摘要：马蹄去皮机通过定向天线（雷达）高空气象探测系统和卫星导航定位高空气象探测系统的历史发展、原理分析、两种探测系统的对比分析及两种探测系统的应用探讨，使我们对这两种高空气象探测系统有了进一步深刻认识，有益于帮助气象探测员对高空探测系统的掌握，同时提供给高空探测员或气象爱好者参考。 关键词：雷达 探测 卫星 定位
引言：随着我国高空气象探测事业的迅速发展，开始在近几年内由（北斗）卫星导航定位探测系统取代目前正在使用的L波段雷达探测系统，除了能提高高空探测质量外，卫星定位跟踪后不会丢球，能够减轻高空气象业务员工作量，考虑到目前处在两种高空气象探测系统换型期，有必要从新老两种高空探测系统的历史发展、工作原理、对比分析等探讨，从而更加深刻认识到高空探测系统换型的重要性，有益于提升今后气象台站高空探测工作。
一、历史发展：高空气象探测来讲定向天线(雷达)探测系统主要是指我国曾经使用过的57-701探测系统、58-701探测系统、59-701探测系统、59-701B探测系统、59-701C探测系统和
2002年开始使用的L波段二次雷达-电子探空仪系统即GTS1型探测系统，目前正在使的GTS1型探测系统升级版GTS11型探测系统、GTS12型探测系统、GTS13型探测系统等，同时在西方发达国家例如芬兰等在本世纪初已经普及使用卫星导航定位系统的高空气象探测系统即GPS定位探测系统，由于我国高空气象探测比较西方欧美发达国家较晚，直接引进成本很高，不能实现普及，随着我国北斗气象卫星系统的建设，打破了西方技术的控制，降低了成本，估计在未来几年就能在全国普及开来，从而推动我国高空气象探测事业的迅速发展。 二、原理分析
天线（雷达）探测系统的高空气象观测包括701雷达、701B雷达、701C雷达与57型、58型、59型探空仪组成的雷达探测系统和L波段GFE（L）1型雷达与GTS1、GTS11、GTS12、GTS13型探空仪组成雷达探测系统等，都是二次测风雷达的简称，能测定高空各个高度上的气压、温度、湿度、风向、风速等五个重要气象要素，为气象台站提供准确的气象高空宝贵资料。以上这类雷达探测系统有一个共同点是利用跟踪探空气球来测风的，探空气球带上探空仪升空，测量时地面雷达向探空仪发出：“询问信号”，探空仪就对应地
发回“回答信号”，这样一问一答就得到高空气压、温度、湿度数据，再根据每一对询问与回答信号之间的时间之隔和回答信号的来向，就可以测定每一瞬间探空气球在空间的位置，即它离雷达站的直线距离、方位角、仰角，然后根据气球随风飘移的情况，就可推算出高空的风向、风速。
卫星导航定位系统的高空气象探测包括GPS探测系统和北斗卫星探测系统等，它是利用北斗气象卫星跟踪探空仪来测高空气象要素的，探空气球带上探空仪升空，探空仪在向上飘升过程中，将每一瞬间测得的气压、温度、湿度数据发送给气象卫星，然后由气象卫星初步处理后发送到地面接收站，同时根据卫星测得的探空仪每一瞬间空间位置及其变化，就可获得高空的风向、风速。
三、两种高空气象探测系统异同分析
1、两种高空气象探测系统相同之处
（1）测量的气象要素相同：它们测量的都是高空气象五要素即气压、温度、湿度、风向、风速。
（2）每次探测都需要探空仪和充灌探空气球，利用探空气球带着探空仪升空随风飘移，利用探空仪测量压、温、湿数据，利用探空气球位置及变化确定风向、风速。
（3）两种高空气象探测系统都需要地面接收设备，探测员还得删除不正确的非点，判断异常记录并删除，最后检查无错后才能按要求上传资料。
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（4）探测相同时次：定时高空气象探测时次是指北京时08 时、20 时，正点施放时间分别是北京时07 时15 分、19 时15 分。各高空气象探测站具体进行探测的时次及项目由中国气象局规定。
2、两种高空气象探测系统不同之处
