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工美博览·产区竞秀|千件鹭岛珍品参展 科技赋能智创未来

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工美博览·产区竞秀|千件鹭岛珍品参展 科技赋能智创未来

工美博览·产区竞秀|千件鹭岛珍品参展 科技赋能智创未来

最近的天气,仿佛时刻在“变脸”,上午(shàngwǔ)还晴空万里,午间突然来一场瓢泼大雨;白天还好好的,夜里(yèlǐ)就雷雨交加,扰人清梦……老天爷(lǎotiānyé)“变脸”如翻书。厦门气象部门表示,每年4月至11月是厦门的汛期,其间气温偏高,雨水偏多。而7月开始到(dào)10月又是厦门的台风季,天气变化可能更加(gèngjiā)剧烈。

所谓“天有(yǒu)不测风云”,天气瞬息万变。在厦门,有一群守望天气的(de)人,他们(tāmen)运用各种利器测风、测雨、测云,为我们解码“天机”,读懂“老天爷的脾气”。

P波段风廓线雷达是今年引进的新设备。

补齐高空风(fēng)观测短板 每一两分钟生成一组数据

大雾弥漫,能见度不足50米,快到海沧蔡尖(càijiān)尾山顶时,一座白色庞然大物矗立(chùlì)在眼前。这是厦门市气象局今年引进的(de)新设备——P波段风廓线雷达,也是全省首台。

占地225平方米(píngfāngmǐ)、重数十吨,这个白色的“大家伙”在雨雾中也(yě)很显眼。但这点雨雾对它来说不足挂齿——它有看不见的长长“触角”,一旦启动,可从5个不同方向(xiàng)高频向高空中发射电磁波束(bōshù),波束最高能到16公里。

“空中其实不完全是‘空’的,风里总有微小的湍流,就像空气中的‘小疙瘩’。当(dāng)电磁波撞(zhuàng)到(dào)这些‘小疙瘩’时,会像回声一样反射并被雷达接收(jiēshōu)。”市气象局装备保障工程师任堃解释,雷达的工作原理主要依靠多普勒效应,通俗(tōngsú)地讲,就是发射电磁波—接收电磁波—计算机分析处理。

任堃说,P波段波长(bōcháng)较长,穿透力(chuāntòulì)强,具有全天候、高精度的探测(tàncè)优势,在不同天气条件(tiáojiàn)下,都能发挥关键作用。“比如,当前在某位置探测到一个‘小疙瘩’的回波,一秒钟后在另一个位置探测到这个‘小疙瘩’的回波,这两个位置的距离相减,就可以(kěyǐ)推算出风速。”任堃说。

新的(de)(de)(de)雷达传输回来的数据(shùjù)十分及时,每隔三五分钟,就会传输一次;在加密观测模式下,每一两分钟就可生成一组(yīzǔ)风廓线数据——这是一款“百米级、分钟级”的“捕风神器”。天气晴朗时,它能提供详细的大气风场(fēngchǎng)和湍流信息,帮助气象预报员更准确地把握大气变化;降水时,它又能详细描绘降水云体的风场,为气象预报和中小尺度天气研究提供更精确的数据。

这个雷达目前正在试运行,它将(jiāng)补齐厦门高空风观测短板,为天气预报提供(tígōng)更加准确的数据。

矗立在蔡尖尾山上的“大白球”,主要用来监测云的含水量,目前正在“换脑”更新升级。

每天早晚固定时间放飞两次 可与全球气象数据交互(jiāohù)比对

在气象观测(qìxiàngguāncè)中,有许多雷达(léidá)被运用:天气(tiānqì)雷达、风廓线雷达、激光雷达和云雷达等,根据功能可分为测云雷达、测雨雷达、测风雷达。在市气象局的探测“宝盒”里,储备着许多先进工具(gōngjù)。其中,在捕风的“工具箱(gōngjùxiāng)”里,除了测风雷达,还有高空探测气球,它可携带高空气象探空仪,在地面至3万米高空中(kōngzhōng)采集气压、温度、湿度、风向、风速等数据。

放飞(fàngfēi)探空(tànkōng)气球是市气象局的“传统项目”。北京时间每日7时15分和19时15分放飞。“全球同步施放,方便全球气象数据交互(jiāohù)比对。”高空探测工程师蔡昱珣说。

记者采访当天,天气阴沉(yīnchén),能见度不高(bùgāo),天空还飘着小雨,有2—3级微风,这并不是(búshì)一个施放气球的(de)好天气。18时45分,蔡昱珣把两个不同型号的探空仪放在基测箱上进行测试——跟以往不同,除了在气球的绳子上绑(bǎng)上高空气象探空仪外,他们还增加了一个北斗卫星导航探空仪。

19时,另一名值班人员俞锋打开仓库,拿出气球和绑绳,开始为气球充灌氢气。当天下着小雨,空气湿度大,他多充了(le)近700克氢气,这样即使探空气球沾(zhān)了雨水,也(yě)能升得高一点。

