在冬奥会的网站上,高山滑雪的气象信息数据每分钟更新一次,可以看到每一个滑降关键点的平均风速、最大风速、温度、湿度,这些数据来自中国航天科工二院23所航天新气象公司的自动气象站。
风是影响很多冬奥会项目的关键因素。相较往届奥运会举办地的海洋性气候,本次张家口等赛区的大陆性季风气候表现出风速更大、风向更替更明显的特征。高速运动中,突然的风向改变或风速过大会影响比赛发挥,甚至影响运动员的人身安全,因此,对风数据精确测量显得尤为重要。在国家跳台滑雪中心场馆的四周,23所建设了多个测风气象站,跳台滑道上也密集安装三维超声风传感器,最大可能对风向风速进行精准测量。
冬奥会长达数月的赛前造雪以及赛时不定期造雪,让自动气象站的风传感器处于低温、高湿环境,部分地方极易结冰。结冰会影响风向、风速观测数据。
图为雪如意旁的三维超声风设备
为更稳妥保障气象观测,应赛事要求,23所研制新型加热型风传感器,采用高效节能的加热部件,配备智能算法精准温度控制,使风传感器可以在零下30℃的天气下正常工作,保证风数据的准确性。
在风传感器上加装加热装置是有解决风传感器表面覆冰、无法正常工作的有效手段。为了达到最佳的除冰效果,保证设备正常工作,公司研制团队先在步入式低温箱中模拟赛场环境,又结合已有项目经验,研究设计了内外加热型机械风与超声风,采取内外加热模块合并使用的方式,解决风传感器的冻结问题。当温度低于5℃高于零下25℃时,开启外置加热模块;当温度低于零下25℃时,开启内加热模式。在冬奥赛场实地使用时,“加热风”的装备除冰效果良好。在崇礼零下30度和云顶山顶零下20度时,所在站点自动加热除冰后,设备都运行稳定。
除了保障设备运行稳妥,奥运会分钟级的预报要求气象产品反馈时间也要迅速。空中技巧要求风速不能大于5米/秒,跳台滑雪则要求不能大于4米/秒,这些赛事对风的精细化数据需求使得秒级风力指数预报成为气象预报的必须。
研制团队优化产品,修改了原有采集处理流程,从中提取所要求的60个风向、风速的秒数据;修改通信传输协议的处理流程,支持新制订的秒级风数据通信传输格式,通过通信模块将秒级风数据发送到中心站;中心站软件将采集到的秒级风数据进行解析后,按制订的秒级风数据库表格式进行入库处理,最终在中心站软件界面上呈现每分钟60个风向风速记录并存储在数据目录中。“秒级风”观测数据,对风数据进行精细化分析、预报,提高风监测预报能力。
为了实现秒级风监测预报,研制团队从数据采集器嵌入式软件、中心站软件、数据传输和存储三个方面进行开发、升级,以满足秒级风数据的采样、存储、传输。
“秒级风”观测数据的实现,在对风数据进行精细化分析、预报的基础,有效提高风监测预报能力,为对风向风速十分敏感的雪上比赛提供了完善的保障。
图为云顶山顶气象站,在零下20度的情况下,风传感器稳定运行
如今,优化后的自动气象站在各个赛场密切关注风速、风向变化,帮助提升预想预报的预判,以网格分辨率、时间分辨率更高的气象观测数据,为冬奥会雪上竞赛场馆“百米级 分钟级”的实现打下坚实基础。