（1）探空气球施放方式不同，定向天线（雷达）探测系统的高空气象观测会出现雷达不跟踪气球的情况即丢球，在地面需要地面指挥抓球，需要两个探测员施放，一外在外面负责施放和指挥，另一位在值班室操作接收处理。卫星导航定位探测系统不需要外面指挥施放，只需要室内接收处理即可。
（2）是否有丢球可能，定向天线（雷达）探测系统的高空气象观测由于雷达与探空仪之间
要求在一个很小的偏差范围内，超出雷达就不会自动跟踪或误差增大，都属于丢球 ，卫星导航定位探测系统是采用卫星定位系统，一般是不会丢球的。
（3）精度不同，定向天线（雷达）探测系统的高空气象探测虽然经过多次的改革创新，从59型探空仪发展到GTS1型探空仪，探空仪从金属感应片，肠衣，空盒等发展到使用热敏电阻、硅压敏电桥、湿敏测量大气的气压、温度和湿度，精确度得到了明显的提高，但通过雷达传输转换精度受到了限制，卫星导航定位探测系统不受探测高度、气球飞行仰角和距离的影响，精度更高了。
（4）两种探测系统需要的施放环境要求不同，定向天线（雷达）探测系统的高空气象探测要求高空气象探测站四周应开阔，障碍物对探测系统的天线形成的遮挡仰角不得高于5°,特别是测站盛行风下风方向120°内的障碍物对探测系统的天线形成的遮挡仰角不得高于2°。在半径50 米范围内要求平坦空旷，无架空电线、建筑等障碍物。卫星导航定位探测系统由于没有雷达、值班楼、多个气球施放点的选择限制，地面设备安装筒单，操作使用方便，自动化程度高。
（5）抗干情况不同：定向天线（雷达）探测系统的高空气象探测抗同频干扰信号较弱，它电动汽车动力
容易受到雷达所对方向的同频信号干扰后不跟踪探空气球或接收到信号变弱，非点增多等影响探测，卫星导航定位探测系统由于采用在接收频段内可以测量、显示环境无线电频率的接收设备以及发射频率连续可调的探空仪，具有同频干扰的避开功能，采用调频体制的探空仪，发射和接收频带窄，抗干扰能力强。
（6）对探测员业务能力要求不同：定向天线（雷达）探测系统的高空气象观测存在雷达丢球现象，对探测资料影响很大，特别是59-701雷达探测系统完全是手动雷达跟踪探空气球，判断丢球和回气球的快慢，探测经验很重要，依靠老同志传授经验和自己在探测工作去总结，达到提高抓球水平。卫星导航定位探测系统不存在丢球现象，探测员有更多时间用在探测技术其它方面。
薯类淀粉机⑺地面探测平台能否移动: 定向天线（雷达）探测系统的高空气象观测在建站安装后，地面探测系统如雷达、值班室、制氢房等是相对固定的，一般不会移动，卫星导航定位探测系统由于信号接收和处理设备可以安装在移动平台上，在运动中随时随地完成高空气象探测任务，机动性能好。
淤泥固化3、两种高空气象探测系统的联系
（1）历史传承：我国建国初期，高空气象探测几基本上是空白，解放后得到了大力发展，上世纪80年代末，全国气象部门共有118个探空站，均使用59-701探测系统，另有两个雷达单测风站。1978年以后，随着无线电元器件的半导体集成化和计算机技术的发展，高空气象探测技术以有较大提高，电子探空仪与701雷达配合使用，高空探测实时跟踪、接收和数据处理的自动化取代了过去人工收听探空信号和人工处理探测记录。接着我国L波段二次雷达-电子探空仪探空系统以及GPS导航测风系统的研制开始启动，2001年L波段二次雷达-电子探空仪探测系统研制成功，2002年开始业务布局，2003年元月1日贵阳站是当时首批5站布点使用之一，到2010年共完成了120个探空站设备的更新换代。目前卫星导航定位探空在我国属于起步阶段，目前已经完成了国产GPS探空系统的研制，下一步将基于中国的“北斗”卫星导航系统发展我国的卫星导航定位探测系统后推广应用。