升球、绑仪器,两人小心翼翼地配合,生怕(shēngpà)探空(tànkōng)仪(tànkōngyí)沾了水,影响监测数据。19时15分,俞锋把气球拿到房顶。“一、二,放!”俞锋话音刚落,手中的(de)绳子松掉,探空气球迅速飘升,几十秒后隐没在天空中。

蔡昱珣和俞锋坐在电脑前,时刻监测(jiāncè)着两个探空仪传输回来的数据。升空4分51秒后,高空气象探空仪显示,温度为(wèi)12.2℃、气压838.2百帕、湿度100%。蔡昱珣说,探空气球可测量(cèliáng)大气(dàqì)中的温度、湿度、气压、风向、风速等,为天气预报提供基础数据。

天气晴朗,气球可升到3万米高空,如遇下雨等恶劣天气,气球就只能在(zài)1.7万米至2万米高空之间。这是蔡昱珣(xún)多年的经验总结。当天是东南偏东风,气球往翔安(xiángān)方向飘去。19时(shí)33分,气球冲破500百帕(约5500米),蔡昱珣感叹:“过了,安全了,放心了!”顺利通过500百帕是他们放球的目标,没有过这个(zhègè)线,就算施放失败,得重新(chóngxīn)放球。

20时01分,监测数据显示,气压快速(kuàisù)上升,雷达仰角变小。蔡昱珣和俞锋(yúfēng)迅速判断:气球炸了——它在放飞45分21秒后,在上升到1.7万米(wànmǐ)的高空后炸掉了。

这次放飞过程还算顺利。蔡昱珣说,相比高空气象(qìxiàng)探空仪,北斗卫星导航探空仪监测数据(jiāncèshùjù)更(gèng)精准、故障率低,监测数据也可实现自动传输。

  放飞探空气球是市气象局的“传统项目”。 受访者供图

“足球”罩子里有口重数十吨的“大锅” 探测(tàncè)台风暴雨冰雹等能力(nénglì)出众

除了测风神器,还有测雨利器。矗立在蔡尖尾山上的“大白球”,是S波段双偏振雷达,主要(zhǔyào)用来监测云的含水量。2016年(nián)试运行时,它是国内第一部整机(zhěngjī)生产的S波段双偏振多普勒气象雷达。

这个被取名为“天语舟”的大白球,表面像颗(kē)足球,由洁白的玻璃钢(bōlígāng)精心拼接而成,里面包裹着直径约10米、重数十吨的一口“大锅(dàguō)”。这口“大锅”就是这个多普勒雷达的天线。

在那个“足球”罩子(zhàozi)里,“大锅”360°旋转,每6分钟向空中扫一圈,理论上探测半径可达460公里(gōnglǐ),对台风、暴雨、冰雹等灾害性天气的探测能力出众(chūzhòng)。

如今,它正在更新升级。从今年3月(yuè)开始,市气象局组织(zǔzhī)人手对“大白球”进行“换脑”——更换了更先进的天线和发动机,转速提高,扫描一圈的用时从6分钟缩减至3分钟,扫描范围更广、更大。“对于龙卷风(lóngjuǎnfēng)、冰雹、强对流(qiángduìliú)等极端或者灾害性天气,可以(kěyǐ)发现得更早。”任堃说。

除了这些庞然大物,市气象局的(de)工具箱里还有许多更为小巧的雷达(dá)(léidá)设备,比如X波段的相控阵雷达,与S波段双偏振雷达作用(zuòyòng)类似。这个小巧玲珑的家伙转速很快,每一分钟就扫描一圈,探测(tàncè)半径达80公里。任堃说,相比S波段双偏振雷达,它的转速更快、分辨率更高,且与大型雷达数据互为补充。

日常气象预报业务流程 自动化率已达(dá)95%

无论测风、测雨、测云,这些先进设备都不是单一存在的。它们的数据被汇入超级计算机中心(zhōngxīn),通过各种技术(jìshù)和算法,生成未来天气。

郑辉坐在电脑前,值班时需要面对多个(duōgè)显示屏,根据显示屏上的各类数值模式、实况观测数据,并结合本地气候特征,制作精细化的天气预报。他是市气象台(qìxiàngtái)的气象预报员,从业(cóngyè)已10年。

一名(yīmíng)优秀的预报员,要懂得显示屏上不同数值模式产品的优劣、探测数据各项物理量的意义,并能够凭借经验,根据这些数值和曲线预测天气(tiānqì)走向,为各类(gèlèi)可能发生的情况做出预警。

郑辉爱钻研。工作间隙,他根据业务服务需求编写了有用的辅助工具,比如相控阵天气(tiānqì)雷达强天气监控告警系统:一旦遇到强对流天气,系统可及时对雷达回波进行识别告警,并监控强降水、大风和低(dī)能见度等天气,同时(tóngshí)自动统计全市雨量并进行排名(páimíng),自动生成文本和短信,即刻发布(fābù)到手机上。

