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大气探测60年:从人工、地面到自动、三度空间的飞跃

   

  图 3L波段探空系统  

  新中国成立60年来,我国大气探测随着整个气象事业的巨大发展,发生了翻天覆地的变化,实现了从地面到太空、从大气物理到大气化学等立体、综合、连续的时空监测,对气象为国民经济建设和国防建设服务,对防灾减灾,对加强为农业服务等产生了十分重要的作用。   

  60年来,大气探测的发展可以划分为三个阶段:创建自立阶段(1949-1966),恢复发展阶段(1967-1989)和现代化建设阶段(1990-2009)。   

  创建自立阶段(1949-1966)   

  新中国成立时,全国只有101个气象台站。对于我国地域辽阔、地形复杂、天气气候多变的地球环境的观测完全不能适应,只能是蜻蜓点水,满目空白。为了满足解放全中国、进军西藏、抗美援朝等国防军事服务、特别是军民航空需要,主要是进行气象观测站的点、线建设,只用了11年时间就建成了行政区划和自然区划相结合、符合国情、具有中国特色的气象台站网;从零开始,基本形成了包括70多个探空站的高空气象探测网、上千个台站的气候观测站网、几百个台站的农业气象基本观测站网,新中国气象事业这种发展速度创造了世界瞩目的奇迹。经3年困难时期的调整巩固提高,和以后的不断微调、充实和完善,在20世纪五六十年代形成了我国气象观测网的基本格局并延续至今。   

  建国初期,大气探测面临的另一大困难就是仪器缺乏。当时我国不能生产气象技术装备,主要靠接收国民党政府遗留下来的国外仪器和进口部分仪器进行最简单的地面和高空气象观测。20世纪50年代后期到60年代前期,地面气象观测方面,所需的各种仪器已做到基本自给,保证了我国巨大气象观测网稳定运行的需求,并有少量出口援外。统一的地面观测规范从前苏联引进,几经修订,已基本符合我国国情。   

  恢复发展阶段(1967-1989)   

  文化大革命10年,气象事业遭受了一定的破坏,但由于周恩来总理的关怀,得以坚持开展,取得了积极成果。

  一是坚持了天气雷达的研制工作。二是我国的卫星气象事业,也是在周恩来总理的亲自关怀下开始起步。1969 年周总理指出,一要发展我国自己的气象卫星,二要接收利用国外气象卫星资料。   

  1979年把气象台站大体分为气候、天气、高空气象、航空天气、农业气象、太阳辐射、天气雷达、卫星气象8类气象探测网。   

  1984年初,通过了《气象现代化发展纲要》,开始了新的气象现代化建设。大气探测向遥测自动化的方向发展,以改变气象观测业务仍旧以人工操作为主的落后状态,努力赶上国际水平。这一时期,技术装备发展的突出特点是大力应用计算机技术,实现气象观测资料数字化自动处理。   

  特别是20世纪80年代后期,我国天气雷达监测网历经模拟天气雷达和数字化天气雷达两代发展,基本完成了组网建站。到1990年,组网天气雷达达到55个,全部采用5厘米(40部)、10厘米(15部)国产专用大型天气雷达,还有100多部711小型雷达作为基本站网的补充,在短时灾害性天气预报服务中发挥了重要作用。   

  1986年,风云二号静止气象卫星研制任务正式列入国家“七五”计划。中国气象局在1987年建成了风云一号极轨气象卫星地面应用系统;1988年和1990年我国成功发射了两颗风云一号极轨气象卫星,填补了我国气象卫星的空白。从此结束了我国只能从地面观测天气的历史,开辟了从太空观测天气的新篇章,这是我国气象现代化建设重要的里程碑。   

  现代化建设阶段(1990-2009)   

  2 0 世纪9 0 年代初, 通过了《气象事业发展纲要(1991-2020年)》,进一步加快了气象现代化建设。根据大气科学工程总体规划、技术方案以及“综合探测、信息网络、分析预报、技术服务”四大分系统建设的技术内涵和设计思路,气象部门相继组织了十大项重点工程建设。其中涉及到大气探测的有三大工程:大气监测自动化系统、新一代多普勒天气雷达监测网和风云气象卫星监测网工程。其基本特点是遥感遥测结合、空基地基结合、固定机动结合,高密度获取信息,赶超世界先进水平。

