创新是我国探空的发展之路

2019-04-05 13:06字体:
  

  如今,我国已经建立起业务运行可靠、空间密度最高、探测质量优良的气象探空网,形成了门类齐全包括L波段探空系统、GPS(北斗)探空系统、全自动探空系统、火箭和飞机下投探空系统多种探空技术系统,这对揭示大气结构、大气科学研究和提高天气预报的准确率都有至关重要的作用。这是以改革开放40年来我国经济社会快速发展为支撑所取得的成绩,也是气象事业发展和气象探测能力不断提升的一个缩影。

  从改革开放初期的学习引进到实现完全自主发展,我国气象探空系统是从气象业务发展的实际需求出发,按照自主创新的原则,依靠自己的技术力量建设的业务系统。尽管当初在走自主之路和引进技术之间有过犹豫,在作出选择的时候有过忐忑,但在今天看来,我们走自主气象探空发展的思路是正确的,也是最适合我国国情和实际需求的,我们拥有了世界上最优良的业务探空网。实践证明,我们走的路子是最好的,也是最合适的,这更加坚定了我们走自主创新之路的信心。

  上世纪90年代,在世界气象组织的评估中,中国有将近一半的探空站因误差超过了世界气象组织容许范围、探空资料达不到业务要求而被世界气象组织点名,这件事情对我们刺激非常大,整个气象部门都感觉压力很大。那时,我国高空探测采用仿制苏联的探空系统。到上世纪90年代,全国气象部门的118个探空站均使用了59-701探空系统。1996年,中国和芬兰在郑州进行了探空业务技术对比,通过对比,我们看到了和芬兰的技术差距。

  痛定思痛,1996年7月12日,中国气象局通过了《气象综合探测系统高空气象探测系统和地面观测系统发展规划(1996-2020年)》,这对当时乃至现在来说,都是一个具有重大战略意义的发展规划。它指出了我国高空气象探测技术和业务状况已远远不能满足气象综合观测系统建设的迫切需求的实际,并提出发展我国新一代高空气象探测系统、迎头赶上世界先进水平的要求,认为卫星导航探空系统将是未来我国常规高空气象探测的主导技术体制, L波段测风雷达-电子探空仪系统是过渡时期里我国常规高空气象探测的主导体制。

  理论上,从温度和湿度的测量结果来看,卫星导航探空系统、L波段测风雷达-电子探空仪系统这两个系统测得的结果是相当的。但在测风上,卫星导航探空系统简单且准确性更高。遗憾的是,当时卫星导航系统来自美国,要依赖美国的系统和技术,不确定性因素太多。因此,这个规划认为,我们应该走一条自主高空探测之路,大力发展L波段测风雷达。同时,也积极发展卫星导航技术,并以此和世界接轨。

  1997年,为了迎头赶上国际先进水平,我们采取了超常规的举措,现在看来,这个做法也是史无前例的。中国启动了大规模的L波段探空系统方案设计和试验,并在规划出台当年就拟订了L波段测风雷达-电子探空仪系统功能规格需求书,并以招标的方式立项进行样机研制和生产,开始了严格的静态和动态性能考核和对比试验。

  我们采用市场招标方式研发仪器,这在国内气象仪器研发史上还是第一次。有5个厂家根据要求制定了方案,仅用了一年的时间,就有3个厂家试制了样机。从1998年底开始,经过三轮全面测试考核和改进之后,南京大桥机器厂的二次测风雷达和上海长望气象仪器公司的探空仪在与当时国际上最先进的维萨拉探空设备进行了严格对比后,其同球释放后测得的温度湿度气压风的数据均符合要求。它的可靠性、抓球率、故障率都符合要求,从而通过考核,并完成定型,于2002年正式开始业务布点。到2010年,我们已经全部完成了120个探空站设备的更新换代。从此,无需手动跟踪,我国探空网完全启动了自动化探测,且探测资料质量得到了很大提高。可以说,这是我国气象部门首次利用国家民族工业的力量和市场杠杆调节作用开展探空仪器研发,大大缩短了探测设备研发和投入业务运行的周期。

  数据显示,改进后的L波段雷达-电子探空仪系统在100百帕测量的风温度平均差值在±20之间,与芬兰(国际上最先进的系统)的RS80系统平均差值相当,远远优于改进前的59型(为±80)。

  探空装备的产业在改革开放中得到发展。老的探空设备公司,如南京大桥机器厂、上海长望公司得到发展;新的探空设备公司也快速成长,如华云公司和航天科工集团23所等已经有了业务化生产线年,世界气象组织在我国阳江进行了第8期探空国际对比,这是一次规模空前的国际对比,技术内容、参与系统最多。在GPS探空仪的对比中,航天科工集团23所研制的GPS探空系统所有技术指标达到世界气象组织关于GCOS的要求,在综合评比中取得了全球第四名、亚洲第一名的好成绩,且温度传感器性能单项位居全球第一名。

  从此,我国的探空技术和产品有了进入世界门槛的“许可证”,技术和产品开始走向全球市场。

  拿到进入世界门槛的“许可证”,有一个标志性事件不得不说。2002年,时任世界气象组织秘书长奥巴西(Godwin O.P.Obasi)访问中国,到北京南郊探测试验基地考察我国的GPS探空系统。当看到气球升空时,奥巴西询问气球在低空时数据是否完整。技术人员将当时气球施放出去获取的数据打印出来送到奥巴西手中。当看到获取的数据非常完整时,奥巴西非常惊讶,因为彼时国际上通用的、较为先进的卫星导航探空系统气球在低空时数据经常丢失,他希望中国积极参与国际竞争,打破国际市场上的技术垄断。

  那时,维萨拉的GPS探空仪器已经占据了全球探空仪的大部分市场。由于GPS成本很贵,维萨拉为减少成本,简化了GPS码相关技术,即用其他技术替代了码相关技术,导致其在低空时容易受到干扰而丢失数据。而我国的GPS则使用码相关技术,因此,不存在丢数据的问题。奥巴西说,希望中国把自己的探空系统推向全球,为全球探空网作贡献。

  说来容易做来艰难,从2002年起,经过8年的不断创新与改进,中国的探空技术逐步走向国际市场。从艰难起步到逐步体现自己的技术优势再到真正走向国际市场,从仿照苏联到达到世界气象组织要求走出国门,我国的卫星导航测风技术、探空技术没有辜负世界气象组织对中国的期望。

  2011年,我国第一次在印度气象示范工程的第一批所有5个站点投标中中标,这是我国首次在国际市场中标,参与竞标的还有芬兰、法国、韩国、日本等;随后,再次中标并完成印度气象示范工程的第二批10个站点;完成马来西亚8站点投标准备、韩国首尔的施放测试完成……从1996年开始,我国从设备进口国到探空仪设备出口国,技术水平已经达到世界先进。

  可以说,改革开放是中国经济社会发展的强大引擎,强大的国力为气象事业快速发展提供了强有力的保障,至此,气象探空进入一个全新的时期。



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