比L波段探空北斗探空有何提升？

以往氣象探空氣球的搭檔是“L波段信號發射器”，如今實現了北斗探空的全面提升。那么，北斗探空相比L波段探空，實現了怎樣的提升呢？

L波段探空，指的是采用L波段頻率通常在1-2GHz無線電技術，通過L波段信號實現探空儀數據的精準傳輸與跟蹤。L波段探空核心是用L波段頻率1-2GHz無線電信號，追蹤攜帶探空儀的氣球，實現對高空溫度、氣壓、濕度、風向風速的精準測量。簡單說，就是給氣象氣球裝了個“L波段信號發射器”，地面用專用雷達“盯緊”這個信號，一邊追著氣球跑，一邊接收它發回的高空氣象數據。而現在有了北斗探空儀，則可以實時接收北斗衛星的定位數據并采集探空數據。

氣象探空邁進“北斗時代”帶來哪些變化？

有了實時數據的支撐，北斗探空系統可以讓氣象預測精準到什么程度？又會給氣象觀測工作帶來哪些變化呢？

北斗探空系統在數據精度、傳輸速率等方面均有所提升，測風誤差從1米每秒縮小至0.3米每秒；氣球高度誤差從100米降至16米。數據傳輸方面，從原來的“分鐘級”傳輸提升到“秒級”傳輸，且數據完整率達100%。廣東河源國家高空氣象觀測站是率先完成業務切換的觀測站之一，對于基層工作者而言，北斗探空系統不僅帶來了業務變革，更切實減輕了他們的工作負擔。

同時，北斗探空還為我國深度參與全球氣象觀測、預報、服務提供了重要支撐。目前，我國的131個北斗探空站占全球探空站總量的12%，其中88個為全球資料交換站，提交的共享資料占全球總量約11%，為全球數值天氣預報、應對氣候變化等提供重要數據參考。

中國氣象局綜合觀測司副司長王建凱：這一里程碑跨越不僅為我國防災減災提供技術支撐，也為全球綜合氣象觀測體系升級與技術普惠貢獻了“中國方案”。