来看这对北斗探空“搭子”—新闻—科学网
news.sciencenet.cn 2025/10/19 9:02
如何在3万米高空给大气“做CT”？来看这对北斗探空“搭子”
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”。