  大气监测自动化系统工程 作为气象综合探测系统建设的基础部分,该系统工程的目标是升级改造传统气象观测业务,推进大气探测技术自动化,实现高时间、高空间密度获取大气监测信息。经过“七五”到“九五”多年筹备,2001年10月,经国务院批准正式开工建设。建设内容主要包括:地面自动气象观测网、高空自动气象观测网、特种气象观测网和技术支持保障4部分。   

  通过国家和地方共同努力,到2008年底,2259个国家级地面气象观测站实现了基本气象要素的自动化观测,建设了25420个区域气象观测站,实现了每小时甚至每10分钟实时资料上传、下发,全国资料共享。为我国气象预报和服务发挥了重要的作用。

   

  图 气象应急指挥系统

  

  同时,到2 0 0 8年底,新研试成功的L波段二次雷达——电子探空仪系统已在全国业务布点91部。还完成了 811个地基GPS/MET观测站建设。   

  以大气化学观测和太阳辐射观测为中心的特种气象观测,加快了建设步伐。在世界气象组织(WMO)的帮助下, “六五”到“八五”建设了北京密云上甸子、浙江临安和黑龙江五常龙凤山三个区域大气本底站以及世界上第一个设在大陆腹地的中国青海省瓦里关大气本底基准观象台,填补了全球大气监测网(GAW)在欧亚大陆的空白。在全国开展大气成分、沙尘暴、酸雨监测站网建设,到目前,已建成分布在全国城乡的513个酸雨监测站,全国98个太阳辐射观测站点全部实现有线遥测。初步建成了全国雷电低频监测网和北京、上海、广东、湖北三维高频闪电定位试验小网建设以及农业气象、交通气象等特种观测网。   

  新一代多普勒天气雷达监测网工程 “九五”期间,中国气象局提出《我国新一代天气雷达监测网建设计划》,引进当今世界上最先进的第三代多普勒天气雷达技术,在全国建设126部新一代多普勒天气雷达系统。自1998 年起纳入国债资金项目,全面开始建设。到2008年底已建成146部。2009年又提出再扩建58部新一代天气雷达的增补计划。全面覆盖了珠江三角洲、黄河下游、鄱阳湖和洞庭湖、长江中下游、松花江和嫩江流域以及东部地区、中西部重点地区,实现了有效的雷达监测预警,构成一道运用高新技术构筑的现代化天罗地网;严密监测灾害性天气,及时发出预警报告,显著提高了这些流域和城市对重大灾害性天气的防御能力,已经开始发挥出巨大作用。   

  风云气象卫星监测网工程 我国气象卫星及其应用取得了举世瞩目的成就。截至2008年底,已成功发射5颗极轨气象卫星和5颗静止气象卫星,目前第一代极轨卫星风云一号D星、第二代极轨卫星风云三号A星、第一代静止卫星风云二号C/D/E星在轨稳定运行,标志我国气象卫星已从试验阶段进入业务稳定运行阶段。我国的气象卫星水平已部分达到国际先进水平,成为国际上同时拥有静止和极轨气象卫星的三个国家或地区之一。风云系列气象卫星已被世界气象组织纳入全球业务应用气象卫星序列,成为全球地球观测系统的重要成员。   

    目前,我国已建成了以资料处理与服务中心、运行控制中心和北京、广州、乌鲁木齐、佳木斯、瑞典基律纳5 个气象卫星地面站为主体的气象卫星地面应用系统,具备兼容接收和利用风云系列、美国NOAA及EOS系列、日本 MTSAT系列、欧洲METEOSAT系列等卫星的资料能力,初步形成了覆盖国家、省、地级气象遥感监测应用体系。卫星资料已广泛应用于天气预报、气候预测、自然灾害监测、环境监测和科学研究等多个重要领域,在气象防灾减灾、应对气候变化、国家社会经济发展以及国防建设等方面发挥了重要的作用。

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