精细化“观风测云”、精准“把脉”天气,“航天+气象”科技为亚运会保驾护航

科学聊天室 2023-09-28
2437 字丨阅读本文需 6 分钟

9月23日,杭州亚运会如约而至,“航天科技创造美好生活”的理念又一次在杭州亚运会上彰显。

气象条件是影响各种赛事能否按时举办,以及观众观赛体验的重要因素。以轮滑和板球比赛为例,对降水要求比较严苛,为了保障运动员比赛安全,只要明确预报有降水,无论降水强度如何,都需调整赛程。因此,赛场周边无缝隙精准预报预警显得尤为重要。

航天新气象公司服务中心主任范立清介绍,自9月20日起,杭州及赛场周边的所有气象装备就已检查完毕,正式进入亚运保障状态。

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精准实时实现智能预报

在杭州气象局的大力支持下,航天科技集团五院神舟投资下属宏宇航天技术有限公司,联合北京航空航天大学、中国气象科学研究院等多家单位共同研发的局部地区强对流天气短临预报产品基本实现了对杭州亚运主场馆周边局部地区0-3小时的强对流降水预报,践行“智慧气象,精彩亚运”,为构建“分钟级、百米级”无缝隙网格预报产品体系贡献力量。

局部地区强对流天气短临预报产品用户使用界面

强对流天气是指发生突然且较为剧烈、破坏力较大的灾害性天气。根据预报时段的长短,天气预报一般可以分为短期、中期、长期预报。短期预报的时效一般为1天到3天,能在较大尺度范围内预报强对流天气出现的可能性。而局地性强对流天气,有着空间尺度小、持续时间短、突发性强等特点,要通过短临预报准确预报出降雨的落区与预计降水时间,难度较大。

该产品综合利用地基红外大气垂直探测仪AERI与风廓线雷达设备,对主场馆周边垂直方向0-3km大气边界层主要特征数据(如温度、湿度、风速等)进行高时间分辨率探测,再将观测数据与多源常规观测数据结合进行综合判断,可实现场馆周边局部地区0-3小时的短临降水情况预报。

简而言之,就是基于对特定地区云层的观测数据进行综合分析,对该地未来0-3小时是否发生降水进行预报,为支撑亚运赛事安排等重要决策提供参考。

目前,经过历史数据复验,系统初步准确率为88%,命中率为90%,现阶段可提供平均38.5分钟的预警时间。此外,比较有特点的是,该产品还可以实现在雷达回波还不明显的情况下,对所覆盖区域内对流初生进行较为准确地判断,形成对现有观测手段的有益补充。

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49部雷达组网,精细化“观风测云”

在本届亚运会的55个比赛项目中,室外项目超过20项。这些陆上、水上项目赛场地形复杂、局地气候特征明显,对天气条件要求十分严苛。因此,立体式、多维度的气象预报极为必要,而气象雷达正是精细化探测的硬件保证。

在帆船比赛中,风力若超过20米/秒,就要考虑水上安全而停止比赛;风向摆动超过50度时也会停止比赛。而在攀岩比赛中,风速一般不能大于2级,过大的风速不利于人体与环境之间进行正常的热量交换。这对赛事过程中大气风场的探测与预报提出了非常高的要求。

在宁波象山亚帆中心周边,航天新气象公司安装了一部P波段对流层风廓线雷达。“如果把常用的L波段风廓线雷达对风的探测比作登泰山,那P波段风廓线雷达对风的探测就可以算是登顶珠穆朗玛峰了。”工程师斯正形象地比喻,“因为它可以稳定探测从地面到高空12千米大气风场的精细化分布,探测高度较探测从地面到高空6千米的L波段风廓线雷达翻了一倍。采用高灵敏度风场信号探测等先进技术,可以为赛事提供海量的探测数据。”

除了“观风”,“测云”也很重要。比如龙舟这样的比赛项目,赛道上如果雾气弥漫,可能会导致参赛队伍偏离甚至冲出跑道,影响比赛结果。航天新气象公司在附近安装的毫米波测云仪,能够敏感捕捉到云雾的分布范围、浓度与运动趋势,气象部门通过这些数据可以分析出雾气抵达和消散的时间,并进一步推算出能见度,保障赛事平稳进行。

在杭州及宁波各个赛区,25部风廓线雷达和24部毫米波测云仪组成智能化探测网络,连续、实时地探测距地面150米以上高度范围内大气的风速和风向,捕捉云雾的分布范围、浓度与运动趋势,为赛事地区“观风测云”,提供有力气象保障。

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量身定制气象站,精准“把脉”天气

气象雷达“看”的是“面”,而自动气象站“看”的则是“点”。

本届杭州亚运会,航天新气象公司有2000多套自动气象站提供服务,其中海上灯塔气象站、海温浮标气象站、沙温气象站等10套自动气象站,更是专门为亚运会量身打造,精准“把脉”天气,保障赛事顺利进行。

帆船比赛是本届亚运会唯一一个海上项目。传统气象站点基本位于陆地,无论是站点数量还是观测距离,都无法满足帆船赛事定点、精细化观测的需求。此前,航天新气象公司曾建设国内首个灯塔气象站,弥补基于陆地式传统气象站的观测空白,积累了一定的海上探测经验。

“为保障亚运会,我们在宁波赛场周边部署了7套灯塔气象站,实现温度、湿度、风向、风速、气压、雨量、能见度七大要素的精准、连续监测。”公司研发中心副经理张旭说。

今年8月,海上灯塔气象站已纳入亚运会赛事保障系统,为及时获取天气变化信息、优化赛事服务保障体系、进一步完善亚运帆船赛场气象风险预警服务提供重要支撑。

为了进一步完善海上赛事的气象风险预警服务,除了海上灯塔气象站,公司还特别建设了一座浮标海温监测气象站,以监测赛事水域海水表层温度。这款设备依托海上航标平台搭载,使用公司微智气象仪平台监测赛事水域海水表层温度,传感器模块化、数字化、智能化,方便接入云端以及与本地APP进行互联互通。

除了海上气象探测,本次保障另一个量身定制的设计当属沙温探测。对沙滩排球等比赛来说,沙面温度是影响运动员发挥的一个重要因素,场地沙子温度过高,可能会烫伤运动员的皮肤。

“公司特别设计了两套沙温气象站,首次应用于亚运会宁波赛场周边,可以监测到零下40摄氏度至70摄氏度的沙面温度,使用红外线探测方式获取沙表温度,无接触、灵敏度高、抗干扰能力强,为沙滩排球比赛的顺利进行提供气象支撑和指引。”张旭介绍。

作为我国第一台自动气象站、第一部风廓线雷达、第一部卫星导航探空仪的研制单位,23所航天新气象公司是行业内产品链最全、单体规模最大的综合性气象探测仪器装备领军企业。在助力重大赛事气象预报上,该公司为2022年北京冬奥会、冬残奥会等大型赛事提供过全方位的服务保障。本次亚运会期间,公司派驻工作人员全程保障气象装备的正常运行。

除了为赛事提供气象服务,中国航天科工充分发挥技术优势,以各种方式为亚运会保驾护航。航天江南所属苏州江南为浙江省人民医院配套 “移动医院”,随国家紧急医学救援队(浙江)开赴亚运会淳安赛区,用于赛期医疗保障;航天信息所属浙江爱信诺公司中标杭州某酒店服务器、终端设备等系统集成项目,该酒店为杭州第19届亚运会重点保障单位。

文章来源: 中国航天报,五院航天神舟投资管理有限公司,五院新闻中心

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