王昊 陳佳佳 科技日報記者 付毅飛

在2022年北京冬奧會網(wǎng)站上，高山滑雪等雪上項目的氣象信息數(shù)據(jù)每分鐘更新一次，可以看到每一個滑降關(guān)鍵點的平均風(fēng)速、最大風(fēng)速、溫度、濕度，這些數(shù)據(jù)很多來自中國航天科工二院23所航天新氣象公司的自動氣象站。

對戶外冰雪運動來說，風(fēng)是影響很多項目的關(guān)鍵因素。相較往屆奧運會舉辦地的海洋性氣候，本屆奧運會大陸性季風(fēng)氣候表現(xiàn)出風(fēng)速更大、風(fēng)向更替更明顯的特征。高速運動中，突然的風(fēng)向改變或風(fēng)速過大會影響比賽發(fā)揮，甚至影響運動員的人身安全，因此，對風(fēng)數(shù)據(jù)的精確測量顯得尤為重要。在國家跳臺滑雪中心場館四周，23所建設(shè)了多個測風(fēng)氣象站，跳臺滑道上也安裝超聲風(fēng)傳感器，最大可能對風(fēng)向、風(fēng)速進行精準測量。

冬奧會長達數(shù)月的賽前造雪以及賽時不定期造雪，會讓自動氣象站的風(fēng)傳感器處于低溫、高濕環(huán)境，部分地方極易結(jié)冰。結(jié)冰會影響風(fēng)向、風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)。

為更穩(wěn)妥保障氣象觀測，應(yīng)賽事要求，23所研制了新型加熱型風(fēng)傳感器，采用高效節(jié)能的加熱部件，配備智能算法精準溫度控制，使風(fēng)傳感器可以在零下20℃的天氣下正常工作，保證風(fēng)數(shù)據(jù)的準確性。

賽道旁，工程師正在對自動氣象站進行加熱風(fēng)改造工作 航天科工二院23所供圖

在風(fēng)傳感器上加裝加熱裝置是解決風(fēng)傳感器表面覆冰、無法正常工作的有效手段。為了達到最佳的除冰效果，保證設(shè)備正常工作，公司研制團隊先在步入式低溫箱中模擬賽場環(huán)境，又結(jié)合已有項目經(jīng)驗，研究設(shè)計了內(nèi)外加熱型機械風(fēng)與超聲風(fēng)，采取內(nèi)外加熱模塊合并使用的方式，解決風(fēng)傳感器的凍結(jié)問題。

當(dāng)溫度低于5℃高于零下25℃時，開啟外置加熱模塊；當(dāng)溫度低于零下25℃時，開啟內(nèi)加熱模式。在冬奧賽場實地使用時，“加熱風(fēng)”的裝備除冰效果良好。在崇禮和云頂山頂零下二三十度時，所在站點自動加熱除冰，設(shè)備運行穩(wěn)定。

除了保障設(shè)備運行穩(wěn)妥，奧運會分鐘級的預(yù)報要求氣象產(chǎn)品反饋時間也要迅速。有的項目要求風(fēng)速不能大于5米/秒，有的甚至要求不能大于4米/秒，賽事對風(fēng)的精細化數(shù)據(jù)需求使得氣象探測設(shè)備反饋也要更迅速。

研制團隊優(yōu)化產(chǎn)品，修改了原有采集處理流程，一秒提取一個風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)，一分鐘打包上傳一次，最終在中心站軟件界面上呈現(xiàn)每分鐘60個風(fēng)向、風(fēng)速記錄。為了實現(xiàn)“秒級”風(fēng)監(jiān)測預(yù)報，研制團隊從數(shù)據(jù)采集器嵌入式軟件、中心站軟件、數(shù)據(jù)傳輸和存儲三個方面進行開發(fā)、升級，以滿足秒級風(fēng)數(shù)據(jù)的采樣、存儲、傳輸。

“秒級風(fēng)”觀測數(shù)據(jù)的實現(xiàn)，在對風(fēng)數(shù)據(jù)進行精細化分析、預(yù)報的基礎(chǔ)上，有效提高風(fēng)監(jiān)測預(yù)報能力，為對風(fēng)向、風(fēng)速十分敏感的雪上比賽提供更完善的數(shù)據(jù)保障。

在完成多要素觀測和加熱風(fēng)改造后，張家口賽區(qū)、延慶賽區(qū)的自動氣象站在2021年11月份的第二次測試活動中表現(xiàn)良好。

如今，優(yōu)化后的自動氣象站在各個賽場密切關(guān)注風(fēng)速、風(fēng)向變化，以網(wǎng)格分辨率、時間分辨率更高的氣象觀測數(shù)據(jù)，為冬奧會雪上競賽場館“百米級 分鐘級”氣象預(yù)報預(yù)報體系提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

關(guān)鍵詞： 熱風(fēng) 準確性 數(shù)據(jù)