随着人工智能技术在气象领域的(de)深度应用,天气预报的流程和效率都得到了优化。郑辉等(děng)气象预报员的一部分工作也发生了改变。

2024年,中国气象局与相关单位(dānwèi)联合发布“风清”“风雷(fēngléi)”“风顺”三大AI系统。这些系统在台风、暴雨、高温、寒潮等灾害性天气预报,以及短时临近(línjìn)强降水预报方面(fāngmiàn),都展现出显著优势,还首次实现未来0—60天自主可控的无缝隙智能气象预报。

通过大量数据(jù)的训练,以及(yǐjí)预报(yùbào)员经验的融入,AI可以自动生成预报结果,且准确率不断提高。据了解(liǎojiě),厦门市气象台是(shì)福建省气象局数字预报岗建设首批(shǒupī)试点单位,如今已初步形成“数据—算法—产品—服务”的数字化业务流程,日常气象预报业务流程自动化率已达到95%。按照规划,今年将基本实现日常预报流程全部自动化,到2028年,在预报预警流程方面也将实现自动化。

郑辉说,目前AI气象模型仍存在一定程度的偏差,有时候会出现错漏,预报员一部分职责也发生转变——负责审核、优化、订正AI输出的内容。“预报员要学会驾驭人工智能,工作内容也要从传统日常预报向影响预报和(hé)(hé)风险预警(yùjǐng)上转变,向技术(jìshù)研发和决策服务转化。”

三维立体(lìtǐ)监测和AI助力

厦门有山、有海、有湾、有城,虽然面积小,但地形复杂(fùzá),对于天气的精准预报来说(láishuō),是个不小的挑战(tiǎozhàn)。一场突发的大雨,可能影响地面重要活动的举办;一阵(yīzhèn)海上大风,也可能影响正在建设的重点工程;雷暴大雨天气重点区域在哪里,什么时候(shíhòu)能停歇,这都会影响飞机航班的安排和起落……

市气象台副台长(fùtáizhǎng)、首席预报员张伟说,有三维立体监测和AI的(de)助力,现在的天气预报更加有底气。例如,台风的路径预测更加精准,暴雨预警的发布准确率也在不断提升,但大众的要求也在不断提高(tígāo),对“2小时内(nèi)分钟级短时临近天气精准预报”正成为公众和行业要求。

张伟说,精密监测是为了精准(jīngzhǔn)预报,精准预报是为了给社会提供精细的服务。需求是无限的,但作为(zuòwéi)关注(guānzhù)“天机”、守望天气的人,追寻永远在路上。

任堃和同事爬上灯塔考察。 受访者供图

钻进(zuānjìn)白球“心脏”维护设备 爬上无人小岛灯塔考察

“工具箱(gōngjùxiāng)”中的精密仪器,需要安装、维护、保养……任堃就是守护它们的人之一(zhīyī)。

任堃说,大的仪器每个月至少(zhìshǎo)要维护一次。比如,蔡尖尾山上的“大白球”,维护时需要钻进白球“心脏”——直径50厘米的小洞中,看发动机有没有漏机油,有没有被老鼠(lǎoshǔ)咬,还要拿吸(xī)尘器吸出日常转动中产生的碎屑,如果零件(língjiàn)有损坏,也得及时修补。

要是台风等极端天(tiān)气来临,他们更要值守,保障设备不会出现故障,或出现故障后能(hòunéng)立刻修复。任堃说,2023年7月,台风“杜苏芮”登陆福建,给厦门带来狂风暴雨(kuángfēngbàoyǔ)。他在蔡尖尾(wěi)山上值守4天,吃泡面,睡折叠床,紧盯着“大白球”。

除了日常(rìcháng)维护,任堃和同事也要负责气象自动站的(de)选址建设。2023年,任堃和同事租了小船,穿上(shàng)救生衣,爬上无人小岛上十多米高的灯塔,考察灯塔上能否有(yǒu)条件建自动站。最终,他们选择了一个沿海小岛礁建立(jiànlì)海岛站,监测海上的雾、雨、风等,为海上航行提供基础数据。

“追风”25年放飞无数(wúshù)气球 每天重复相同的观测步骤

放飞探空气球的高空探测工程师,又被称为“追(zhuī)风的人”。蔡昱(càiyù)珣追了25年风,从她手里放飞的探空气球数不胜数。但每一次值班,蔡昱珣都如履薄冰,一刻也不敢放松。“无论节假日,无论刮风下雨,探空气球都必须准点放飞,这样(zhèyàng)才能保证高空气象(qìxiàng)探测资料的代表性、比较性和准确性(zhǔnquèxìng)。” 蔡昱珣介绍。

天气瞬息万变,也许地面是清风拂面,但(dàn)高空中却(què)刮起好几级大风,或者气球放飞不久就下大雨。蔡昱珣说,他们得先了解当天天气情况,预估天气异变可能,找准角度(jiǎodù)才能成功施放气球。

“看朝霞(zhāoxiá),等落日,每天重复着(zhe)相同的观测步骤,有点枯燥乏味,但对把脉天气意义重大。”蔡昱珣的眼里透露着对高空观测事业(shìyè)的热爱与执着。

文/厦门晚报记者 李小庆 图/厦门晚报记者 刘(liú)东华 (除署名(shǔmíng)外)

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