（2）互相补充：估计我国“北斗”卫星导航定位探测系统将在近几年我国推广使用，但是作为历史的L波段雷达探测系统有条件的可以保留部分，原因有L波段雷达探测系统属于各个孤立的探测系统，彼此之间不受影响，可以独立获取本站高空气象信息情报资料，而卫星导航定位探测系统，如果太空卫星受到干扰，就可能影响多个高空气象探测站的高空气象信息情报资料的正常探测，遇到这种特殊情况，L波段雷达探测系统可以用来备份使用。
四、关于两种高空气象探测系统应用的探讨
1、定向天线（雷达）探测系统的高空气象探测要求的技术水平较低，适用于气象探测起步或发展阶段，特别是高空气象探测技术水平不太发达的国家比较适用，与卫星导航定位探测系统相比较，前者它投入的成本较低，技术含量不很高，基本上满足中、低水平社会发展国家的需要。随着我国几十年来现代化水平的发展和高空探测技术的现代化，卫星导航定位系统在高空气象探测上的应用会得到全面的发展。
2、两者对今后建设高空气象探测站或迁站要求不同，定向天线（雷达）探测系统建站或迁站对周边环境要求多，例如雷达安装不能选择在观测站的下风方向，制氢房的修建要求不影响探空气球施放，不影响雷达探测，建在容易拿取探空气球并且方便施放气球的地方，值班楼只能建在不影响探空气球施放、不影响雷达探测的地方，施放点的选择必须考虑到雷达、用氢房、值班楼等周围建筑物的影响，卫星导航定位探测系统是自动充灌氢气球、自动施放探空气球，卫星定位跟踪，只需要到一个可移动的施放点符合要求即可，选址容易。
3、卫星导航定位探测系统普及使用后，由于一颗卫星分管多个探空站探测资料传输任务，
焊接应力当卫星导航定位出现故障后，会影响到很多探测站的探测工作，L波段雷达探测系统作为备份建议保留。特别是现代化的高科技战争，卫星可能受到攻击干扰，从而影响很多探空站的高空气象情报资料的接收，考虑到L波段雷达探测系统的探测是单独进行的，相互之间不受影响，因此不可能所有探空站探测时都受到攻击和干扰。
4、现在使用的风廓线仪与以前的测风仪器比较，不需要充灌氢气球，拥有观测频次多、连续获取资料、自动化程度高、业务运行成本低的优势，从消耗探空器材或用氢安全上考虑，高空气象探测将来发展方向应该向可以不使用探空仪，更不需要充灌探空氢气球就能进行地面-卫星高空探测。
5、在未来几年我们将普及GPF1型自动放球系统，它是常规气象探测系统的关键辅助设备，其主要应用于高空气象探测业务中气球的自动施放，为了更好地减轻探测人员工作质量以及业务数据的质量，推动探空气象测报业务逐渐向自动化、智能化方向发展，我国一些探空气象站开始逐步推行DPF1型自动放球系统的运用，它是我国高空气象探测由二次雷达探测系统向卫星导航定位探测系统应用发展有着重要意义。
6、最后需要强调的是随着对高空气象探测需求的增加，目前的探空资料时间和空间密度不
能够满足日益增长的天气、气候、气象灾害预警和天-地-空遥感探测检验校准需求，高空平流层大气探测资料的缺乏也限制了大气科学和灾害预警预报服务能力进一步发展。探空探测模式多年来无显著进展，火箭和飞机下投探空以及时间加密观测均存在消耗巨大的问题，难以维持日常业务，伴随目前气象灾害频发，各类巨大损失问题日益加剧，当前的传统探测模式、火箭和飞机下投探测模式以及时间加密探测模式均难以满足气象灾害的预警和防治需求。因此急需建立新的高空气象探测模式，即卫星导航探空系统基于北斗卫星导航定位测风体制，将传统单一的上升阶段探测，转变为“上升-平漂-下降”三阶段探测（气球上升1小时，在平流层平漂4小时，下降大约1小时）。采用地空物联网技术，将单站接收数据定时发报转变为智能化多站接收实时处理系统，与常规探空探测模式相比，一次卫星导航探测可获得三段探测数据，实现空间覆盖扩充和时间频次加密，由于现代气象探测服务的需要，新的高空气象探测模式在各个气象台站将很快代替现在的高空气象探测模式。
参考文献
[1]L波段高空气象探测系统业务操作手册.北京：气象出版社.2005.7
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